Simulasi Perancangan Filter Harmonik Single Tuned Pada Gardu Traksi Stasiun Kereta Rel Listrik Manggarai Franscetaim, dan I Made Ardita Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia E-mail: [email protected]Abstrak Kereta Rel Listrik pada umumnya menggunakan motor listrik DC sebagai penggerak utama. Untuk mendapatkan energi listrik DC maka PT. KAI harus mengkonversi energi listrik AC menjadi energi listrik DC. Dalam proses konversi ini terdapat kerja perangkat penyearah yang menggunakan prinsip switching yang sangat cepat, dan inilah yang menyebabkan terjadinya distorsi harmonik utama pada Kereta Rel Listrik. Dalam hasil pengukuran yang dilakukan pada stasiun KRL Manggarai selama enam hari, didapatkan THD-V maksimum sebesar 1.23 % pada hari Sabtu di fasa R. Angka ini masih dalam toleransi distorsi harmonik tegangan yang dikeluarkan IEEE STANDARD 519-1992. Di lain hal nilai THD-I melewati angka toleransi di setiap hari, dimana THD-I maksimum terjadi pada hari Minggu pada fasa T. Nilai THD-I secara mengejutkan berada di kisaran 400 % sampai dengan 900 % lebih terjadi di hari Jumat, Sabtu, dan Minggu. Perancangan filter harmonik jenis single tuned menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0 menunjukan bahwa filter pada hari senin di fasa R memiliki performa menurunkan distorsi harmonik arus sampai rata – rata sebesar 3% khusus hari Rabu, Kamis, dan Senin. Tetapi filter ini masih belum bisa menurunkan THD-I pada hari jumat, sabtu, dan minggu sampai pada batas toleransi. Kata Kunci : Kereta Rel Listrik, Harmonik, Filter Harmonik single tuned. Abstract The electric train railway generally using DC electric motor as a prime mover. So to have a DC source, PT. KAI should converts AC source to DC source. In this process, the work of rectifier devices which using principle of rapid switching then trigger the harmonic distortion. Measurement location is at Manggarai Station in six days straight. The measurement result shows that maximum THD-v is 1.23 % falls on Saturday in Phase R. This number of THD-v still in IEEE STANDARD 519-1992 tolerance value. In other hand, the THD-i has gone crossing the tolerance value on all day, which the maximum THD-i falls on Sunday in Phase T. Shockingly enough, THD-i is in range of 400 % to over 900 % falls on Friday, Saturday, and Sunday. Single tuned harmonic filter design using ETAP 12.6.0 software shows that the Simulasi Perancangan ..., Franscetaim, FT UI, 2017
19
Embed
Simulasi Perancangan Filter Harmonik Single Tuned Pada ...
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
Simulasi Perancangan Filter Harmonik Single Tuned Pada Gardu Traksi Stasiun Kereta Rel Listrik Manggarai
Franscetaim, dan I Made Ardita
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia
Kereta Rel Listrik pada umumnya menggunakan motor listrik DC sebagai penggerak utama. Untuk mendapatkan energi listrik DC maka PT. KAI harus mengkonversi energi listrik AC menjadi energi listrik DC. Dalam proses konversi ini terdapat kerja perangkat penyearah yang menggunakan prinsip switching yang sangat cepat, dan inilah yang menyebabkan terjadinya distorsi harmonik utama pada Kereta Rel Listrik. Dalam hasil pengukuran yang dilakukan pada stasiun KRL Manggarai selama enam hari, didapatkan THD-V maksimum sebesar 1.23 % pada hari Sabtu di fasa R. Angka ini masih dalam toleransi distorsi harmonik tegangan yang dikeluarkan IEEE STANDARD 519-1992. Di lain hal nilai THD-I melewati angka toleransi di setiap hari, dimana THD-I maksimum terjadi pada hari Minggu pada fasa T. Nilai THD-I secara mengejutkan berada di kisaran 400 % sampai dengan 900 % lebih terjadi di hari Jumat, Sabtu, dan Minggu. Perancangan filter harmonik jenis single tuned menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0 menunjukan bahwa filter pada hari senin di fasa R memiliki performa menurunkan distorsi harmonik arus sampai rata – rata sebesar 3% khusus hari Rabu, Kamis, dan Senin. Tetapi filter ini masih belum bisa menurunkan THD-I pada hari jumat, sabtu, dan minggu sampai pada batas toleransi.
Kata Kunci : Kereta Rel Listrik, Harmonik, Filter Harmonik single tuned.
Abstract
The electric train railway generally using DC electric motor as a prime mover. So to have a DC source, PT. KAI should converts AC source to DC source. In this process, the work of rectifier devices which using principle of rapid switching then trigger the harmonic distortion. Measurement location is at Manggarai Station in six days straight. The measurement result shows that maximum THD-v is 1.23 % falls on Saturday in Phase R. This number of THD-v still in IEEE STANDARD 519-1992 tolerance value. In other hand, the THD-i has gone crossing the tolerance value on all day, which the maximum THD-i falls on Sunday in Phase T. Shockingly enough, THD-i is in range of 400 % to over 900 % falls on Friday, Saturday, and Sunday. Single tuned harmonic filter design using ETAP 12.6.0 software shows that the
Simulasi Perancangan ..., Franscetaim, FT UI, 2017
filter on Monday in phase R has the performance of reducing the current harmonic distortion at average of 3% only on Wednesday, Thursday, and Monday. But this filter still cannot reduce THD-i on Friday, Saturday, and Monday to the IEEE STANDARD 519-1992 tolerance Keyword : Electric Train Railway, Harmonic, Single Tuned Harmonic Filter. Pendahuluan
Munculnya harmonik disebabkan oleh beban non-linier pada sistem. Distorsi harmonik pada
sistem dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan – peralatan listrik. Untuk mengurangi
level distorsi harmonik ini salah satunya dengan memasang filter harmonik.
Pada jurnal ini penulis mencoba untuk melakukan pengukuran harmonik selama enam hari
dengan bantuan alat ukur power quality analyzer pada gardu traksi KRL di stasiun Manggarai
untuk mendapatkan data distorsi harmonik arus dan tegangan yang nantinya dapat digunakan
untuk merancang filter harmonik pada masing – masing fasa.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang dan menentukan spesifikasi filter harmonik
paling optimum untuk dapat menurunkan level distorsi harmonik di setiap fasa pada gardu
traksi stasiun KRL Manggarai
Tinjauan Teoritis
Harmonik adalah fenomena timbulnya gelombang sinus pada tegangan atau arus dimana
frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi operasi sistem (biasanya 50
atau 60 Hz). Gelombang hasil distorsi harmonik ini menyebabkan gelombang tegangan atau
arus bolak – balik menjadi tidak lagi murni berbentuk sinusoidal, melainkan menjadi
gelombang sinusoidal yang terdistorsi. [1]
Simulasi Perancangan ..., Franscetaim, FT UI, 2017
Figure 1. Bentuk gelombang hasil distorsi harmonik
Terjadinya distorsi harmonik disebabkan oleh komponen non-linier pada sistem tenaga listrik.
Komponen non-linier merupakan komponen listrik yang menyebabkan arus tidak
proporsional dengan tegangan. Figure 2 memperlihatkan konsep dimana komponen non-linier
yang diberi tegangan menyebabkan gelombang arus berubah tidak lagi sinusoidal murni. [1]
Figure 2. Distorsi arus yang disebabkan oleh hambatan non-linier
Frekuensi harmonik adalah suatu frekuensi yang menyebabkan cacatnya gelombang listrik
dalam suatu sistem tenaga listrik. Untuk bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka
urutan harmonik. Misal, frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka
harmonik kedua adalah gelombang dengan frekuensi 100Hz, harmonik ketiga adalah
gelombang dengan frekuensi 150 Hz, dan seterusnya sehingga dapat dituliskan dengan
persamaan:
! = !!!
…………………………………………………………………………(1)
dimana n adalah orde harmonik, !! adalah frekuensi harmonik ke-n, dan F adalah frekuensi
dasar (50 Hz). Gelombang dengan frekuensi dasar tidak dianggap sebagai harmonik, yang
dianggap harmonik adalah orde ke-2 sampai ke-n. Gelombang ini kemudian menumpang pada
gelombang aslinya sehingga terbentuk gelombang yang cacat atau terdistorsi. [3]
Simulasi Perancangan ..., Franscetaim, FT UI, 2017
Terdapat beberapa cara melakukan pengukuran distorsi harmonik, salah satunya yang paling
umum adalah total harmonic distortion (THD), dimana dapat menghitung arus maupun
tegangan :
!"# = !!!!!"#
!!!
!!……………………………………………………………..(2)
dimana !! adalah nilai rms komponen harmonik h dari besaran M (arus atau
tegangan), !! merupakan nilai rms komponen harmonik tegangan atau arus dasar. THD
adalah ukuran dari nilai efektif komponen harmonik gelombang yang terdistorsi. Berikut tabel
standar harmonik tegangan menurut IEEE STANDARD 519-1992: [3]
Table 1 Standar Harmonik Tegangan
Berikut tabel standar harmonik arus menurut IEEE STANDARD 519-1992 :
Tabel 2 Standar Harmonik Arus
Simulasi Perancangan ..., Franscetaim, FT UI, 2017
Efek yang diakibatkan oleh distorsi harmonik diantaranya adalah pada transformator. Distorsi
harmonik arus khususnya dan tegangan akan menyebabkan pemanasan pada transformator.
Kemudian distorsi harmonik tegangan dapat berdampak buruk bagi motor listrik. Distorsi
harmonik tegangan dapat diartikan sebagai suatu fluks harmonik didalam motor. Penurunan
efisiensi, pemanasan, getaran berlebih, dan berisik, adalah akibat dari adanya distorsi
harmonik tegangan. [1]
Terdapat metode dalam menurunkan distorsi harmonik yaitu dengan memasang filter pasif
pada sistem. Filter pasif dibuat dari elemen induktansi, kapasitansi, dan resistansi. Filter pasif
relatif murah, tetapi memiliki kelemahan yaitu potensi merugikan sistem. Kerja filter pasif
adalah untuk mengalirkan arus keluar dari sistem atau menahan arus menuju sistem dengan
mengatur elemen – elemen untuk membentuk suatu resonansi pada frekuensi harmonik yang
telah dipilih [1]. Figure 3 menunjukan beberapa tipe dari jenis filter pasif.
Figure 3. Konfigurasi – konfigurasi umum filter pasif
Untuk menentukan spesifikasi rating komponen filter pasif diperlukan beberapa tahapan
sebagai berikut:
• Menentukan nilai faktor daya dengan menggunakan persamaan dibawah ini: