BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Kebutuhan peningkatan produktifitas dalam industri dan diinginkannya suatu proses yang kontinu membutuhkan komponen-komponen elektronika dan komponen elektronika daya sebagai perangkat pendukung, di mana komponen-komponen tersebut merupakan peralatan-peralatan yang sensitif yang harus disupply oleh tegangan yang diharapkan baik frekuensi maupun besaran tegangan dalam kondisi konstan. Kehadiran komponen tersebut membutuhkan penyediaan daya yang berkualitas tinggi [1][2][3], karena komponen elektronika daya sangat sensitif terhadap gangguan-gangguan elektromagnetik [4]. Adanya gangguan dapat mengakibatkan penurunan kualitas daya sistem tenaga, masalah kualitas daya adalah: kedip tegangan, flicker, ketidakseimbangan tegangan, pemutusan dan masalah harmonisa. Peralatan-peralatan yang sensitif seperti komputer, rele, Programmable Logic Controller (PLC), penggerak motor listrik dan sebagainya, sangat peka terhadap perubahan tegangan yang diakibatkan oleh gangguan yang terjadi pada bagian lain pada sistem. Konsumen membutuhkan energi yang dikirimkan berada dalam bentuk sinusoidal murni yang simetris, mempunyai frekuensi yang konstan dan nilai rms tegangan dan arus yang konstan dari gelombang yang dikirimkan. Untuk mencapai
tujuan tersebut, maka gangguan harus dikurangi, karena kegagalan dalam menyediakan kualitas daya yang tinggi dapat mengakibatkan kegagalan beroperasinya peralatan atau bahkan shutdown pada suatu sistem [5]. Distorsi gelombang (harmonisa) pada sistem saluran tegangan rendah, arus dan tegangan adalah mempunyai besaran magnituda dan kelipatan frekuensi dari frekuensi fundamental. Sebagai contoh frekuensi fundamental 50 Hz, kemudian frekwensi harmonisa kedua 100 Hz, frekwensi harmonisa ketiga 150 Hz, dan seterusnya. Bentuk gelombang arus atau tegangan sinus yang murni tidak mempunyai kerusakan dan tidak mengandung urutan komponen harmonisa sedangkan tidak sinus (non linear) yaitu mengandung komponen harmonisa sehingga total dari harmonisa menyebabkan kerusakan pada gelombang sinusoidal. Pada sistem saluran tegangan rendah, kebanyakan konsumen memakai beban elektronik yang membangkitkan urutan komponen harmonisa ganjil pada sistem tegangan satu fasa ke netral (L N) seperti urutan harmonisa pertama yang dikatakan sebagai fundamental (1), ketiga (3), kelima (5), ketujuh (7), kesembilan (9), dan pada sistem 3 fasa pada tegangan fasa ke fasa (L L) yaitu urutan fundamental, kelima (5), ketujuh (7), kesebelas (11) dan seterusnya. Untuk menentukan nilai distorsi tegangan dan arus sinusoidal yaitu dengan menjumlahkan magnituda urutan komponen tegangan harmonisa atau arus harmonisa dalam root mean square (rms) kemudian dibandingkan dengan magnituda gelombang fundamental (rms).
Umumnya distorsi gelombang sinusoidal yang mengalir pada sistem dinyatakan dalam Total Distorsi Harmonisa (THD) gelombang sinusoidal yang ditimbulkan oleh beban non linear dinyatakan dalam persen. Distorsi gelombang arus dan tegangan sinusoidal dibatasi pada pendistribusian sistem tenaga listrik dari utility ke konsumen [2]. Untuk mengatasi masalah harmonisa pada sistem saluran tegangan rendah adalah tugas penting para tenaga ahli (engineer) listrik yang sudah lama berkecimpung dalam melakukan penelitian untuk menghilangkan dan mengurangi efek harmonisa yang ditimbulkan pada sistem [1]. Namun sampai sekarang permasalahan harmonisa tersebut masih perlu dibahas karena dampak yang ditimbulkan sangat mengganggu peralatan listrik seperti transformator, circuit breaker, rele proteksi, fuse dan lain-lain [3]. Arus harmonisa juga dapat menyebabkan overheating (panas lebih) pada konduktor netral sistem 3 fasa 4 kawat. Panas konduktor netral ini akibat komponen arus urutan nol (I ao ) pada tiap-tiap fasa mengalir menuju konduktor netral [4]. Menurut pendapat Wagner et al, bahwa besar penampang konduktor netral didesain lebih kecil atau sama besar ukuran penampangnya dengan konduktor fasa sehingga penambahan panas lebih atau rugi panas (I 2 R) konduktor netral melebihi batasnya [3]. Pada penelitian yang dilakukan oleh Shewhdi dan Ismail [4] dilakukan pengukuran terhadap THDi yang dihasilkan oleh 170 PC, 204 PC dan 263 PC,
namun pada penelitian tidak dilakukan pemodelan matematis untuk masing-masing orde harmonisa yang dibangkitkan oleh N buah PC, sehingga persamaan interpolasi yang dihasilkan kurang akurat. Pada penelitian yang dilakukan oleh Khan dan Akmal [5] dilakukan pengukuran terhadap THDi yang dihasilkan oleh 1 sampai dengan 23 PC, dengan interpolasi antar PC dilakukan dengan range sebanyak 3 PC. Tabel. 1.1 Penelitian mengenai harmonisa pada PC yang telah dilakukan No Nama Judul Penelitian Metode Identifikasi Harmonisa 1. Farahani.F. Hasan, Journal of Basic and Applied Scientific Research, 2011 [4] Presentation a Mathematical Model for output Current THD of SHEM Current Source Inverter Simulasi dan Perhitungan dengan menggunaka n metode numeric deret fourier Alat yang diteliti Current Source Inverter (CSI) Hasil yang Diperoleh THDi iterasi ke 5-100 dari 509,37% menjadi 45,6%. 2. Khan dan Akmal, WASET, 2008 [5] Mathematical Modeling of Current Harmonics Caused by Personal Computers Perhitungan 4 buah interpolasi, tetapi dengan range 3 buah PC 23 buah PC Dari hasil percobaan dan perhitungan didapat kesesuaian dalam mengurangi harmonisa 3. Farooq, dkk, ICREPQ, 2011 [6] Investigating the Power Quality of an Electrical Distribution System Stressed by Non-Linear Domestic Appliances Simulasi ETAP, percobaan dan perhitungan. 1 Set Komputer THDi 40,68% menjadi 33,27%, THDv 9,43% menjadi 5%.
Dari penelitian yang telah dilakukan tersebut, perbedaan penelitian yang sudah dilakukan dengan yang akan dilakukan adalah penggunaan pemodelan matetatis harmonisa tegangan dan arus pada PC menggunakan metode interpolasi spline dengan 5 PC yang berbeda setiap tipenya, sedangkan penelitian telah dilakukan menggunakan metode regresi dengan tipe PC yang sama sebanyak 33 buah. Pada penelitian ini akan dilakukan pengukuran harmonisa arus dan tegangan yang dibangkitkan oleh PC mulai dari 1 buah PC sampai 5 buah PC. Setelah diperoleh hasil pengukuran untuk masing-masing orde harmonisa arus dan tegangan, selanjutnya hasil pengukuran tersebut akan diuji dengan metode Interpolasi, tergantung yang paling mendekati dari hasil pengukuran. Selanjutnya akan diperoleh suatu persamaan akhir yang merupakan nilai THD total dari harmonisa arus dan tegangan yang diukur. Setelah persamaan tersebut diperoleh maka akan dapat diprediksi THD arus dan THD tegangan yang akan dihasilkan apabila terjadi penambahan PC. 1.2. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut: Bagaimana memodelkan secara matematis harmonisa tegangan dan arus yang dihasilkan oleh PC sebagai beban non linier, sehingga diperoleh suatu persamaan yang dapat memprediksi besaran harmonisa tegangan dan arus sesuai dengan pertambahan PC berikutnya.
1.3. Batasan Masalah Pada penelitian ini tidak membahas masalah aliran daya. Penelitian ini hanya membahas tentang perbandingan hasil pengukuran dengan perhitungan menggunakan metode interpolasi polinomial Newton. 1.4. Tujuan Penelitian Untuk memodelkan secara matematis harmonisa tegangan dan arus yang dihasilkan oleh PC sebagai beban non linier, sehingga diperoleh suatu persamaan yang dapat memodelkan besaran harmonisa tegangan dan arus sesuai dengan data penukuran PC. 1.5. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat berupa metode interpolasi polinomial Newton dalam memprediksi besaran THD tegangan dan arus yang dihasilkan oleh PC. Dengan demikian diharapkan dimasa yang akan datang pemakaian metode-metode yang lainnya dalam memprediksi besaran THD pada beban non linear lainnya.