MENURUNKAN TINGKAT ARUS MENURUNKAN TINGKAT ARUS HARMONISA PADA SISTEM TENAGA HARMONISA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN FILTER PASIF LISTRIK DENGAN FILTER PASIF FREKUENSI TUNGGAL ( FREKUENSI TUNGGAL ( SINGLE- SINGLE- TUNED TUNED ) ) Nama : Marsya Christalia Nama : Marsya Christalia Lesnussa Lesnussa NRP NRP : 234 : 234 05042 05042
56
Embed
Menurunkan Tingkat Arus Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik …digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/2010/jiunkpe-ns-s1... · PPT file · Web view2013-03-11 · menurunkan tingkat
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
MENURUNKAN TINGKAT ARUS MENURUNKAN TINGKAT ARUS HARMONISA PADA SISTEM HARMONISA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN TENAGA LISTRIK DENGAN FILTER PASIF FREKUENSI FILTER PASIF FREKUENSI TUNGGAL ( TUNGGAL ( SINGLE-TUNEDSINGLE-TUNED ) )
Harmonisa merupakan gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan.
Penggunaan peralatan yang mempunyai karakteristik non linier menyebabkan timbulnya harmonisa
Keberadaan Arus harmonisa dalam sistem tenaga listrik tidak dapat dihilangkan.
Salah satu cara untuk menurunkan kandungan arus harmonisa adalah dengan filter pasif frekuensi tunggal.
Bagaimana menurunkan Total Harmonic Distortion (THD) arus dengan Filter Pasif Frekuensi Tunggal (Single-Tuned) yang disusun secara resonansi seri dan resonansi paralel.
Bagaimana cara menentukan kapasitas filter pasif untuk mereduksi arus harmonisa yang mengalir ke sumber sistem daya
Membandingkan hasil unjuk kerja resonansi seri dan resonansi paralel dalam menurunkan THD
Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh dari filter pasif terhadap penurunan Total Harmonic Distortion pada sistem tenaga listrik
Data yang digunakan untuk penelitian adalah data sekunder (data dari buku TA Hendra Lokito, Handoko, dan Eko Hadiwibowo serta data dari laporan KP Melinda dan Hartanto).
Pembahasannya dilakukan dengan simulasi menggunakan software ETAP
Perkembangan beban listrik yang semakin besar dan komplek, serta pemakaian komponen semikonduktor dalam konversi energi listrik seperti peralatan converter, inverter, dan lain-lain yang merupakan beban non-linier akan menimbulkan perubahan bentuk gelombang aslinya, yang disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinusoidal sistem dengan komponen gelombang lain.
Distorsi harmonik memberikan kerugian berupa penurunan kualitas sistem tenaga listrik antara lain, terjadi pemanasan pada peralatan, penurunan faktor daya, masalah resonansi dan lain-lain. Untuk meningkatkan kualitas sistem tenaga listrik maka distorsi harmonik harus ditekan seminimal mungkin
Definisi Harmonisa:Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat pengoperasian beban listrik non linier sehingga terbentuklah gelombang frekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya
Efek utama dari tegangan dan arus harmonisa di dalam sistem tenaga adalah:
Penambahan tingkat harmonisa akibat dari resonansi hubungan seri dan pararel.
Penurunan efisiensi pada daya generator, transmisi dan pemakaiannya.
Interferensi dengan rangkaian-rangkaian telepon (telekomunikasi) dan pemancar karena arus harmonisa urutan nol.
Kesalahan-kesalahan pada meter-meter piringan putar pengukur energi.
Berdasarkan IEEE Standard 519-1992Tabel 2.1. Current Distortion Limits untuk General
Distribution SystemMaximum Harmonics Current Distortion In % IL
Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)
Isc/ IL < 11 11=<h<17 17=<h<23 23=<h<35 35=<h THD
<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5
20-50 7 3.5 2.5 1 0.5 8
50-100 10 4.5 4 1.5 0.7 12
100-1000
12 5.5 5 2 1 15
>1000 15 7 6 2.5 1.4 20
Voltage at PCC Individual Voltage Distortion (%)
Total Harmonic Distortion THD (%)
69 kV and below 3.0 5.0
69 kV – 161 kV 1.5 2.5
161 kV 1.0 1.5
Tabel 2.2. Voltage Distortion Limits
Filter pasif merupakan konfigurasi rangkaian RLC (resistor, induktor, kapasitor) dan di-tune untuk mengontrol harmonisa
Ada beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menurunkan tingkat arus harmonisa, yaitu dengan filter pasif frekuensi tunggal (Single-Tuned) maupun multi frekuensi (Multiple-Tuned).
Kapasitor Untuk mencari besarnya kapasitor yang dibutuhkan
adalah:
Untuk mencari tegangan kapasitor, dapat digunakan
rumus sebagai berikut:
Untuk mencari impedansi harmonisa ke-h, dapat
menggunakan rumus sebagai berikut:
CXC
1
)(hChC XIV
hX
X ChC )(
InduktorInduktor yang digunakan dalam rangkaian filter dirancang untuk mampu menahan frekuensi tinggi yaitu skin effect dan rugi-rugi histerisis.
Untuk mencari besar induktor yang dibutuhkan adalah:
Untuk mencari impedansi induktor pada harmonisa
ke-h, dapat digunakan rumus sebagai berikut:XL(h) = h × XL
2hX
X CL
Untuk mencari arus harmonisa beban: I harmonisa beban =
kVkVApuI h3
)(
PENGUMPULAN DATASumber Pembangkit Listrik P.T. Yanaprima Hastapersada mendapatkan suplai listrik
dari 2 Gardu Induk, yaitu dari Gardu Induk Sidokepung dan Gardu Induk Tulangan.
Suplai dari PLN akan masuk ke transformator step down, dari tegangan tinggi (20 kV), masuk ke 3 buah transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan menjadi 400 V. Adapun daya masing-masing transformator adalah 2000 kVA, 1000 kVA dan 1250 kVA.
Data Hasil Pengukuran Hasil Pengukuran tegangan, arus, frekuensi, cos phi, dan daya,
dapat dilihat pada tabel 3.4. Data Pengukuran (lihat: bab 3, hal.25-27)Data hasil pengukuran 3 fasa yang dilakukan pada SDP PP1 dapat dilihat pada:Tabel 3.5. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa R (bab 3, hal.28)Tabel 3.6. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa S (bab 3, hal.29)Tabel 3.7. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa T (bab 3, hal.30)
Berdasarkan tabel 3.4. jumlah daya aktif pada PP1, PP2 dan PP7 adalah sebesar 1046.6 kW, sedangkan untuk daya reaktif adalah sebesar 902.24 kVAR.∑ P1,2,7 = 1046.6 kW∑ Q1,2,7 = 902.24 kVARP = S x cos ΘQ = S x sin Θ
Q
tgSS
cossin
tg Θ = 0.862Θ = arc tg 0.862Θ = 40.76Cos Θ = 0.75Jadi faktor daya awal adalah 0.75Sedangkan berdasarkan data dari Gambar 3.1. maka besar kVA
terpasang adalah 1391 kVA.
862.06.1046
24.902
Sistem Suplai Listrik P.T. Yanaprima Hastapersada
PERENCANAAN FILTER DAN ANALISAPerhitungan Total Harmonic Distortion (THD) Perhitungan ITHD.
Diasumsikan bahwa spektrum harmonisa PP1, PP2 dan PP7 sama, karena itu perhitungan THDi disederhanakan dengan menggunakan persentasi arus rms sesuai tabel 3.7. pengukuran pada fasa T
1
2
2
I
II
k
kn
THD
1
231
24
23
22
2 .....I
IIIII DC
9471.00041,0.....0061.00392.00086.00067.0 22222
9471.010169077.0
=
=
= = 33,67 %
Perhitungan VTHD. Berdasarkan tabel 3.7. pengukuran pada fasa T
1
2
2
V
VV
k
kn
THD
1
231
24
23
22
2 ....V
VVVVVDC
9999.0001,0....0021.00003.00006,0 2222
9999.00003189.0
=
=
= = 1,78 %
Perhitungan Kapasitas Filter Pasif untuk Mereduksi Arus Harmonisa yang mengalir ke Sumber Sistem Tenaga Listrik.
Impedansi hubung singkat saluran 20 kV ke 400V Resistansi sumber
15.0500
400
CosMVAP
VU
SC
311 10. CosZR
SCPUZ
2
1
05.01015.0500400 3
2
1 R
dengan:
mΩ
Reaktansi sumber
311 10.
98.0
SinZX
Sin
31.01098.0500400 3
2
1 X mΩ
Resistansi transformator
kVASVU
WWC
2000400
21000
32
2
2 10
S
UWR C
84.0102000
40021000 32
2
2
R
89.084.005.021 RRRhs
mΩ
mΩ
Reaktansi transformator:
22
222 RZX S
UU SC2
100
72.484.02000400
1006 2
22
2
X
03.572.431.021 XXX hs
dengan: Z =
mΩ
mΩ
03.589.0 jjXRZ hshshs mΩ
Menentukan kapasitas efektif daya reaktif filter (Rumus. 2.6):Qeff = S x [sin(arc cos pf0) – sin(arc cos pf1)
Qeff = 1391 x [sin(arc cos 0.75) – sin(arc cos 0.95)Qeff = 1391 x (0.661 – 0.312)Qeff = 485.459 kVAR
Menentukan frekuensi tuning filterMenurut IEEE 1531-2003 filter harmonisa frekuensi tunggal, pemilihan frekuensinya ditentukan 3%-15% dibawah frekuensi yang ditentukan. Jadi frekuensi tuning filter adalah 3% dari 250 hz (frekuensi harmonisa ke-5) hasilnya (f5) = 243 hz, dan nilai penalaannya (h) adalah 4.86
Menentukan reaktansi efektif filter (Rumus. 2.7):
effeff Q
VX2
)(459.485)(4.0 2
kVARkVX eff
3295.0effX Ω
Menentukan reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif pada frekuensi fundamental (Rumus. 2.8):
effC Xh
hX
12
2
)1(
3295.0186.4
86.42
2
)1(
CX
3440.0)1(CX
Tentukan nilai kapasitor (Rumus. 2.14):
CXC
1
2578.93440.05014.32
1
C mF
Reaktansi induktif (Rumus. 2.18):
2)1(
)1( hX
X CL
2)1( 86.43440.0
LX
0145.0)1(LX
Tentukan nilai induktor (Rumus. 2.19):
LXL
5014.320145.0
L
= 0.0461mH
Menentukan arus rms filter Tentukan arus fundamental beban:
AII
AI
IVS
Lfund
Total
49.19017.20079471.0
7.20074003
13913
)1(
Tentukan arus fundamental filter (Rumus. 2.9):
)1()1()1(
3
LCf XX
VI
AI f 7010145.03440.0
3400
)1(
AI 49.120070149.19011
%13.63%10049.190149.1200
Arus orde ke-5 pada filter: Tentukan reaktansi induktor pada harmonisa ke-5. (Rumus. 2.20):
Tentukan reaktansi kapasitor pada harmonisa ke-5. (Rumus. 2.16)
)1()( LhL XhX
0725.00145.055 )1()5( LL XX
hX
X ChC )(
0688.05
3440.0)5(CX
Nilai resistansi hubung singkat untuk orde ke-5:
Arus harmonisa beban orde ke-5Pada hasil pengukuran (lihat tabel 3.7) diketahui bahwa arus harmonisa ke-5 sebesar 30.49%, maka total harmonisa beban dapat dicari sesuai dengan perhitungan di bawah ini:
89.0)5()1( hshs RR
TotalhL III
AI L 14.6127.20073049.0
mΩ
Impedansi hubung singkat pada harmonisa orde ke-5:
Arus harmonisa orde ke-5 menuju ke filter:
2)5(
2)5()5( )()( hshshs XRZ
16.25)15.25()89.0( 22)5( hsZ
LCLhs
hsf I
XXZ
ZI
)5()5()5(
)5()5(
AI f 66.53314.6120688.00725.01016.25
1016.253
3
)5(
mΩ
Arus harmonisa orde ke-5 menuju ke sumber:
Perbandingan terhadap arus fundamental
Dengan perhitungan yang sama maka pemasangan filter pada orde ke-5 pada frekuensi tune 4.86 tersebut akan menghasilkan pembagian arus orde 1 sampai orde 31 seperti dalam tabel 4.1.
)5()( fLhs III
AI s 48.7866.53314.612)5(
%127.4%10049.1901
48.78
1
5 II
h IL (A) If(h) Is(h) Is(h) (%)
1 1901.53 701.08 1200.4 63.131
3 78.7032 13.82 64.883 3.4122
5 612.159 527.83 84.327 4.4347
7 120.263 48.122 72.142 3.7939
9 15.6603 5.1336 10.527 0.5536
11 98.379 29.545 68.834 3.6199
13 48.9887 14.035 34.953 1.8382
15 10.8418 3.0191 7.8227 0.4114
17 9.03481 2.4696 6.5652 0.3453
19 25.4982 6.8809 18.617 0.9791
21 5.42089 1.4494 3.9715 0.2089
23 12.448 3.3055 9.1425 0.4808
25 12.448 3.2881 9.1598 0.4817
27 2.20851 0.581 1.6275 0.0856
29 12.2472 3.2112 9.0359 0.4752
31 8.23172 2.1526 6.0791 0.3197
Berdasarkan data dari tabel 4.1.maka perhitungan arus THD adalah sebagai berikut:
= 12.73 %
1
2
2
I
II
k
kn
THD
1
231
29
27
25
23 .....
IIIIII
131.633197.0.....5536.07939.34347.44122.3 22222
131.630366.8
Simulasi Sistem dengan Program ETAP Simulasi dengan menggunakan kapasitor existing 690 kVAR Simulasi tanpa menggunakan kapasitor Simulasi dengan menggunakan kapasitor existing dan filter pasif
(690 kVAR) Simulasi dengan menggunakan filter pasif dan kapasitor hasil
perhitungan (485.459 kVAR) disusun secara resonansi seri Simulasi dengan menggunakan filter pasif dan kapasitor hasil
perhitungan (485.459 kVAR) disusun secara resonansi paralel
Simulasi Dengan Menggunakan Kapasitor Existing 690 kVAR
Dari hasil simulasi (Lampiran 1) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 91.39 % dengan faktor daya sebesar 0.978.
Simulasi Tanpa Menggunakan Kapasitor
Dari hasil simulasi (Lampiran 2) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 32.54 % dengan faktor daya sebesar 0.753.
Simulasi Dengan Menggunakan Kapasitor Existing dan Filter Pasif 690 kVAR
Berdasarkan hasil perhitungan diatas, hasil simulasi (Lampiran 3) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 10.65 % dengan faktor daya sebesar 0.98.
Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif dan Kapasitor Hasil Perhitungan (485.459 kVAR) Disusun Secara Resonansi Seri
Dari hasil simulasi (Lampiran 4) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 11.69 % dengan faktor daya sebesar 0.933.
Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif dan Kapasitor Hasil Perhitungan (485.459 kVAR) Disusun Secara Resonansi Paralel
Dari hasil simulasi (Lampiran 5) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 12.39 % dengan faktor daya sebesar 0.932.
KESIMPULANDari perhitungan dan hasil simulasi menggunakan ETAP Versi 4.0.0 dapat
disimpulkan bahwa: Filter pasif dapat digunakan untuk meredam harmonisa arus, baik yang
disusun secara resonansi seri maupun resonansi paralel, terlihat dari tingkat penurunan ITHD yang dihasilkan, dimana keduanya masih dalam standar yang ditetapkan.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan nilai kapasitor dan induktor yang dibutuhkan untuk meredam harmonisa arus ke-5 adalah sebesar 9.2578 mF dan 0.0461 mH, agar filter dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan sistem pada simulasi.
Filter pasif yang disusun secara resonansi seri maupun yang disusun secara resonansi paralel, sama-sama efektif didalam meredam harmonisa arus yang terjadi dalam sistem kelistrikan.