15 BAB 1 PENDAHULUAN 1. 1. Latar Belakang Saat ini sebagian besar pemakaian beban listrik di masyarakat hampir 90% memakai beban elektronika atau beban non linier. Pemakaian beban elektronika diantaranya lampu penerangan hemat energi, TV, radio-tape, komputer, printer, charger, pendingin ruangan inverter, dan receiver. Untuk pengkondisi udara jenis konvensional dengan Total Harmonic Distortion of supply current (THD i ) sebesar 0,39% dan faktor daya 0,99 dan untuk jenis pengkondisi udara menggunakan inverter dengan THDI 114,14 % dengan faktor daya 0,59 [1]. Dimana converter atau inverter adalah beban non linier yang merupakan komponen atau peralatan listrik pembangkit harmonisa yang paling besar. Pengaruh yang ditimbulkan dari pemakaian beban non linier tersebut yang mengakibatkan terdistorsinya gelombang tegangan atau arus sumber daya listrik. Sehingga akan menurunkan kualitas daya listrik yang mengakibatkan pemanasan yang berlebihan pada penghantar, penurunan faktor daya, terjadi resonansi jika pemasangan kapasitor, meningkatnya distorsi tegangan atau arus, kegagalan fungsi dari peralatan elektronik yang sensitif, menurunkan efisiensi dan pemborosan pemakaian energi listrik. Sementara perusahaan listrik sebagai penyedia tenaga listrik yang paling merasakan dampaknya terhadap transformator yang dipasang yaitu pemanasan yang berlebihan serta penurunan efisiensi. Oleh karena itu, harmonisa yang ditimbulkan oleh beban non linier perlu direduksi agar
16 efek buruk tidak terjadi, dan tidak mengganggu kinerja peralatan lain yang tersambung pada sumber yang sama. Pencegahan ini dapat dilakukan dengan menggunakan filter harmonisa. Filter harmonisa selain untuk meredam harmonisa juga untuk memperbaiki faktor daya. Banyak penelitian teknologi yang sudah dikembangkan untuk meredam harmonisa yang sekaligus memperbaiki faktor daya sistem. Teknologi yang sudah dikembangkan misalnya filter pasif dan filter aktif untuk meredam harmonisa dan perbaikan faktor daya tersebut. Jenis filter pasif yang dikenal saat ini misalnya filter single tune, second order, third order, C-type damped, dan D-type damped. Banyak keunggulan dan kekurangan dari pemakaian jenis filter tersebut, dan hasil yang diperoleh semua mengacu pada IEC 61000-3-2 dan IEEE 519-1992. Pada dokumen IEEE menggambarkan bentuk gelombang yang terdistorsi, dimana jumlah tegangan atau arus pada frekuensi fundamental dan frekuensi orde ke (n), yang disebabkan oleh peralatan elektronika atau beban non linier [2]. Keberadaan Total Harmonic Distortion (THD) yang tinggi mengakibatkan faktor daya rendah yang dapat menambah pembebanan pemakaian daya listrik, bahkan dapat mempengaruhi kinerja peralatan lain yang menggunakan sumber listrik tersebut. Teknologi yang sudah dikembangkan misalnya filter pasif dan filter aktif untuk meredam harmonisa dan perbaikan faktor daya tersebut. Keberadaan harmonisa pada kualitas daya sudah ditentukan batas yang diijinkan, sesuai Standar Internasional yaitu IEC 61000-3-2 atau IEEE 519-1992.
17 Dampak buruk yang ditimbulkan oleh harmonisa dan faktor daya rendah yaitu: [3] a. Pemakaian arus listrik semakin besar. b. Kegagalan kapasitor karena terjadi resonansi dan mengakibatkan pembesaran amplitudo harmonisa. c. Besarnya rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada penghantar. d. Terjadi pemanasan pada penghantar sehingga memungkinkan terjadi hubung singkat karena bertambahnya arus pusar, dan efek kulit. e. Harmonisa dapat menimbulkan putaran piringan kwh meter akan lebih cepat atau terjadi kesalahan ukur kwh meter. f. Pemutus beban (MCB) dapat bekerja dibawah arus pengenalnya atau mungkin tidak bekerja pada arus pengenal sehingga menimbulkan kebakaran. Karena merugikan konsumen pemakai energi listrik akibat yang ditimbulkan oleh hamonisa dan faktor daya rendah, maka atas dasar ini peneliti mencoba merencanakan low pass filter LCL sebagai filter harmonisa dan sekaligus perbaikan faktor daya. Keberadaan harmonisa pada kualitas daya sudah ditentukan batas yang diijinkan, sesuai Standar Internasional yaitu IEC 61000-3-2 atau IEEE 519-1992. Metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya dalam hal meredam harmonisa dan sekaligus memperbaiki faktor daya. Penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya berkaitan mengenai filter untuk meredam hamonisa dengan menggunakan filter matriks dan filter LCL dapat dilihat pada Tabel 1.1.
18 Tabel 1.1. Model filter harmonisa yang telah dilakukan [4][5][6][7] No Peneliti Judul Metode Hasil yang dicapai 1 Karl M. Hink Sebelumnya [4] THD I 141% Performance of Harmonic Mitigation Alternatives akan filter matriks Dengan filter matriks THD I 4,8% 2 Karl M. Hink [5] 18-pulse drive and voltage unbalance 3 Circutor [6] Harmonic filter and EMI 4 Jong-Gyeum Kim, Young- Jeen Park, and Dong-Ju Lee [7] Harmonic Analysis of Reactor and Capacitor in Single-tuned Harmonic Filter Application [6] akan filter matriks akan reaktor akan filter LCL akan filter reaktor dan single tuned Pada penyearah 6 pulsa Pada penyearah 18 pulsa THDI 53% THDI 183.6% THD I dicapai 4,7% THD I dicapai 8,4% Sesuai standar IEC 61000-3-2, IEEE 519-1992 THD I dicapai 6.56% Perbedaan antara filter matriks dengan filter LCL adalah terletak pada jumlah induktor dan resistor sebagai damped (peredam) saja, dan pihak circutor corp. tidak ada menjelaskan seberapa besar kemampuan filter LCL tersebut dalam meredam harmonisa. Pada prinsipnya antara produk MTE corp. dengan Circutor corp. adalah sama. Mereka merancang filter yang digunakan untuk meredam harmonisa dari sumber beban non linier seperti converter penyearah, dan melindungi beban motor
19 atau tranformator dari distorsi arus atau tegangan. Ada dua kemungkinan keuntungan bagi pihak pelanggan rumah tangga dan pihak PLN sendiri. Kemungkinan pertama dengan memasang filter harmonisa yaitu melindungi peralatan rumah tangga dari distorsi arus atau tegangan yang besar masuk mengganggu peralatan rumah tangga tersebut. Kemungkinan kedua yaitu meredam harmonisa beban rumah tangga tersebut mengganggu peralatan atau sistem lain di luarnya. Ide ini terpikir karena diwacanakan ke depan pihak PLN akan meninjau mengenai penggunaan beban non linier terhadap pelanggan rumah tangga yang besar. Saat ini pihak PLN sudah meninjau mengenai pengguna beban non linier pada industri, dan diwacanakan pihak industri diwajibkan untuk memasang filter harmonisa. Dari dasar konsep ini pengembangan yang akan dilakukan adalah peneliti akan merancang filter LCL tersebut yang penggunaanya untuk beban rumah tangga. Peneliti akan melihat dan menilai seberapa besar arus, faktor daya, harmonisa, dan pemakaian daya kondisi sebelum dan sesudah penggunaan filter LCL melalui pengukuran. Sehingga apakah efektif filter LCL tersebut dalam meredam harmonisa bagi peralatan rumah tangga. Peneliti ingin melakukan pengukuran, dimana beban yang akan dilakukan pengukuran merupakan beban non linier dan beban linier yaitu Lampu hemat energi, lampu TL, televisi, receiver, penanak nasi, lemari pendingin, kipas angin, battery Charger, dan penyejuk udara dengan total daya sebesar 4152 Watt dengan rekapitulasi beban seperti Tabel 1.2.
20 Tabel 1.2 Jumlah beban yang akan dilakukan pengukuran Jenis Beban Jumlah Jumlah daya (watt) Pendingin ruangan 2 PK 1 1492 Pompa air 1 250 Setrika 1 350 Penanak nasi 1 350 Dispenser 1 350 Lemari pendingin 1 110 Kipas angin 3 270 TL ballast magnet 1 20 TV 2 250 Receiver 2 100 Charger latop 1 350 Charger HP 2 100 Lampu hemat energi 16 160 Total daya 4152 Hasil yang diharapkan dari kenyataan yang ada tersebut yaitu meredam harmonisa yang terjadi sesuai standar IEC 61000-3-2. Perbaikan faktor daya sistem diharapkan mencapai 0,99. Dengan demikian kualitas daya akan lebih baik, pengaruh dan kerugian teknis lebih diminimalkan, serta kinerja sistem peralatan lain tidak terganggu.
21 Data pengukuran awal yang telah dilakukan sesuai Tabel 1.3. Tabel 1.3 Data pengukuran awal THD I Harmoni sa ke-n Standar IEC 61000-3- 2 Kelas A (A) Arus harmonisa hasil Pengukuran (A) Keterangan Harmonisa Ganjil 3 2,30 3.718 Tidak Sesuai 5 1,14 1.243 Tidak Sesuai 7 0,77 1.089 Tidak Sesuai 9 0,40 1.029 Tidak Sesuai 11 0,33 0.289 Sesuai 13 0,21 0.274 Tidak Sesuai 15 0.15 0.279 Tidak Sesuai 17 0.13 0.11 Sesuai 19 0.12 0.042 Sesuai 19 n 39 2,25/n Harmonisa Genap 2 1,08 0.373 Sesuai 4 0,43 0.197 Sesuai 6 0,30 0.161 Sesuai 8 0,23 0.121 Sesuai 10 0,18 0.078 Sesuai 12 0,15 0.075 Sesuai 14 0,13 0.059 Sesuai 16 0.12 0.04 Sesuai 18 0.10 0.027 Sesuai 18 n 40 1,84/n Dari data ukur tersebut selanjutnya akan dirancang low pass filter LCL sebagai konpensasi hamonisa dan sekaligus perbaikan faktor daya pada sistem kelistrikan khususnya untuk peralatan rumah tangga. Dipilih penggunaan low pass filter LCL adalah karena filter tersebut sederhana, dan memiliki kemampuan meredam harmonisa ketiga (harmonisa orde rendah) pada sistem, mengurangi arus
22 netral, mengurangi pembebanan transformator, melindungi sistem kelistrikan, dan meningkatkan faktor daya. Hasil yang diharapkan dari kenyataan yang ada tersebut yaitu meredam harmonisa yang terjadi sesuai standar IEC 61000-3-2. Perbaikan faktor daya sistim diharapkan mencapai 0,99. Dengan demikian kualitas daya akan lebih baik, pengaruh dan kerugian teknis lebih diminimalkan, serta kinerja sistem peralatan lain tidak terganggu. 1.2. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka masalah yang akan dibahas mengenai peredaman harmonisa dan perbaikan faktor daya dengan menggunakan low pass filter LCL khususnya di panel utama pemakaian peralatan rumah tangga yaitu: a. Seberapa besar THD I yang ditimbulkan oleh peralatan rumah tangga. b. Seberapa besar nilai THD i dan THD v yang dapat diredam oleh low pass filter LCL dengan menggunakan MATLAB/Simulink. c. Seberapa besar faktor daya yang dapat diperbaiki dengan penggunaan low pass filter LCL. d. Menentukan besarnya pengaruh penggunaan low pass filter LCL untuk mereduksi harmonisa (THD I, THDv), sesuai standar IEC 61000-3-2, Kelas A.
23 1.3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk meredam nilai harmonisa beban rumah tangga yang diukur sehingga menjadi sesuai dengan standar IEC 61000-3-2. 1.4. Batasan Masalah Bahasan ini dibatasi mengenai harmonisa dan faktor daya pada sistem pemakaian beban listrik peralatan rumah tangga diantaranya: a. Penelitian hanya terfokus pada masalah filter hamonisa dan perbaikan faktor daya pada beban peralatan rumah tangga dengan menggunakan low pass filter LCL. b. Persoalan sumber pembangkit harmonisa dan pengaruh terhadap sistem lain yang ditimbulkan oleh pemakaian low pass filter LCL merupakan persoalan tersendiri dan tidak dibahas. 1.5. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah mendapatkan kualitas daya listrik yang lebih baik dengan harmonisa yang rendah dan faktor daya yang tinggi, kemudian mengurangi kerugian biaya operasi dan rugi-rugi teknis. Dan yang terpenting adalah memberikan informasi masyarakat pengguna energi listrik mengenai besarnya harmonisa dari peralatan yang dipakai serta akibat buruk yang ditimbulkan.