BAB 3 METODE PENELITIAN. Serdang. Dalam memenuhi kebutuhan daya listrik industri tersebut menggunakan

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi Penelitian Penelitian yang dilakukan adalah studi kasus pada pabrik pengolahan plastik. Penelitian direncanakan selesai dalam waktu 6 bulan dan lokasi penelitian berada di industri pengolahan plastik milik PT Guna Kemas Indah yang beralamat di Jalan Industri No. 11 Kelurahan Kebun Sayur Kecamatan Tanjungmorawa Kabupaten Deli Serdang. Dalam memenuhi kebutuhan daya listrik industri tersebut menggunakan sumber listrik dari PT. PLN dengan tarif daya listrik industri kelas 3 (I3) 550 kva. Untuk keberlangsungan pasokan listrik, industri tersebut juga didukung oleh generator set 1000 kva yang akan digunakan sebagai cadangan jika terjadi gangguan listrik dari pembangkit PLN. Sambungan listrik dengan PLN berada pada tegangan menengah 20 kv. Transformator dengan kapasitas 1000 kva digunakan untuk menurunkan tegangan 20 kv menjadi 400 V. Gambar 3.1 merupakan rangkaian satu garis distribusi listrik. Pembangkit Transformator Penaik GI TT/ET 150 kv Transformator Penurun GI TAMORA TM 20 kv 1000 kva PCC Mesin Produksi Office Utility Crusher Gambar 3.1 Rangkaian Diagram Satu Garis Industri Plastik Pembangkit Saluran Tranmisi Saluran Tranmisi Primer PCC Skunder Industri Plastik Beban 56

57 Mesin yang digunakan untuk menunjang produksi pengolahan plastik baik yang tergolong beban listrik linier maupun beban listrik non linier dapat dilihat pada Table 3.1. Tabel 3.1.Data Penggunaan Beban Listrik Pada Mesin Produksi Nama Mesin Presure Forming Fongkee (Sheet) Loly Printing Jumlah 4 Unit 1 Unit 1 Unit 2 Unit 3.2 Teknik Pengukuran Untuk melakukan pengukuran harmonisa pada objek penelitian menggunakan alat ukur portable dan diukur pada panel PCC. Alat ukur yang digunakan adalah Power Quality Analyzer Merk Metrel terlihat pada Gambar 3.2. Gambar 3.2 Alat ukur Power Quality Analyzer

58 Pengukuran menggunakan alat ukur Power Quality Analyzer dilakukan pada PCC sumber pada bulan September 2015 jam 10.00 WIB bertempat di industri plastik PT. Guna Kemas Indah, pada saat pengukuran hanya beberapa mesin produksi yang dioperasikan. 3.3 Prosedur Penelitian berikut: Prosedur penelitian diperlihatkan pada diagram alir Gambar 3.3 sebagai Mulai Pengumpulan Data Pengukuran Tegangan, Arus, Harmonisa Arus (IHDi), Harmonisa Tegangan (IHDv), Daya Beban Hasil IHD (%) < Standar IEEE 519-1992 Ya A Tidak Memasukkan data beban dan Filter-1 C B Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian

59 B Perhitungan Filter Pasif Single Tune Daya reaktif kapasitor adalah : Qc = P{tan(cos -1 pƒ 1 ) tan (cos -1 p ƒ 2) Tentukan reaktansi kapasitor : Tentukan Kapasitansi : Tentukan Reaktansi Induktif dari Induktor: Tentukan Induktansi dari Induktor: Tentukan reaktansi karakteristik dari filter X n = h n X L Tentukan Tahanan (R) : Simulasi MATLAB/Simulink dengan menggunakan filter pasif single tune C Tidak Hasil IHD (%) < Standar IEEE 519-1992 Ya Memasukkan data beban dan Filter-2 D E Gambar 3.3 (Sambungan)

60 E Perhitungan Filter Matrix Perhitungan faktor Daya kebutuhan Q (KVAR) dan C Q = ( 1 2) 2 = ΔQ = 1 2. Perhitungan tungan induktor input dan output, % x = 2... e Dimana dimana L = L 1 + L 2 Perhitungan nilai XL 3 =XL 3 c (induktor untuk filter) 2 c = 0 c = 2 Perhitungan tungan resonansi resonansi hamonisa hamonisa ke n, kyaitu: 2 ( p + c ) = 0 = p + c dimana n = 1,3,5,7. Simulasi MATLAB/Simulink dengan menggunakan filter Matrix D Tidak Hasil IHD (%) < Standar IEEE 519-1992 Ya Hasil & Pembahasan Filter Pasif Single Tune dan Filter Matrix Kesimpulan dan Saran Selesai A Gambar 3.3 (Sambungan)

61 Dari diagram alir pada Gambar 3.3 terlihat proses penelitian untuk membandingkan penggunaan filter pasif single tuned dan filter matrix dimulai dari pengumpulan data, pengukuran dan selanjutnya menghitung parameter filter pasif single tuned dan matrix yang akan digunakan untuk meredam harmonisa. Kemudian melakukan simulasi sebelum penggunaan filter, dengan menggunakan filter pasif single tuned, dan dengan menggunakan filter matrix dengan memakai program matlab/simulink. Kemudian menganalisis hasil nilai pemodelan simulasi penggunaan filter pasif single tuned dan filter matrix terhadap standar IEEE 519-1992.

62 3.4 Hasil Pengukuran Pengukuran yang telah dilakukan pada objek penelitian dengan cara pengukuran langsung pada PCC beban. Hasil pengukuran yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Hasil Pengukuran dengan Alat Ukur Power Quality Analizer Phase Values Symbol Name L1 L2 L3 Total Unit V Voltage 234,45 238,2 235,11 - V I Current 365,94 383,27 396,54 - A THD V Voltage THD 5,1187 5,4279 4,2477 - V THD V Voltage THD 2,1836 2,2791 1,8068 - % THD I Current THD 14,93 15,399 13,707 - % THD I Current THD 54,004 58,332 53,819 - A P Active Power 80,508 85,617 89,085 255,21 kw Q Reactive Power 29,65 31,694 27,498 88,842 kvar PF Power Factor 0,94 ind 0,94 ind 0,96 ind 0,94 ind DPF Displacement Factor 0,95 ind 0,95 ind 0,96 ind - S Apparent Power 85,794 91,295 93,233 270,23 kva Dalam hal penelitian ini, diasumsikan bahwa beban 3 phasa dianggap seimbang dan analisis yang dilakukan hanya pada satu phasa saja. Sehingga data yang digunakan dalam perhitungan dan analisis adalah hasil pengukuran pada phasa L1.

63 Dari hasil pengukuran Tabel 3.2 dapat diketahui bahwa kandungan harmonisa arus THDi pada beban industri pengolahan plastik sebesar 14,93%. Kondisi ini tidak sesuai dengan standar IEEE 519-1992 yaitu THDi yang diizinkan adalah lebih kecil dari 5%. Karena harmonisa yang dihasilkan melebihi batas yang ditetapkan standar IEEE 519-1992, maka penelitian ini dapat dilanjutkan untuk dilakukan reduksi harmonisa dengan menggunakan filter. Bentuk dari gelombang harmonisa tegangan untuk tiga phasa berdasarkan pengukuran terlihat pada Gambar 3.4 Gambar 3.4 Spektrum Gelombang Harmonisa Tegangan Phasa L1, L2, L3 Bila dilakukan pengamatan pada Gambar 3.4 menunjukkan gelombang harmonisa tagangan tidak memperlihatkan adanya gangguan harmonisa. Kandungan

64 harmonis tegangan terlihat berbentuk sinusoidal dan berdasarkan pengukuran THDv pada L1 adalah sebesar 2,1836% dibawah batas standar IEEE 519-1992 yaitu 3%, maka untuk harmonisa tegangan tidak perlu dilakukan reduksi. Gambar 3.5 berikut adalah merupakan gambar harmonisa arus berdasarkan hasil pengukuran. Gambar 3.5 Spektrum Gelombang Harmonisa Arus Phasa L1, L2, L3 Hasil spektrum gelombang harmonisa arus terlihat berbentuk acak sehingga tidak terlihat berbentuk sinusoidal murni. Fenomena ini disebabkan oleh adanya gangguan arus yang dikenal dengan arus harmonik sehingga harus dilakukan reduksi agar kandungan harmonisa arus dapat diredam menjadi dibawah standar yang diatur dalam IEEE 519-1992. Hasil pengukuran menunjukkan distorsi arus harmonik total

65 adalah 14,93% melebihi batas standar IEEE 519-1992 yaitu 7%. Grafik harmonisa tegangan terlihat pada Gambar 3.6 dan grafik harmonisa arus terlihat pada Gambar 3.7 berikut. Gambar 3.6 Grafik Harmonisa Tegangan Phasa L1, L2, L3 Gambar 3.7 Grafik Harmonisa Arus Phasa L1, L2, L3

66 Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 memperlihatkan bentuk grafik tiap-tiap ordo ganjil pada harmonisa tegangan dan harmonisa arus phasa L1, L2, L3. Bentuk gelombang interharmonic tegangan terlihat pada Gambar 3.8 dan interharmonic arus terlihat pada Gambar 3.9 berikut. Gambar 3.8 Grafik Interharmonik Tegangan Phasa L1, L2, L3 Gambar 3.9 Grafik Interharmonik Arus Phasa L1, L2, L3

67 3.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat (Isc) Dalam menentukan batasan harmonisa maksimum dalam standar IEEE 519-1992, harus diketahui terlebih dahulu nilai short circuit ratio (SCR). SCR adalah perbandingan antara arus hubung singkat (Isc) dengan arus beban (I L ). Menghitung Isc diperlukan data impedansi saluran dan impedansi transformator yang digunakan pada sistem tersebut. Adapun urutan langkah-langkah dalam melakukan perhitungan nilai Isc adalah: 1. Melakukan Perhitungan Impedansi Transformator Distribusi Transformator distribusi yang digunakan berkapasitas 1000 kva dengan tegangan primer 20 kv dan tegangan skunder 400 V. V e V Reaktansi transformator 4% = 0,04 pu V VA Ω Maka nilai reaktansi transformator X T = 0,04 x 0,0533333 = 0,0021333 Ω 2. Perhitungan Impedansi Saluran Kabel penghantar yang digunakan jenis NYY 4 x 70 mm 2 dengan panjang 45 m.

68 Sehingga data yang diperoleh dari jenis kabel tersebut yaitu : R = 0,268 Ω/km Sehingga R = 0,01206 Ω L = 0,238 mh/km Sehingga X L = 0,0033646 Ω Maka Z kabel = 0,01206 + j 0,0033646 Ω 3. Perhitungan Impedansi Beban Data hasil pengukuran daya pada busbar PCC diperoleh : P = 80,508 kw Q = 29,65 kvar S = 85,794 kva Tegangan rata-rata = 234,45 V Sehingga : V P V Ω Ω Diperoleh impedansi beban dalam bentuk bilangan kompleks: Z beban = 0,601205 + j 0,221415 Ω

69 Sedangkan arus total yang mengalir ke beban: Berdasarkan nilai impedansi yang telah diperoleh, maka dilanjutkan untuk menghitung nilai impedansi dari sumber: Z s = jx T + Z kabel = j 0,0021333 + 0,01206 + j 0,0033646 = 0,01206 + j 0,0054979 = 0,0132541 Ω Impedansi Thevenin antara sumber tegangan dengan beban adalah: ( ) ( ) ( ) ( ) = 0,011824 + j 0,0053689 = 0,0129862 Ω Diperoleh arus hubung singkat sistem: Maka diperoleh perbandingan arus hubung singkat (I SC ) dengan arus beban (I L ) adalah: c

70 Berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh nilai I SCR 34,18 menjadi acuan dalam menentukan batasan standar harmonisa IEEE 519-1992 yaitu I SC /I L = 20 < 50 sesuai dengan Tabel 2.2. 3.6 Perbandingan Batas Standar Harmonisa Harmonisa yang akan direduksi adalah harmonisa individual yang melebihi standar IEEE 519-1992. Berdasarkan hasil perhitungan nilai I SC /I L yang telah dilakukan menjadi acuan untuk menentukan batasan standar harmonisa individual seperti terdapat pada Tabel 3.3 dan 3.4 berikut: Tabel 3.3 Data Perbandingan Standar Harmonisa Tegangan per Phasa IHD Ordo IHDv-L1 (%) IHDv-L2 (%) IHDv-L3 (%) 1 100,00 100,00 100,00 Standar IEEE 519-1992 Keterangan 3 0,22 0,32 0,41 3,0 Sesuai 5 0,73 0,33 0,77 3,0 Sesuai 7 1,31 1,62 0,99 3,0 Sesuai 9 0,22 0,09 0,14 3,0 Sesuai 11 0,58 0,75 0,83 3,0 Sesuai 13 0,18 1,15 0,48 3,0 Sesuai 15 0,36 0,17 0,34 3,0 Sesuai 17 0,18 0,11 0,13 3,0 Sesuai 19 0,10 0,21 0,19 3,0 Sesuai 21 0,09 0,09 0,10 3,0 Sesuai 23 0,11 0,11 0,08 3,0 Sesuai Total THD 2,183 2,279 1,806

71 Dapat dilihat pada Tabel 3.3 harmonisa tegangan individual berdasarkan perbandingan yang dilakukan dengan standar IEEE 519-1992 menunjukkan kesesuaian.kondisi ini juga dapat diartikan bahwa untuk tegangan pada penelitian ini tidak terganggu oleh harmonisa dan tidak perlu dilakukan reduksi harmonisa tegangan. Tabel 3.4 Data Perbandingan Standar Harmonisa Arus per Phasa IHD Ordo IHD I -L1 (%) IHD I -L2 (%) IHD I -L3 (%) Standar IEEE 519-1992 Keterangan 1 100,00 100,00 100,00 100,00 3 2,20 2,46 2,83 7,0 Sesuai 5 14,22 14,48 12,84 7,0 Tidak Sesuai 7 2,35 3,52 2,14 7,0 Sesuai 9 0,84 0,38 0,75 7,0 Sesuai 11 1,21 1,70 1,77 3,5 Sesuai 13 1,03 1,10 0,83 3,5 Sesuai 15 0,49 0,40 0,13 3,5 Sesuai 17 0,84 0,54 0,79 2,5 Sesuai 19 1,20 1,13 0,78 2,5 Sesuai 21 0,24 0,14 0,15 2,5 Sesuai 23 0,81 0,31 0,68 1,0 Sesuai Total THD 14,95 15,399 13,707 Tabel 3.4 merupakan perbandingan harmonisa arus individual dengan standar harmonisa arus individual IEEE 519-1992. Pada ordo ke 5 terlihat nilai IHDi melebihi batasan standar harmonisa IEEE 519-1992 sehingga menunjukkan besar yang tidak sesuai. Pada kondisi ini harus dilakukan reduksi harmonisa dengan menggunakan filter.

72 3.7 Perhitungan Filter Pasif Single Tuned Perhitungan Komponen Filter Perhitungan filter R, L, C yang digunakan untuk mereduksi harmonisa arus pada penelitian ini adalah menggunakan harmonisa arus yang terburuk melebihi batas standar harmonisa IEEE 519-1992. Adapun orde harmonisa yang akan direduksi yaitu ordo 5 saja seperti yang terlihat pada Tabel 3.4. Beban 3 phasa dianggap dalam keadaan seimbang sehingga simulasi dan analisis data dilakukan pada satu phasa saja, yaitu dipilih pada phasa L1 (phasa R). Untuk menentukan kapasitas kapasitor (Qc) diasumsikan bahwa faktor daya diperbaiki dari pf 1 = 0,94 menjadi pf 2 = 0,99. Untuk menghitung kapasitas kapasitor yang dibutuhkan sebagai filter harmonisa adalah: Qc = P{tan(cos -1 pf 1 ) - tan(cos -1 pf 2 )} Maka Qc = P{tan(cos -1 (0,94) - tan(cos -1 (0,99)} Qc = 80,508{tan(cos -1 (0,94)) - tan(cos -1 (0,99))} Qc = 80,508{tan(19,948) - tan(8,1096))} Qc = 17,748733 kvar Qc = 17748,733 VAR Untuk menentukan reaktansi kapasitor (Xc) adalah sebagai berikut : ( ) Q

73 Untuk menentukan kapasitansi dari kapasitor (C) adalah sebagai berikut : Untuk menentukan reaktansi induktif dari induktor (X L ) pada harga frekuensi fundamental adalah sebagai berikut :

74 Untuk menentukan induktansi dari induktor (L) adalah sebagai berikut :

75 Untuk menentukan reaktansi karakteristik dari filter (X n ) adalah sebagai berikut :

76 Dengan mengasumsikan faktor kualitas Filter pasif single tuned (Q) = 100, maka untukmenentukan nilai tahanan (R) pada filter tersebut adalah sebagai berikut : Q

77 Sehingga berdasarkan hasil perhitungan filter Pasif Singgle Tuned dengan komponen R, L, C yang akan digunakan pada penelitian ini untuk mereduksi harmonisa arus terdapat pada Tabel 3.5 berikut. Tabel 3.5 Hasil Perhitungan Nilai Filter Pasif Single Tuned No Komponen Filter Simbol Satuan Nilai 1 Reaktansi R Ω 2 Induktansi L H 3 Kapastansi C F Menghitung nilai Impedansi (Z F ) filter pasif single tuned Untuk mengetahui nilai impedansi setiap ordo filter harmonisa dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.47) berikut ini: ( ) ( x x x x x x ) ( x x x x x x )

78 Dengan menggunakan cara yang sama diatas dapat dihitung :

79 Hasil perhitungan impedansi frekuensi dapat dilihat pada Gambar 3.10 Grafik impedansi frekuensi berikut ini. Impedansi vs Orde Harmonisa Impedansi Filter Pasif Single Tune 3.50 3.00 Impedansi (ohm) 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50-1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Orde Harmonisa Gambar 3.10 Grafik Impedansi Frekuensi Harmonisa Gambar 3.10 merupakan Grafik impedansi frekuensi berdasarkan harmonisa arus pada penelitian ini.berdasarkan bentuk gambar kurva memperlihatkan pada harmonisa urutan ke-5 memiliki impedansi frekuensi terkecil yaitu 0,00619 Ω. Apabila diamati untuk harmonisa arus setelah urutan 5 memperlihatkan nilai impedansi frekuensi kembali naik.

80 3.8 Perhitungan Filter Matrix Menentukan Kebutuhan Kapasitor Untuk Perbaikan Faktor Daya Pada Tabel 3.2 dapat dilihat hasil pengukuran daya aktif, daya semu, daya reaktif dan nilai faktor daya. Untuk memperbaiki faktor daya dari 0,94 menjadi 0,99 dibutuhkan kompensasi kapasitor sebesar : ΔQ = Q C = 17748,733 VAR Q ( ) VA Menentukan parameter induktor L 1 dan induktor L 2 Menghitung impedansi dua induktor input dan output yaitu : Arus yang terukur pada phasa R (L1) sesuai Tabel 3.2 yaitu sebesar 365,94 A Untuk Z = 12% maka nilai kedua induktor dapat dihitung yaitu: Sehingga L 1 = 0,1224 mh dan L 2 = 0,1224 mh

81 Menentukan parameter induktor L 3 Parameter L 3 menjadi XL C merupakan notasikondisi transfer delta ke bintang pada rangkaian ekivalen filter matrix. Reaktansi filter XL C kita pilih nilai yang tertinggi dari pengukuran nilai harmonisa, dan nilai yang terbesar pada harmonisa orde ke lima (n = 5). Besar nilai reaktansi induktif filter yaitu: Resonansi terjadi pada harmonisa ke n yaitu: Dimana X p dapat dihitung dengan persamaan: n Xp = n XL transformator + n XL kabel + n XL a dan Xp kondisi pada frekuensi fundamental yaitu: Xp = XL transformator + XL kabel + XL a Untuk mendapatkan nilai XL a kita gunakan persamaan transfer delta ke bintang, dimana nilai R 1 = 100 XL 1 = 314 x 0,0001224 H = 0,0384407 Ω Dan nilai

82 Dengan diketahui nilai R 1, XL 1, dan XL 3, maka untuk menentukan nilai XLa yaitu: Ω Maka XLa = Ω dan nilai La = X p = 0,0021333 + 0,0033646 + 0,0384406 = 0,0439386 Ω Sehingga nilai resonansi hamonisa ke n, yaitu: Atau pada frekuensi n = 4,296 x 50 Hz = 214,79 Hz

83 Nilai reaktansi transformator, saluran kabel, filter matrix, setelah dihitung dapat dirangkum seperti Tabel 3.6. Tabel 3.6. Impedansi dan Parameter Filter Impendasi dan Parameter Filter Reaktansi induktor input filter L 1 Reaktansi induktor output filter L 2 Reaktansi induktor filter L 3 =L C Nilai dan Satuan 0,1224 mh 0,1224 mh 0,3943 mh Reaktansi kapasitor filter C 1027,8 µf Resistansi R filter 100 Menghitung nilai Reaktansi Total (Xt) Filter Matrix Untuk mengetahui nilai reaktansi total setiap ordo filter harmonisa dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.59) berikut ini: X t (n) nx r nx P (n XL C X C ) n (X P XL C ) X C Sehingga di peroleh nilai reaktansi pada ordo harmonisa ke-3 dan seterusnya yaitu sebagai berikut : Xt 3 = 0,2799924 Ω Xt 5 = 0,1922040 Ω Xt 7 = 0,4474735 Ω Xt 9 = 0,6073270 Ω

84 Xt 11 = 0,7568531 Ω Xt 13 = 0,9030441 Ω Xt 15 = 1,0477092 Ω Xt 17 = 1,1915374 Ω Xt 19 = 1,3348522 Ω Xt 21 = 1,4778271 Ω Xt 23 = 1,6205644 Ω berikut ini. Grafik hasil perhitungan reaktansi total dapat dilihat pada Gambar 3.11 2.00 Reaktansi Total vs Orde Harmonisa Reaktansi Filter Matrix Reaktansi (ohm) 1.50 1.00 0.50-1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Orde Harmonisa Gambar 3.11 Grafik Reaktansi Total Penggunaan Filter Matrix

85 Gambar 3.11 memperlihatkan bentuk kurva reaktansi total penggunaan filter matrix setiap ordo harmonisa, terlihat bahwa pada ordo harmonisa ke-5 merupakan reaktansi total terkecil yaitu sebesar 0,1922040 Ω.Apabila diamati untuk harmonisa arus setelah urutan ke-5 memperlihatkan nilai reaktansi total frekuensi kembali menanjak naik.

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian Hasil Penelitian diperoleh dari suatu simulasi dengan menggunakan software. Simulasi digunakan untuk menggali pengetahuan lebih dalam dan lebih jauh dengan cara yang lebih mudah seperti meramalkan suatu kejadian atau memperkirakan performa dari suatu sistem yang kompleks. Dalam penelitian ini digunakan program Matlab/Simulink. Reduksi harmonisa pada penelitian ini menggunakan simulasi dua model filter yaitu filter pasif single tuned dan filter matrix. 4.1.1 Simulasi Matlab Tanpa Menggunakan Filter Gambar 4.1 merupakan rangkaian simulasi sistem objek penelitian berdasarkan hasil pengukuran di lapangan.. In RMS In RMS Discrete, Ts = 5e-005 s Display Vs Display Is powergui ScopeVs Scope Is Zs1 i + - Is Vs v + - V Fasa R Beban Ih3 Ih5 Ih7 Ih9 Ih11 Ih13 Ih15 Ih17 Ih19 Ih21 Ih23 Gambar 4.1 Simulasi Matlab/Simulink Tanpa Menggunakan Filter 86

87 Simulasi pada Gambar 4.1 merupakan rangkaian tanpa menggunakan filter. Hasil simulasi dengan rangkaian tersebut memperlihatkan besar arus harmonisa individual seperti pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil Simulasi Tanpa Filter Harmonisa (IHDi %) IHD Ordo Pengukuran Simulasi Tanpa Filter 1 100,00 100,00 Standar IEEE 519-1992 3 2,20 2,31 7,0 5 14,22 14,97 7,0 7 2,35 2,47 7,0 9 0,84 0,88 7,0 11 1,21 1,27 3,5 13 1,03 1,08 3,5 15 0,49 0,51 3,5 17 0,84 0,88 2,5 19 1,02 1,06 2,5 21 0,24 0,25 2,5 23 0,81 0,84 1,0 Total THD 14,95 15,55 Tabel 4.1 merupakan hasil simulasi tanpa menggunakan filter harmonisa, total harmonisa arus yang tercatat adalah 15,55% selisih 0,6% dari pengukuran dilapangan yaitu 14,95%. Sehingga rangkaian simulasi pada Gambar 4.1 dapat menggambarkan kondisi harmonisa pada industri plastik yang dilakukan dalam penelitian ini. IHD

88 arus yang melebihi batas standar IEEE 519-1992 harus direduksi oleh sebuah filter, pada Tabel 4.1 terlihat bahwa hanya pada orde ke-5 besar IHD arus berada jauh diatas batas standar IEEE 519-1992 yaitu sebesar 14,97% dengan batas yang diizinkan adalah 7%. Bentuk gelombang arus yang dihasilkan dengan simulasi Matlab/Simulink tanpa menggunakan filter dapat dilihat pada Gambar 4.2. Terlihat bahwa gelombang arus tidak berbentuk sinusoidal murni, terdapat riak gelombang dan hampir membentuk gelombang persegi. FFT window: 3 of 750 cycles of selected signal 400 200 0-200 -400 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Gambar 4.2 Gelombang Arus Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter Gambar 4.3 merupakan Barchart arus hasil simulasi tanpa menggunakan filter sesuai dengan Tabel 4.1.

Mag (% of Fundamental) 89 Fundamental (50Hz) = 477.2, THD= 15.55% 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Gambar 4.3 Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter 4.1.2 Simulasi Matlab dengan menggunakan Filter Pasif Single Tuned Gambar rangkaian Simulasi Matlab dengan menggunakan Filter Pasif Single Tuned yang terdiri dari komponen R, L dan C dapat dilihat seperti gambar 4.4 sebagai berikut: In RMS In RMS Discrete, Ts = 5e-005 s Display Vs Display Is powergui ScopeVs Scope Is Zs1 i + - Is Vs v + - V Fasa R Filter RLC Beban Ih3 Ih5 Ih7 Ih9 Ih11 Ih13 Ih15 Ih17 Ih19 Ih21 Ih23 Gambar 4.4 Simulasi Matlab/Simulink Filter Pasif Single Tuned

90 Simulasi filter Pasif Single Tuned menggunakan program Matlab dilakukan dengan tahapan seperti pada simulasi tanpa menggunakan filter, kemudian ditambah dengan sebuah filter RLC dihubung paralel dengan beban. Nilai RLC telah dihitung dan diperoleh nilai R = 0,0061939 Ω, L = 0, 3943 mh, C = 1027,8 µf. Nilai tersebut menjadi nilai block parameter dari filter RLC. Hasil reduksi harmonisa arus dengan simulasi menggunakan filter pasif single tuned memperlihatkan besar arus harmonisa individual seperti pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil Simulasi Dengan Filter Pasif Single Tuned (IHDi %) IHD Simulasi Standar IEEE Ordo Single Tuned 519-1992 Keterangan 1 100,00 3 2,31 7,0 Sesuai 5 2,66 7,0 Sesuai 7 2,20 7,0 Sesuai 9 0,80 7,0 Sesuai 11 1,17 3,5 Sesuai 13 1,00 3,5 Sesuai 15 0,47 3,5 Sesuai 17 0,81 2,5 Sesuai 19 0,99 2,5 Sesuai 21 0,23 2,5 Sesuai 23 0,78 1,0 Sesuai Total THD 4,77

91 Tabel 4.2 merupakan hasil simulasi reduksi harmonisa arus dengan menggunakan filter pasif single tuned, filter ini dapat meredam harmonisa arus total dari 15,55 % menjadi 4,77%. Jika dilihat dari arus harmonisa individual, hasil simulasi memperlihatkan bahwa seluruh IHD Ordo harmonisa telah berada dibawah batas standar IEEE 519-1992. Bentuk gelombang arus yang dihasilkan dengan simulasi Matlab/Simulink dengan menggunakan filter pasif single tuned dapat dilihat pada Gambar 4.5. Terlihat bahwa hasil gelombang yang dihasilkan sudah berbentuk sinusoidal yang mengindikasikan bahwa sistem telah aman dari gangguan harmonisa arus. 500 FFT window: 3 of 750 cycles of selected signal 0-500 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Gambar 4.5 Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned Gambar 4.6 merupakan Barchart arus hasil simulasi menggunakan filter pasif single tuned sesuai dengan Tabel 4.2.

Mag (% of Fundamental) 92 Fundamental (50Hz) = 490.7, THD= 4.77% 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Gambar 4.6 Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned 4.1.3 Simulasi Matlab dengan menggunakan Filter Matrix Untuk membuat rangkaian simulasi filter Matrix pada program Matlab dilakukan tahapan seperti pada simulasi tanpa menggunakan filter, kemudian ditambah dengan sebuah filter matrix dihubung seri dan paralel dengan beban. Nilai komponen R, L1, L2, L3, dan C telah dihitung dan diperoleh nilai R = 100 Ω, L1 = L2 = 0,1224 mh, L3 = 0,3943 mh, C = 1027,8 µf. Nilai tersebut menjadi nilai block parameter dari filter matrix. Sehingga membentuk suatu rangkaian seperti gambar 4.7 sebagai berikut:

Mag (% of Fundamental) 0.5 93 In RMS 344.6 ScopeVs Display Is In RMS 234.5 Display Vs Scope Is Discrete, Ts = 5e-005 s powergui Zs1 i + - L1 L2 Vs Is R L3 v + - V Fasa R Beban Ih3 Ih5 Ih7 Ih9 Ih11 Ih13 Ih15 Ih17 Ih19 Ih21 Ih23 C Gambar 4.7 Simulasi Matlab/Simulink Menggunakan Filter Matrix Hasil reduksi harmonisa arus dengan simulasi filter matrix memperlihatkan bentuk gelombang arus pada Gambar 4.8 dan besar arus harmonisa individual dapat dilihat pada Tabel 4.3. 500 FFT window: 3 of 750 cycles of selected signal 0-500 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Gambar 4.8 Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Matrix Fundamental (50Hz) = 487.1, THD= 3.06% 2.5 2 1.5 1

94 Tabel 4.3 Hasil Simulasi Dengan Filter Matrix (IHDi %) IHD Simulasi Standar IEEE Ordo Filter Matrix 519-1992 Keterangan 1 100,00 3 2,60 7,0 Sesuai 5 0,32 7,0 Sesuai 7 1,19 7,0 Sesuai 9 0,43 7,0 Sesuai 11 0,59 3,5 Sesuai 13 0,46 3,5 Sesuai 15 0,20 3,5 Sesuai 17 0,31 2,5 Sesuai 19 0,35 2,5 Sesuai 21 0,08 2,5 Sesuai 23 0,24 1,0 Sesuai Total THD 3,06 Tabel 4.3 merupakan hasil simulasi reduksi harmonisa arus dengan menggunakan filter matrix, filter ini dapat meredam harmonisa arus total dari 15,55% menjadi 3,06%. Jika dilihat dari arus harmonisa individual, hasil simulasi memperlihatkan bahwa seluruh IHD Ordo harmonisa telah berada dibawah batas standar IEEE 519-1992. Pada Gambar 4.8 terlihat bahwa hasil gelombang memperlihatkan sudah berbentuk sinusoidal yang mengindikasikan bahwa tingkat harmonisa telah sesuai dengan standar yang berlaku.

Mag (% of Fundamental) 95 Gambar 4.9 merupakan barchart arus hasil simulasi menggunakan filter martix sesuai dengan Tabel 4.3. Fundamental (50Hz) = 487.1, THD= 3.06% 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Gambar 4.9 Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Matrix 4.2 Pembahasan Hasil 4.2.1 Perbandingan Hasil Simulasi Reduksi Harmonisa Hasil simulasi menunjukkan perbedaan bentuk gelombang arus harmonisa pada saat tanpa menggunakan filter, dengan menggunakan filter pasif single tuned, dan dengan menggunakan filter matrix. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.10.

96 Gelombang Arus Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Matrix 400 200 0-200 FFT window: 3 of 750 cycles of selected signal -400 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 500 0 FFT window: 3 of 750 cycles of selected signal -500 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 500 0 FFT window: 3 of 750 cycles of selected signal -500 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Gambar 4.10 Perbandingan Bentuk Gelombang Arus Hasil Simulasi Dari Gambar 4.10 terlihat bahwa bentuk gelombang arus dapat diperbaiki dengan menggunakan filter, dan penggunaan filter matrix membentuk gelombang lebih sinusoidal dibandingkan dengan menggunakan filter pasif single tuned. Selain perbedaan bentuk gelombang, terjadi juga perbedaan dalam tingkat reduksi harmonisa arus. Perbandingan tingkat reduksi harmonisa arus dapat dilihat pada Gambar 4.11.

Mag (% of Fundamental) Mag (% of Fundamental) Mag (% of Fundamental) 97 Fundamental (50Hz) = 477.2, THD= 15.55% Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Fundamental (50Hz) = 490.7, THD= 4.77% Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Fundamental (50Hz) = 487.1, THD= 3.06% Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Matrix 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Gambar 4.11 Perbandingan Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Gambar 4.11 memperlihatkan bahwa simulasi tanpa menggunakan filter menghasilkan THD arus sebesar 15,55%, sedangkan simulasi dengan menggunakan filter pasif single tuned dapat mereduksi harmonisa sehingga menghasilkan THD arus sebesar 4,77%, dan simulasi dengan menggunakan filter matrix mampu mereduksi harmonisa arus sehingga menghasilkan THD arus sebesar 3,06%.

98 4.2.2 Reduksi Harmonisa Terhadap Standar IEEE 519-1992 Perbandingan reduksi harmonisa arus individual antara pengukuran, simulasi tanpa filter, simulasi dengan filter pasif single tuned, dan simulasi dengan filter matrix, serta perbandingan terhadap standar IEEE 519-1992 dapat dilihat pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 Perbandingan Standar Harmonisa Arus Individual (IHDi %) IHD Ordo Pengukuran Simulasi Tanpa Filter Simulasi Single Tuned Simulasi Filter Matrix 1 100,00 100,00 100,00 100,00 Standar IEEE 519-1992 3 2,20 2,31 2,31 2,60 7,0 5 14,22 14,97 2,66 0,32 7,0 7 2,35 2,47 2,20 1,19 7,0 9 0,84 0,88 0,80 0,43 7,0 11 1,21 1,27 1,17 0,59 3,5 13 1,03 1,08 1,00 0,46 3,5 15 0,49 0,51 0,47 0,20 3,5 17 0,84 0,88 0,81 0,31 2,5 19 1,02 1,06 0,99 0,35 2,5 21 0,24 0,25 0,23 0,08 2,5 23 0,81 0,84 0,78 0,24 1,0 Total THD 14,95 15,55 4,77 3,06

99 Grafik perbandingan harmonisa arus pada data Tabel 4.4 yaitu saat pengukuran, tanpa menggunakan filter dan dengan menggunakan dua model filter dapat dilihat pada Gambar 4.12 berikut. Hasil Pengukuran Simulasi Tanpa Filter Simulasi Single Tuned Simulasi Filter Matrix Arus Harmonisa (%) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Total THD Orde Harmonisa (n) Gambar 4.12 Grafik Hasil Perbandingan Arus Harmonisa Grafik pada Gambar 4.12 menunjukkan bahwa Filter Matrix mampu mereduksi harmonisa arus dari total THD sebesar 15,55% menjadi 3,06%. Lebih baik dari pada Filter Pasif Single Tuned yang hanya dapat mereduksi total harmonisa arus dari 15,55% menjadi 4,77%. Filter Matrix dan Filter Pasif Single Tuned dapat mereduksi harmonisa menjadi dibawah standar ditetapkan dalam IEEE 519-1992 seperti terlihat pada Gambar 4.13 berikut.

100 Arus Harmonisa (%) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Orde Harmonisa (n) Hasil Pengukuran Simulasi Tanpa Filter Simulasi Single Tuned Simulasi Filter Matrix Standar IEEE 519-1992 Gambar 4.13 Grafik Arus Harmonisa dengan Standar IEEE 519-1992 4.2.3 Tingkat Reduksi Harmonisa Filter Pasif Single Tuned dan Filter Matrix Filter pasif single tuned dapat mereduksi dari harmonisa arus sebesar 15,55% menjadi 4,77%, hal ini memperlihatkan bahwa total THD arus berkurang sebanyak 69,32% dari sebelum pemasangan filter pasif single tuned. Sedangkan penggunaan filter matrix dapat menurunkan total THD arus sebesar 80,32% yaitu dari sebelumnya harmonisa arus 15,55% menjadi 3,06%. Tingkat reduksi filter dalam menurunkan harmonisa arus pada tiap-tiap ordo dapat dilihat pada Tabel 4.5. dan Tabel 4.6.

101 Tabel 4.5 Tingkat Penurunan Harmonisa Arus dengan Filter Pasif Single Tuned IHD Ordo Simulasi Tanpa Filter (IHDi %) Simulasi Filter Pasif Single Tuned (IHDi %) Tingkat Penurunan dengan Menggunakan Filter Pasif Single Tuned 3 2,31 2,31 0,00% 5 14,97 2,66 82,23% 7 2,47 2,20 10,93% 9 0,88 0,80 9,09% 11 1,27 1,17 7,87% 13 1,08 1,00 7,41% 15 0,51 0,47 7,84% 17 0,88 0,81 7,95% 19 1,06 0,99 6,60% 21 0,25 0,23 8,00% 23 0,84 0,78 7,14% Total THD 15,55 4,77 69,32% Pada Tabel 4.5 terlihat bahwa pada IHD ordo ke-3 tidak terjadi perubahan arus harmonisa yaitu tetap 2,31%. Pada IHD orde ke-5, yang merupakan target harmonisa yang ingin direduksi, terlihat bahwa filter pasif single tuned dapat menurunkan harmonisa arus sebesar 82,23% yaitu dari harmonisa arus sebesar 14,97% dapat dikurangi menjadi 2,66%. Penurunan tingkat harmonisa pada IHD ordo ke-7 adalah sebesar 10,93%, ordo ke-9 adalah sebesar 9,09%. Penurunan harmonisa arus setelah di filter pada ordo ke-11 dan seterusnya relatif stabil antara 7% dan 8% dari harmonisa arus sebelum menggunakan filter pasif single tuned.

102 IHD Ordo Tabel 4.6 Tingkat Penurunan Harmonisa Arus dengan Filter Matrix Simulasi Tanpa Filter (IHDi %) Simulasi Filter Matrix (IHDi %) Tingkat Penurunan dengan Menggunakan Filter Martix 3 2,31 2,60-12,55% 5 14,97 0,32 97,86% 7 2,47 1,19 51,82% 9 0,88 0,43 51,14% 11 1,27 0,59 53,54% 13 1,08 0,46 57,41% 15 0,51 0,20 60,78% 17 0,88 0,31 64,77% 19 1,06 0,35 66,98% 21 0,25 0,08 68,00% 23 0,84 0,24 71,43% Total THD 15,55 3,06 80,32% Tabel 4.6 memperlihatkan pada IHD ordo ke-3 harmonisa arus tidak menurun tetapi terjadi peningkatan arus harmonisa yaitu dari 2,31% menjadi 2,6%. IHD orde ke-5, yang merupakan target harmonisa yang ingin direduksi, terlihat bahwa filter matrix dapat menurunkan harmonisa arus sebesar 97,86% yaitu dari harmonisa arus sebesar 14,97% dapat dikurangi menjadi 0,32%. Penurunan tingkat harmonisa pada IHD ordo ke-7 adalah sebesar 51,82%, ordo ke-9 adalah sebesar 51,14%. Penurunan harmonisa arus setelah di filter pada ordo ke-11 dan seterusnya relatif stabil antara 50% dan 70% dari harmonisa arus sebelum menggunakan filter matrix.

103 4.2.4 Komponen Filter Harmonisa Filter pasif single tuned dan filter matrix merupakan komponen yang terdiri dari rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor (RLC). Komponen RLC dihubungkan seri sehingga menjadi filter pasif single tuned. Sedangkan filter matrix dirancang dengan dua buah induktor (L1, L2), satu buah Kapasitor, dan Resistor. Pada Tabel 4.7 terlihat perbedaan nilai parameter dalam merancang suatu filter. Tabel 4.7 Perbandingan Nilai Parameter Filter Komponen Filter Nilai Komponen Filter Pasif Single Tuned Nilai Komponen Filter Matrix Resistansi (R) 0,0061939 Ω 100 Ω Induktansi (L) 0,3943 mh L 1 = L 2 = 0,1224 mh L 3 = Lc = 0,3943 mh Kapasitansi (C) 1027,8 µf 1027,8 µf Dari Tabel 4.7 terlihat bahwa nilai resistansi dan induktansi pada filter matrix lebih besar dari pada filter pasif single tuned sehingga pada penggunaan filter matrix lebih cepat menimbulkan panas dari pada penggunaan filter pasif single tuned.

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh sesuai dengan rumusan masalah, batasan masalah, dan tujuan penelitian maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Pemodelan simulasi menggunakan Filter Pasif Single Tuned diperlihatkan bahwa THD (Total Harmonic Distortion) Arus dari 15,55 % telah direduksi menjadi 4,77 %. Filter Pasif Single Tuned dapat mereduksi total THD arus sistem sehingga sesuai ketentuan standar IEEE 519-1992. 2. Pemodelan simulasi menggunakan Filter Martix diperlihatkan bahwa THD Arus dari 15,55 % telah direduksi menjadi 3,06 %. Filter Matrix dapat mereduksi total THD arus sistem sehingga sesuai ketentuan standar IEEE 519-1992. 3. Filter Matrix dapat menurunkan arus harmonisa hampir keseluruhan ordo IHD sebesar rata-rata 50% dari sebelum penggunaan filter, sedangkan filter pasif single tuned mampu menurunkan satu ordo harmonisa yang diinginkan dan hanya sedikit mengurangi harmonisa arus ordo yang lain. 104

105 4. Perbandingan lainnya dari penggunaan filter pasif single tuned dan filter matrix dapat dilihat pada Tabel 5.1 berikut : Tabel 5.1 Perbandingan Lainnya Dari Penggunaan Filter Pasif Single Tuned Dan Filter Matrix Perbandingan Filter Pasif Single Tuned Filter Matrix Tingkat Penurunan Total Harmonisa Dapat menurunkan THD hingga sebesar 69,32% Dapat menurunkan THD hingga sebesar 80,32% Nilai Parameter Komponen Filter R = 0,0061939 Ω L = 0,3943 mh C = 1027,8 µf R = 100 Ω L 1 = L 2 = 0,1224 mh L 3 = L C = 0,3943 mh C = 1027,8 µf

106 5.2 Saran Adapun saran-saran yang diberikan yaitu: 1. Penelitian ini masih merupakan simulasi sehingga masih dapat dikembangkan lebih lanjut dengan membuat prototype filter. 2. Jumlah resistansi (R) yang berbeda pada filter berpotensi menghasilkan panas yang berbeda pula sehingga dapat dibuat kajian dalam penelitian lebih lanjut. 3. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut untuk perbandingan penggunaan filter pasif single tuned dengan filter matrix dari segi pemasangan dan implementasi serta penggunaan pada sistem jaringan 3 phasa. 4. Penelitian ini dapat menjadi referensi untuk dilakukan penelitian lebih lanjut.