1 ANALISIS DAN PERANCANGAN FILTER HARMONISA SINGLE- TUNED PASSIVE FILTER UNTUK MENETUKAN SPESIFIKASI FILTER OPTIMAL PADA MOTOR INDUKSI LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK UNIVERSITAS INDONESIA Syamsul Hidayat, I Made Ardita Y 1. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia 2. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia Email : [email protected]Abstrak Harmonisa pada saat ini menjadi perhatian karena memiliki dampak yang dapat merugikan pada sistem tenaga listrik. Harmonisa adalah permasalahan kualitas daya yang berupa distorsi terhadap gelombang tegangan dan arus akibat pemakaian beban non linier. Salah satu sumber harmonisa adalah saturable device. Motor induksi tiga fasa merupakan salah satu jenis saturable device. Saat motor induksi mencapai kondisi saturasi, maka hubungan tegangan dengan arus sudah tidak linier lagi. Sehingga motor induksi menghasilkan harmonisa tegangan dan arus ke sistem. Pada skripsi ini akan dianalisis pengaruh tegangan masukan dan torsi motor yang mempengaruhi besarnya harmonisa yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa. Kenaikan tegangan masukan dan torsi akan menaikan besar THD tegangan dan THD arus. Selain itu, harmonisa urutan yang doniman muncul adalah harmonisa urutan ke-2, ke-3, dan ke-5. Lalu dirancang single-tuned passive filter untuk mereduksi distorsi harmonisa dengan beberapa variasi filter untuk mendapatkan filter yang paling optimal. Didapatkan penurunan presentase THD-i paling optimum sebesar 23,89%, dengan spesifikasi nilai kapasitor sebesar 7313 μF dan nilai induktor untuk orde-2, orde-3, dan orde-5 masing-masing sebesar 0,382 H, 0,164 H, dan 0,578 H. Kata Kunci : harmonisa, motor induksi tiga fasa tipe sangkar tupai, single-tuned passive filter Analysis and Design Harmonic Filter of Single-Tuned Passive Filter Specifications To Determine Optimal Filter On Induction Motor At Electrical Energy Conversion Laboratory, University of Indonesia Abstract Harmonics at this time of concern because it has an impact that could be problem to the power system. Harmonics are power quality problems such as distortion of voltage and current waves due to the use of non- Analisis Perancangan ..., Syamsul Hidayat, FT UI, 2017
20
Embed
ANALISIS DAN PERANCANGAN FILTER HARMONISA SINGLE- …
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
ANALISIS DAN PERANCANGAN FILTER HARMONISA SINGLE-
TUNED PASSIVE FILTER UNTUK MENETUKAN SPESIFIKASI
FILTER OPTIMAL PADA MOTOR INDUKSI LABORATORIUM
KONVERSI ENERGI LISTRIK UNIVERSITAS INDONESIA
Syamsul Hidayat, I Made Ardita Y
1. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia 2. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia
Harmonisa pada saat ini menjadi perhatian karena memiliki dampak yang dapat merugikan pada sistem tenaga listrik. Harmonisa adalah permasalahan kualitas daya yang berupa distorsi terhadap gelombang tegangan dan arus akibat pemakaian beban non linier. Salah satu sumber harmonisa adalah saturable device. Motor induksi tiga fasa merupakan salah satu jenis saturable device. Saat motor induksi mencapai kondisi saturasi, maka hubungan tegangan dengan arus sudah tidak linier lagi. Sehingga motor induksi menghasilkan harmonisa tegangan dan arus ke sistem. Pada skripsi ini akan dianalisis pengaruh tegangan masukan dan torsi motor yang mempengaruhi besarnya harmonisa yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa. Kenaikan tegangan masukan dan torsi akan menaikan besar THD tegangan dan THD arus. Selain itu, harmonisa urutan yang doniman muncul adalah harmonisa urutan ke-2, ke-3, dan ke-5. Lalu dirancang single-tuned passive filter untuk mereduksi distorsi harmonisa dengan beberapa variasi filter untuk mendapatkan filter yang paling optimal. Didapatkan penurunan presentase THD-i paling optimum sebesar 23,89%, dengan spesifikasi nilai kapasitor sebesar 7313 µF dan nilai induktor untuk orde-2, orde-3, dan orde-5 masing-masing sebesar 0,382 H, 0,164 H, dan 0,578 H.
Kata Kunci : harmonisa, motor induksi tiga fasa tipe sangkar tupai, single-tuned passive filter
Analysis and Design Harmonic Filter of Single-Tuned Passive Filter Specifications To Determine Optimal Filter On Induction Motor At Electrical Energy Conversion
Laboratory, University of Indonesia
Abstract Harmonics at this time of concern because it has an impact that could be problem to the power system. Harmonics are power quality problems such as distortion of voltage and current waves due to the use of non-
Analisis Perancangan ..., Syamsul Hidayat, FT UI, 2017
2
linear load. One source of harmonics is saturable device. Three phase induction motor is one kind of saturable device. When an induction motor reaches saturation, the voltage to the current relationship is not linear anymore. So that the induction motor generates voltage and current harmonics to the system. In this thesis analyzed the effect of input voltage and torque motor that affect the amount of harmonics generated by a three phase induction motor. The increase in input voltage and torque will be a large increase THD voltage and current THD. In addition, the order harmonics doniman order harmonics arise is the 2nd, 3rd, and 5th. Then designed single-tuned passive filters to reduce harmonic distortion with some variation filter to get the most optimal filter. . Obtained decline in the percentage of THD-i most optimum of 23.89%, with the specification value of 7313 µF capacitor and inductor values for order-2, 3-order and order-5 each at 0,382 H, 0,164 H and 0,578 H.
Keywords: harmonic, three phase induction motor squirrel cage type, single-tuned passive filter
1.Pendahuluan
Motor induksi sangat banyak digunakan dalam dunia industri karena konstruksinya
yang sederhana, perawatan yang mudah, ketahanan yang baik, dan mudah dalam perawatan.
Penggunaan motor induksi dalam industri menimbulkan masalah terhadap kualitas daya.
Motor induksi menjadi sumber harmonisa dalam sistem kelistrikan.
Dalam sistem tenaga listrik kualitas daya merupakan suatu aspek yang penting.
Permasalahan kualitas daya dapat berupa penyimpangan nilai tegangan, arus, dan frekuensi
dari kondisi normalnya. Penyimpangan yang terjadi pada kualitas daya dapat menyebabkan
buruknya kinerja peralatan listrik. Salah satu masalah yang penting untuk diperhatikan adalah
harmonisa.
Harmonisa menurut International Electrotechnical Commision (IEC) 6100-2-1-1990
didefenisikan sebagai tegangan ataupun arus sinusoidal yang mempunyai kelipatan frekuensi
sistem pasokan tenaga listriknya sebagaimana yang dirancang untuk dioperasikan. Harmonisa
disebabkan oleh penggunaan beban non-linear dimana hubungan antara tegangan dan arus
tidak linear.
Pengaruh harmonisa pada sistem tenaga listrik di sisi pemasok adalah menyebabkan
meningkatnya impedansi pada jaringan saluran transmisi sehingga meningkatkan rugi-rugi
tembaga dan fluks. Pada transformator daya akan menyebabkan meningkatnya rugi-rugi besi,
arus bocor dan stress pada isolasi yang mengakibatkan pemanasan berlebihan pada
transformator daya. Sedangkan pada sisi beban atau konsumen listrik, pengaruh harmonisa
akan menyebabkan peralatan listrik tidak bekerja semestinya. Beberapa upaya dilakukan
untuk mereduksi harmonisa dan efeknya, salah satunya dengan penggunaan filter pasif.
Analisis Perancangan ..., Syamsul Hidayat, FT UI, 2017
3
Pada skripsi ini akan dilakukan analisis pengaruh tegangan input dan torsi motor
terhadap harmonisa pada motor induksi tiga fasa tipe rotor sangkar tupai dan perancangan
single-tuned passive filter optimum untuk mereduksi distorsi harmonisa.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menganalisis motor induksi tiga fasa tipe rotor sangkar tupai
sebagai sumber harmonisa dengan pengaruh tegangan masukan dan torsi motor terhadap
besar harmonisa yang dihasilkan motor induksi tiga fasa tipe rotor sangkar tupai. Serta
merancang single-tuned passive filter yang dapat mereduksi distorsi harmonisa pada motor
induksi secara optimal.
Batasan Masalah
Masalah yang akan menjadi pembahasan difokuskan dan dibatasi sebagai berikut:
a. Motor yang dianalisis adalah motor induksi tiga fasa tipe rotor sangkar tupai.
b. Alat ukur yang digunakan adalah HIOKI 3169 Power Analyzer.
c. Filter yang digunakan adalah tipe single-tuned passive filter.
d. Beban pada sistem yang dianggap sebagai sumber harmonisa adalah variable speed drives.
e. Variasi tuning factor adalah -0.1 dari orde harmonisa dominannya.
f. Variasi quality factor adalah 80.
g. Simulasi yang dilakukan menggunakan bantuan preangkat lunak ETAP 12.6.
Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam penulisan ini adalah
1. Studi literatur dengan mempelajari buku dan jurnal sebagai referensi yang terkait dengan
topik penelitian.
2. Pengukuran dan analisis distorsi harmonisa pada motor induksi tiga fasa tipe rotor
sangkar tupai.
3. Simulasi hasil perancangan single-tuned passive filter dengan menggunakan software
ETAP 12.6.
Analisis Perancangan ..., Syamsul Hidayat, FT UI, 2017
4
2. Tinjauan Teoritis
Harmonisa
Harmonisa menurut International Electrotechnical Commision (IEC) 6100-2-1-1990
didefenisikan sebagai tegangan ataupun arus sinusoidal yang mempunyai kelipatan
frekuensi sistem pasokan tenaga listriknya sebagaimana yang dirancang untuk dioperasikan
(50 Hz ataupun 60 Hz). Harmonisa menyebabkan distorsi periodik dari gelombang tegangan
dan arus yang pada awalnya berbentuk sinusoidal murni.
Total Harmonic Distortion (THD) adalah indeks penting yang secara luas digunakan
untuk mengetahui kualitas daya listrik pada sistem transmisi dan distribusi. THD
menyatakan besarnya distorsi yang ditimbulkan oleh semua komponen. THD dapat
dibedakan menjadi THD tegangan dan THD arus. Untuk THD tegangan, dapat dihitung
dengan rumus berikut.
!!"# =!!!!
!!!
!!!100%
dengan
Vn = Nilai tegangan harmonisa (V)
V1 = Nilai tegangan fundamental (V)
n = Komponen harmonisa maksimum
Sedangkan untuk menghitung THD pada arus adalah sebagai berikut
!!"# =!!!!
!!!
!!!100%
dengan
In = Nilai arus harmonisa (A)
I1 = Nilai arus fundamental (A)
n = Komponen harmonisa maksimum
Saat ini, beban-beban yang terpasang pada sistem tenaga listrik kebanyakan
merupakan penghasil arus harmonisa. Menurut [1] sumber harmonisa terbagi menjadi
sumber harmonisa dari beban komersial dan sumber harmonisa dari beban industri sebagai
berikut :
Analisis Perancangan ..., Syamsul Hidayat, FT UI, 2017
5
a. Sumber Harmonisa dari Beban Komersial
Fasilitas komersial seperti kantor yang kompleks, pusat perbelanjaan, rumah sakit, dan
akses data internet didominasi oleh lampu flourecent dengan ballast elektronik, Pengatur
kecepatan (adjustable-speed driver) digunakan pada pemanasan (heating),
Ventilasi (Ventilation), dan pendingin ruangan (AC) disingkat HVAC, elevator, dan
peralatan elektronik sensitive lainnya pada umumnya disuplai dari single-phase switch-
mode power supplies (SMPS). Beban komersial merupakan beban dengan produksi
harmonisa yang kecil, tergantung pada keragaman jenis beban.
b. Sumber Harmonisa dari Beban Industri
Industri modern saat ini banyak menggunakan beban nonlinier. Sumber harmonisa dari
kelompok beban industri ini merupakan sumber harmonisa yang sangat penting, karena
beban industri pada umunnya menghasilkan harmonisa yang cukup besar dibandingkan
dengan beban komersial. Industri sering memanfaatkan fasilitas kapasitor bank untuk
memperbaiki faktor daya untuk menghindari biaya penalti. Aplikasi kapasitor untuk
perbaikan faktor daya memperbesar harmonisa arus dari beban nonlinier, sehingga
menimbulkan resonansi. Beban nonlinear industri secara umum dapat dikelompokkan
menjadi tiga kategori : Konverter daya tiga fasa ( three-phase power converters ),