BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bandar Udara Internasional Kualanamu terletak 39 Km dari kota Medan dan berada di Desa Beringin Kabupaten Deli Serdang Provinsi Sumatera Utara. Bandara ini merupakan bandara terbesar kedua di Indonesia setelah Bandar Udara internasional Soekarno-Hatta Jakarta. Pembangunan bandara ini merupakan bagian dari mendukung program MP3EI, sebagai pengganti Bandar Udara Internasional Polonia yang telah berusia lebih dari 85 tahun. Sebagai penunjang sarana transportasi dari dan menuju Bandara Internasional Kualanamu terdapat fasilitas stasiun kereta api yang mudah diakses oleh para pengguna transportasi udara. Bandara Internasional Kualanamu memiliki akses kereta api dari kota Medan dan menuju kota Medan, untuk memenuhi kebutuhan akan transportasi massal dan sebagai bentuk kemudahan serta kenyamanan bagi pengguna jasa bandara yang dioperasikan oleh pihak ketiga (PT. KAI cq. PT. Railink). Angkasa Pura II (Persero) menyediakan fasilitas stasiun dan bangunan penghubung antara stasiun dengan terminal penumpang. Desain dari stasiun kereta api disesuaikan dengan kebutuhan operasional sebuah sistem sebagaimana mestinya, dan diperkirakan akan mengangkut penumpang sebanyak 1,9 s/d 2,5 juta penumpang dapat dilihat pada Gambar 1.1. 1
2 Gambar 1.1 Stasiun Kereta Api Bandara Internasional Kualanamu Gedung stasiun kereta api terdiri dari dua lantai yang terletak tepat didepan gedung Bandara Internasional Kualanamu. Suplay energi listrik untuk operasional gedung digunakan energi listrik kapasitas 3000 A dan menggunakan kapasitor bank 900 kvar. Aplikasi dilapangan untuk operasional suplay energi listrik dibagi menjadi dua kelompok bagian yaitu: 1. NON PERIORITY LVMDB sumber arus langsung di suplay dari PLN. 2. PERIORITY LVMDB sumber arus di backup dengan menggunakan genset apabila terjadi gangguan arus listrik dari PLN. Beban listrik yang yang dilayani oleh suplay NON PERIORITY LVMDB pada area gedung stasiun kereta api berupa Chiller Inverter, Air Handling Unit (AHU), Fan Coil Unit (FCU), Tavelator, Lampu, UPS dan peralatan elektronik lainnya. Harmonisa merupakan fenomena yang ditimbulkan dari pengoperasian beban listrik non linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi dasar 50 Hz yang
3 menyebabkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang idealnya adalah sinusoidal menjadi tidak sinusoidal [1]. Semakin banyaknya penggunaan beban non linier diperkirakan harmonisa yang ditimbulkan akan semakin besar dan dapat mengganggu sistem kinerja dari peralatan elektronika lainnya dan juga dapat menyebabkan panas berlebih pada sumber tenaga listrik [2]. Karena meningkatnya penggunaan peralatan beban non linier dan teknologi baru dalam bangunan, arus harmonik yang dihasilkan dalam sistem distribusi menimbulkan masalah baru bagi engineering listrik. Masalah ini serius ketika kualitas daya menjadi perhatian utama yang disebabkan beberapa beban non linier bila saat diaktifkan menunjukkan bentuk gelombang terdistorsi oleh tegangan. Sebuah kapasitor bank dapat digunakan untuk meningkatkan faktor daya dalam sistem listrik, meskipun dalam beberapa kondisi dapat membuat situasi lebih buruk. Didefinisikan secara luas, daya berkualitas mengacu kepada sejauh mana tegangan dan arus dalam sistem mewakili bentuk gelombang sinusoidal [3]. Hasil pengukuran harmonisa yang telah dilakukan pada objek penelitian untuk fasa R terlihat pada Tabel 1.1 berikut: Tabel 1.1 Data Pengukuran Harmonisa Beban Non Periority Stasiun Kereta Api IHD IHDv-L 1 (%) IHD I -L 1 (%) 1 100,00 100,00 3 0,0 2,0 5 0,6 30,0 7 0,4 21,0 9 0,1 1,0 11 0,5 9,0 13 0,0 6,0
4 Tabel 1.1 (Sambungan) IHD IHDv-L 1 (%) IHD I -L 1 (%) 15 0,0 0,0 17 0,0 4,0 19 0,0 4,0 21 0,0 0,0 23 0,0 4,0 Total THD 1,0 41,5 Untuk Fasa S dan T tidak ditampilkan karena besaran harmonisa yang diukur sama dengan fasa R. Salah satu cara yang sering digunakan untuk meredam harmonisa adalah dengan menggunakan filter dan untuk mereduksi digunakan filter passive single tuned. Passive single tuned filter terdiri dari Resistor (R), Induktor (L) dan Kapasitor (C) yang terhubung secara seri dan dapat meredam harmonisa sekecil mungkin [4]. Perbandingan arus hubung singkat (I SC ) dengan arus beban maksimum (I L ) adalah Short Circuit Ratio (SCR). Nilai SCR digunakan sebagai penentu batasan standard harmonisa sesuai dengan standard IEEE 519-1992. Sebelum menentukan batasan standard harmonisa perlu dilakukannya perhitungan untuk arus hubung singkat (Isc). Passive Single Tuned adalah salah satu dari filter harmonisa yang paling mudah dalam aplikasi dan desainnya. Sehingga para peneliti banyak menggunakan filter ini untuk mereduksi harmonisa arus dan harmonisa tegangan. Berbagai upaya telah dilakukan oleh para peneliti untuk mereduksi harmonisa menggunakan filter Pasive Single Tuned. Penelitian tentang reduksi harmonisa yang sudah dilakukan dengan menggunakan filter passive dapat dilihat pada Tabel 1.2.
5 Tabel 1.2 Penelitian Passive Single Tuned Harmonisa Nama Judul Penelitian Penelitian Hasil yang diperoleh Young Sik Cho et al, 2011 [5] Single tuned passive harmonioc filter design considering variances of tuning and quality factor pasif singletuned THD i 5 berkurang dari 72,6% menjadi 7,9 %, harmonisa ke 7 dari 61,8 % menjadi 11,2%, harmonisa ke 11 dari 20,9% menjadi 4,5%, harmoisa ke 13 dari 13,2% menjadi 2,9% Usman Harahap, 2011 [6] type single tuned is utilitized to harmonisa on power system electrical applied to ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) pasif singletuned pasif pasif singel tuned dapat Pengurangan THD pada sistem distribusi 20 KV sebesar 0,76% 0,86% Sumit Kanwar et al, 2013 [7] Power Quality Improvement in Faulty Conditions using Tuned Harmonic s Pasif Single Tuned Pemasangan filter untuk jaringan tiga phasa, dapat menurunkan THDi 6,40% menjadi 1,46% G.Suresh Babu et al, 2009 [8] A Novel approach in the design of optimal tuning frequency of a single tuned harmonic filter for an alternator with rectifier loads Single Tuned Menurunkan harmonisa arus Ke-5 dari 47,26% menjadi 16,17% I Nengah Swedan dkk, 2009 [9] Analisa Penanggulangan THD dengan Pasif Pada Sistem Kelistrikan Di RSUP Sanglah. Pasif THDi mengalami penurunan memenuhi standart IEEE 519-1992 hingga nilai terendah 2,36% Dimana penurunan THDi arus mencapai 15,18%
6 Tabel 1.2 (Sambungan) Nama Judul Penelitian Penelitian Hasil yang diperoleh Harun Rasjid, 2006 [10] Kajian Penggunaan Pasif sebagai pereduksi efek harmonisa pasif Dari hasil pengujian THDi lampu hemat energi sebelum pemasangan filter harmonisa adalah R = 15.9%, S = 10.9%, T = 12.1%, setelah pemasangan filter THDi tereduksi yaitu menjadi R = 2.7%, S = 2.1%, T = 3.6%. Zubair Ahmed Memon et al, 2012 [11] Harmonics Mitigation of Industrial Power System Using Passive s Pasif Single Tuned filter pasif mengurangi distorsi total harmonik dari sumber 20,77 mrnjadi 4,32%. Hasil reduksi memenuhi standar harmonisa direkomendasikan IEEE 519. 1.2 Perumusan Masalah Dari penjelasan sebelumnya dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Adanya pemakaian beban non linier di stasiun kereta api Bandara Internasional Kualanamu menyebabkan terjadinya harmonisa yang melebihi batas yang diinginkan. 2. Bagaimana perancangan Pasive Single Tuned dalam bentuk simulasi untuk mereduksi harmonisa (IHDi) agar sesuai dengan standard harmonisa IEEE 519-1992.
7 1.3 Batasan Masalah Untuk mempermudah agar penelitian yang dilakukan tidak terlalu melebar, maka penelitian ini akan dibatasi: 1. Untuk menganalisa penelitian ini dilakukan hanya pada satu fasa saja sebab beban dianggap seimbang. 2. harmonisa yang digunakan pada penelitian ini adalah Pasive Single Tuned. 3. Pada penelitian ini tidak dibahas bagaimana timbulnya harmonisa yang dihasilkan oleh beban non linier pada objek penelitian, melainkan dari data hasil pengukuran langsung pada sumber. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah menentukan berapa besar nilai komponen Pasive Single Tuned terdiri dari resistansi, reaktansi dan kapasitor yang akan digunakan sebagai filter harmonisa. Nilai komponen tersebut ditentukan berdasarkan frekuensi resonansi harmonisa yang dihasilkan oleh beban non linier pada penelitian ini. Harmonisa yang dihasilkan oleh beban tiga fasa direduksi menggunakan Pasive Single Tuned dengan metode simulasi menggunakan software Matlab/Simulink. Hasil yang diharapkan dapat mengetahui hasil harmonisa yang mampu direduksi dengan menggunakan Pasive Single Tuned...
8 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian yang dilakukan pada gedung stasiun kereta api Bandara Internasional Kualanamu diharapkan dapat memberi manfaat sebagai berikut: 1 Menambah pengetahuan dan memperkaya ilmu teknik elektro khususnya di bidang kualitas daya yaitu harmonisa. 2 Menjadi bahan rujukan bagi pengelola gedung stasiun kereta api Bandara Internasional Kualanamu untuk menentukan besaran nilai filter yang akan digunakan meredam harmonisa yang ditimbulkan karena penggunaan beban non linier, dimana hal tersebut dapat mengganggu peralatan listrik lainnya. 3 Menjadi bahan refrensi untuk penelitian lebih lanjut 1.6 Sistematika Penelitian Sistematika penulisan pada tesis ini sebagai berikut: Bab 1: Berisikan pendahuluan yang mengemukakan latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan manfaat penelitian. Bab 2: Berisikan tinjauan pustaka berkaitan dengan prinsip harmonisa, perbaikan faktor daya, karakteristik dan prinsip kerja filter harmonisa. Bab 3: Berupa metodologi, berisikan sistem kelistrikan pada gedung stasiun kereta api bandara kualanamu, teknik pengumpulan data dan pengukuran harmonisa. Bab 4: Berisikan hasil dan pembahasan yang berkaitan dengan hasil penelitian sebelum dan sesudah menggunakan filter dengan simulasi Matlab/Simulink. Bab 5: Berisikan kesimpulan dan saran.