ANALISA PENGARUH HARMONISA TERHADAP FAKTOR-K PADA TRANSFORMATOR O L E H NAMA : EKA RAHMAT SURBAKTI NIM : 08 0402 021 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ANALISA PENGARUH HARMONISA TERHADAP FAKTOR-K PADA TRANSFORMATOR Oleh : NAMA : EKA RAHMAT SURBAKTI NIM : 08 0402 021 Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada tanggal 27 bulan Maret tahun 2013 di depan penguji 1) Ir. Eddy Warman : Ketua Penguji 2) Syiska Yana, ST, MT : Anggota Penguji Diketahui oleh : Disetujui Oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si Ir. Masykur Sj, MT NIP : 1954 0531 1986 01 1002 NIP : 1951 1030 1981031 001
KATA PENGANTAR Dengan Nama ALLAH Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang Syukur Alhamdullilah penulis ucapkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta salawat beriring salam penulis hadiahkan ke junjungan Nabi Muhammad SAW. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Rehmuli Surbakti) dan Ibunda (Sumartin Pa) serta Adik-adikku (Ely Ani Surbakti) dan (Efri Ayu Aginta Surbakti) tercinta yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendo akan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : ANALISA PENGARUH HARMONISA TERHADAP FAKTOR-K PADA TRANSFORMATOR Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada:
1. Bapak Ir. Masyukur Sj, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku dosen Wali penulis atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzy, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU. 4. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU. 5. Teman-teman angkatan 08, Aji (terimakasih atas bukunnya), Siska, Dina, Teguh dan Fredrik (terimakasih atas masukan-masukannya), Edi, Rambo, Muklis, Sukur, Rizal, Razi, Rifki, Rumi, Rasyid, Bibi, Lia, Parlin, Pindo, Iqbal, Uky, Ari, Fahdi, Fahmi, Dian, Ihsan, Dedi, Sopian, Tamara, Elis dan seluruh teman-teman Elektro 08 lainnya, terimakasih atas dukungannya. 6. Abang senior dan adik junior yang telah mau berbagi pengalaman, masukkan dan motivasi kepada penulis. 7. Pihak PT. PLN ( Persero ) Cabang Medan, Pak Sinaga, Pak Ferry, Pak Heru dan Kak Wita yang membantu Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri. Medan, April 2013 Penulis
ABSTRAK Harmonisa adalah gelombang sinus arus dan tegangan yang mempunyai frekuensi kelipatan integer (bilangan bulat) dari frekuensi dasarnya. Dalam sistem distribusi tenaga listrik harmonisa ini akan menghasilkan nilai faktor-k pada transformator. Nilai faktor-k ini sangat dipengaruhi oleh frekuensi sehingga akan mengakibatkan bertambahnya rugi estimasi pada transformator distribusi. Dalam Tugas Akhir ini pengukuran harmonisa dilakukan pada tiga buah transformator distribusi milik PT PLN (Persero) Cabang Medan, rayon Medan Kota. Data hasil pengukuran dibandingkan degan standar yang ditetapkan oleh IEEE std 519-1992. THD arus dari masing-masing transformator telah melebihi standar yaitu diatas 15% untuk orde < 11 dan diatas 7% untuk orde 11 h < 17 sedangkan THD tegangan dari masing-masing transformator tidak melebihi standar yaitu masih dibawah 5%. Nilai faktor-k terbesar yang dihasilkan arus harmonisa terjadi pada transformator MK609 yaitu pada phasa R sebesar 27.918, phasa S sebesar 36.461 dan phasa T sebesar 19.933. Kata Kunci: Harmonisa, faktor-k, transformator distribusi
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...i ABSTRAK......iv DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...viii BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Rumusan Masalah....1 1.3 Tujuan Penulisan...2 1.4 Manfaat Penulisan...2 1.5 Batasan Masalah...2 BAB II DASAR TEORI.............3 2.1 Transformator Distribusi...3 2.1.1 Spesifikasi Umum Rugi-Rugi Transformator Distribusi...5 2.1.2 Klasifikasi Beban Transformator Distribusi...6 2.1.3 Rugi-Rugi Transformator................9 2.1.3.1 Rugi Tembaga (P CU )...10 2.1.3.2 Rugi Besi (P )...10 i 2.2 Faktor-K...11 2.3 Harmonisa.........14 2.3.1 Karakteristik Beban......16 2.3.2 Jenis-Jenis Harmonisa...17
3.3.3 Sumber Harmonisa...20 2.3.4 Indeks Harmonisa...21 2.3.4.1 Total Harmonic Distortion...22 2.3.4.1 Individual Harmonic Distortion (IHD)...23 2.3.5 Standart Harmonisa.....23 BAB III METODE PENELITIAN...26 3.1 Peralatan Yang Digunakan.......27 3.2 Rangkaian Pengambilan Data......27 3.3 Prosedur Pengambilan Data....29 3.4 Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan...30 BAB IV HASIL DAN ANALIS.........32 4.1 Data Pengukuran Kandungan Harmonisa Pada Transformator...32 4.2 Analisa Data...40 4.2.1 Menghitung Arus Beban Penuh (I FL ) dan Arus Hubung Singkat (I SC )...40 4.2.2 Analisa THD pada Transformator Distribusi...41 4.2.3 Perhitungan Factor-k dan Deraing factor (D) Transformator...43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...52 4.1 Kesimpulan......52 4.2 Saran...53 DAFTAR PUSTAKA...54
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik...5 Gambar 2.2 Blok Diagram Rugi-Rugi Pada Transformator...9 Gambar 2.3 Gelombang Fundamental, Harmonisa kedua dan Harmonisa ketiga... 15 Gambar 2.4 Gelombang Fundamental yang Terdistorsi Harmonik ke 3...15 Gambar 2.5 Fundamental Fasor.....18 Gambar 2.6 Fasor Harmonik Urutan Negatif.....19 Gambar 2.7 Fasor Harmonik Urutan Nol...19 Gambar 3.1 Blok Diagram Langkah Kerja...26 Gambar 3.2 Power Quality analyzer Fluke 435...27 Gambar 3.3 Blok Diagram Pengukuran Secara Umum...28 Gambar 3.4 Trafo Tiang...28 Gambar 3.5 Pengukuran Kandungan Harmonisa Pada Sisi Sekunder Transformator...29 Gambar 4.1 (a) Bentuk Gelombang Arus dan (b) Bentuk Gelombang tegangan.35 Gambar 4.2 (a) Bentuk Gelombang Arus dan (b) Bentuk Gelombang tegangan.37 Gambar 4.3 (a) Bentuk Gelombang Arus dan (b) Bentuk Gelombang tegangan.40 Gambar 4.4 Grafik Penurunan Kapasitas pada masing-masing Transformator..51
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Rugi-Rugi Transformator Distribusi......6 Tabel 2.2 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN...7 Tabel 2.3 K-Faktor For Various Types Of Loads...13 Tabel 2.4 Urutan Polaritas Harmonisa Pada Sistem Tiga Phasa...20 Tabel 2.5 Standar Distorsi Arus untuk Sistem Distribusi...24 Tabel 2.6 Standar Distorsi Tegangan untuk Sistem Distribusi...25 Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Pada Transformator MK609...33 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Harmonisa Arus Pada Transformator MK609...34 Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Pada Transformator MK676...36 Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Harmonisa Arus Pada Transformator MK676...36 Tabel 4.5 Data Hasil Pengukuran Pada Transformator MK705...38 Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Harmonisa Arus Pada Transformator MK676...39 Tabel 4.7 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung singkat...41 Tabel 4.8 THD Arus pada transformator Distribusi...41 Tabel 4.9 THD Tegangan pada Transformator distribusi.....42 Tabel 4.10 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa R...43 Tabel 4.11 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa S...44 Tabel 4.12 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa T...44 Tabel 4.13 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa R...46 Tabel 4.14 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa S...46
Tabel 4.15 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa T...47 Tabel 4.16 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa R...48 Tabel 4.17 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa S...49 Tabel 4.18 Perhitungan Faktor-K dan Derating Factor (D) pada phasa T...49