Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR
ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA
PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH
TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA (PLTS)
Oleh :
I Gede Aries Gunawan
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
JIMBARAN – BALI
2015
i
TUGAS AKHIR
ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA
PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH
TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA (PLTS)
Oleh :
I Gede Aries Gunawan
NIM. 0804405065
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
JIMBARAN – BALI
2015
iii
ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA PENYULANG
ABANG KARANGASEM SETELAH TERPASANGNYA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)
Tugas Akhir Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar
Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Udayana
I Gede Aries Gunawan
NIM. 0804405065
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2015
iv
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
Tugas Akhir/Skripsi ini adalah hasil karya saya
dan semua sumber baik yang dikutip maupun d
telah saya nyatakan dengan benar.
Nama : I Gede Aries Gunawan
NIM : 0804405065
Tanda Tangan :
Tanggal : 15 Juli 2015
v
UCAPAN TERIMAKASIH
Om Swastiastu,
Puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi
Wasa/Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat
menyelesaikan usulan Tugas Akhir dengan judul “ANALISA DISTORSI
HARMONISA PADA PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH
TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)“
tepat pada waktunya. Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA. Sc.Ph.D selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT selaku ketua jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3. Bapak Ir. I Nengah Suweden, MT selaku Pembimbing Akademik.
4. Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT selaku Dosen pembimbing I.
5. Bapak Ir. Wayan Artha Wijaya, M.Erg. MT selaku Dosen pembimbing II.
6. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan
dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada
waktunya.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam usulan Tugas
Akhir ini, saran-saran yang membangun sangat diharapkan untuk
menyempurnakan usulan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan
semoga usulan Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam
pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua.
Om Santi Santi Santi Om.
Denpasar, 15 Juli 2015
Penulis
vi
ABSTRAK
Beban non linier adalah beban yang komponen arusnya tidak
proporsional terhadap komponen tegangannya, sehingga bentuk gelombang arus
maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya
(mengalami distorsi). Meningkatnya pengoperasian beban-beban non linier
mengakibatkan terjadinya distorsi harmonisa. Harmonisa merupakan gangguan
pada sistem tenaga listrik yang mengakibatkan terbentuknya gelombang dengan
frekuensi yang menyimpang dari frekuensi fundamentalnya. Penyulang Abang
yang merupakan penyulang yang memiliki 2 suplai tenaga listrik yaitu dari GI
Amlapura dan PLTS. PLTS yang sebagian besar menggunakan peralatan yang
merupakan beban-beban non linear, seperti inverter yang menggunakan 50 buah.
Banyaknya beban non linear yang dioprasikan pada Penyulang Abang
Karangasem, maka dispatikan terjadinya distorsi harmonisa pada penyulang
tersebut. Pada Tugas Akhir ini akan dibandingkan bagaimana distorsi harmonisa
dan rugi-rugi daya sebelum dan sesudah terpasangnya Pembangkit Listrik Tenaga
Surya (PLTS) pada penyulang Abang Karangasem, dengan menggunakan
software simulink MATLAB.
Hasil simulasi yang telah dilakukan pada kondisi sebelum terpasangnya
PLTS nilai THDi sebesar 14,81% dan sesudah terpasangnya PLTS nilai THDi
meningkat sebesar 21,60%, nilai tersebut menyatakan bahwa kandungan nilai
THDi tidak sesuai ketentuan standar IEEE 512 tahun 1992. Sedangkan sebelum
terpasangnya PLTS nilai THDv sebesar 0,01% dan sesudah terpasangnya PLTS
nilai THDv sebesar 0,01%, nilai tersebut menyatakan bahwa kandungan nilai
THDv masih memenuhi ketentuan standar IEEE 512 tahun 1992. Hasil
perbandingan rugi-rugi daya yang terjadi sebelum terpasangnya PLTS adalah
0,109272 KW, dan pada kondisi sesudah terpasangnya PLTS dengan beban non
linier terdapat rugi-rugi daya sebesar 3,7237KW. Dapat dilihat bahwa rugi-rugi
daya terbesar terjadi pada kondisi sesudah terpasangnya PLTS dengan beban non
linier.
Kata kunci : Beban non linier, Harmonisa, rugi-rugi daya.
vii
ABSTRACT
Non-linear load is a load component of the current is not proportional to
the voltage component, so that the current waveform and the output voltage is not
the same as the input waveform (distorted). Increased operating expenses resulted
in a non-linear harmonic distortion. Harmonics is an interruption of the power
system which resulted in the formation of a wave with a frequency that deviates
from the fundamental frequency. Abang feeder which is a feeder that has a second
power supply is from the GI Amlapura and Solar Power Plant (SPP). SPP that
mostly use equipment that is non-linear loads, such as the inverter which used 50
pieces.
The number of non-linear loads on feeders operated Abang Karangasem,
then confirmed harmonic distortion that happened on the feeder. In this final
project will compare how the harmonic distortion and power losses before and
after the installation of Solar Power Plant (SPP) in the feeder Abang Karangasem,
using MATLAB Simulink software.
Results of the simulation has been done on the condition prior to
installation of solar power THDi value amounted to 14.81% and after the
installation of solar power THDi value increased by 21.60%, the value is stated
that the content of THDi values are not in accordance with standard IEEE 512 in
1992. Whereas before installation of solar power THDv value of 0.01% and after
the installation of solar power THDv value of 0.01%, the value is stated that the
content of value THDv still comply with IEEE 512 standards in 1992. the results
of comparative power loss that occurs before the installation of solar power is
0.109272 KW, and the conditions after the installation of solar power with non-
linear loads are lose power amounted 3,7237KW. It can be seen that the largest
power loss occurs in conditions after the installation of solar power with non-
linear load.
Keywords : non- linear Loads , Harmonics , power losses .
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ................................................................................. i
PRASYARAT GELAR ......................................................................... ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS .................................... iii
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................. iv
UCAPAN TERIMAKASIH.................................................................. v
ABSTRAK ............................................................................................. vi
ABSTRACT ........................................................................................... vii
DAFTAR ISI .......................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xiii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 3
1.3 Tujuan ................................................................................................... 3
1.4 Manfaat ................................................................................................. 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSATAKA
2.1 Satate of The Art Review ....................................................................... 6
2.2Sistem Distribusi Tenaga Listrik ............................................................ 7
2.2.1 Sistem Distribusi Primer .............................................................. 8
2.2.2 Sistem Distribusi Sekunder .......................................................... 9
2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi ............................................................... 9
2.3.1 Sistem Distribusi Radial ................................................................ 9
2.3.2 Sistem Distribusi Lingkar (Loop) .................................................. 10
2.3.3 Sistem Distribusi Spindel .............................................................. 11
ix
2.4 Jenis-Jenis Saluran ................................................................................ 12
2.4.1 Saluran Udara ............................................................................. 12
2.4.2 Saluran Bawah Tanah ................................................................. 12
2.5 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ......................................................... 13
2.6 Kualitas Daya Listrik ............................................................................ 14
2.6.1 Konsep Kualitas Daya Listrik ..................................................... 15
2.6.2 Jenis-Jenis Permasalahan Kualitas Daya Listrik ......................... 16
2.7 Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik ................................................ 17
2.7.1 Sumber Harmonisa ...................................................................... 17
2.7.1.1 Penerangan (Ligthing) .................................................... 17
2.7.1.2 Arc furnace ..................................................................... 18
2.7.1.3 Variabel Pengatur Kecepatan ......................................... 18
2.7.2 Permasalahan yang ditimbulkan oleh Harmonisa ....................... 19
2.7.2.1 Permasalahan Harmonisa pada Transformator ............... 20
2.7.2.2 Permasalahan Harmonisa pada Motor ............................ 20
2.7.2.3 Permasalahan Harmonisa pada Kapasitor Bank ............. 20
2.7.2.4 Permasalahan Harmonisa pada Kabel ............................ 20
2.7.3 Beban Linier dan Beban Non Linier ........................................... 21
2.7.3.1 Beban Linier .................................................................... 21
2.7.3.2 Beban Non Linier ........................................................... 21
2.8 Deret Fourir ........................................................................................... 21
2.8.1 Fast Fourier Transform (FFT) ..................................................... 22
2.9 Konsep Daya ......................................................................................... 22
2.9.1 Konsep Faktor Daya.................................................................... 23
2.10 Total Distorsi Harmonisa .................................................................... 25
2.11 IEEE Standard 519-1992..................................................................... 26
2.11.1 Batas Distorsi Tegangan Harmonik Utiliti................................ 26
2.11.2 Batas Distorsi Arus Harmonik Utiliti....................................... 27
2.12 Rugi-Rugi Daya .................................................................................. 28
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................... 29
x
3.2 Data ....................................................................................................... 29
3.2.1 Sumber Data ................................................................................ 29
3.2.2 Jenis Data .................................................................................... 29
3.2.3 Teknik Pengumpulan Data .......................................................... 29
3.3 Analisis Data ......................................................................................... 29
3.4 Alur Analisis...........................................................................................32
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Pemodelan Sistem Pada Simulink Matlab ................................................. 33
4.2 Kandungan THD arus dan tegangan hasil pengukuran ............................ 33
4.2.1 Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan............................... 34
4.3 Batas Maksimum THDi dan THDv ........................................................... 34
4.3.1 Batas Maksimum THDi .................................................................. 34
4.3.2 Batas Maksimum THDv .................................................................. 37
4.4 Simulasi MATLAB Sistem Distribusi Penyulang Abang sebelum
terpasangnya PLTS ................................................................................... 37
4.4.1 Penentuan Parameter Simulasi pada Simulink Matlab .................. 38
4.4.2 Penentuan Resistansi Dan Induktansi Sumber Pada Simulink ..... 38
4.4.3 Penentuan Beban Masing – Masing Fasa ..................................... 40
4.4.4 Penentuan Kapasitas Beban Non Linier Pada Simulasi. .............. 41
4.4.5 Hasil Simulasi THDi dan THDv .................................................. 43
4.5 Simulasi MATLAB Sistem Distribusi Penyulang Abang sesudah
terpasangnya PLTS ................................................................................... 44
4.5.1 Penentuan Parameter Simulasi PLTS pada Simulink
Matlab ......................................................................................... 45
4.5.2 Hasil Simulasi THDi dan THDv ................................................... 46
4.6 Analisis Rugi-Rugi Daya Untuk Tiap Simulasi ......................................... 47
4.6.1 Rugi – rugi daya pada Simulasi Kondisi sebelum terpasangnya
PLTS dengan Beban non Linier .................................................... 48
4.6.2 Rugi – rugi daya pada Simulasi Kondisi sesudah terpasangnya
PLTS dengan Beban non Linier .................................................... 48
xi
4.7 Perbandingan dengan Standar IEEE 519-1992 terhadap hasil analisa THDi,
THDv pada saat sebelum dan sesudah terpasangnya PLTS ..................... 49
4.7.1 Perbandingan nilai THDi ............................................................... 49
4.7.2 Perbandingan nilai THDv .............................................................. 51
BAB V PENUTUP
5.1 Simpulan ................................................................................................... 52
5.2 Saran ........................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 54
LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan metode penelitian sebelumnya dengan
penelitian ini ................................................................................................ 7
Tabel 2. 2 Batas distorsi arus harmonisa untuk sistem distribusi umum .... 25
Tabel 2. 3 Batas distorsi tegangan............................................................... 26
Tabel 2.4 IEEE standard 519-1992, standar batas distorsi tegangan
harmonic maksimum ................................................................................... 26
Tabel 2.5 IEEE Standart 519-1992, standar batas distorsi arus
harmonik maksimum ................................................................................... 27
Tabel 4.1 Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan di Penyulang
Abang .......................................................................................................... 34
Tabel 4.2 batas max THDi menurut IEEE 519-1992 di Penyulang Abang 36
Tabel 4.3 Perbandingan THDi hasil Pengukuran dengan IEEE Standar
519-1992. .................................................................................................... 36
Tabel 4.4 Perbandingan THDv hasil pengukuran dengan standar IEEE
519-1992. .................................................................................................... 37
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Daya Untuk Semua Simulasi ....... 49
Tabel 4.6 Perbandingan nilai THDi ............................................................ 50
Tabel 4.7 Perbandingan nilai THDv ........................................................... 51
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Distribusi Radial ......................................................... 10
Gambar 2.2 Sistem Distribusi Loop ........................................................... 10
Gambar 2.3 Sistem Distribusi Spindel ....................................................... 11
Gambar 2.4 Skema dari Sistem Photovoltaic ............................................ 13
Gambar 2.5 Penurunan Derajat Tegangan pada Jaringan yang di Sebabkan
Beban Non Linear ....................................................................................... 17
Gambar 2.6 Grafik Arus dan Spektrum Harmonisa oleh Fluorescent
Lighting ....................................................................................................... 18
Gambar 2.7 Grafik Arus dan Spektrum oleh Variabel Pengatur
Kecepatan .................................................................................................... 19
Gambar 2.8 Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linier ................. 21
Gambar 2.10 Kurva arus dan tegangan pada beban linier .......................... 24
Gambar 3.4 Alur Analisis ........................................................................... 32
Gambar 4.1 Pemodelan Sistem Distribusi Penyulang Abang sebelum
terpasangnya PLTS Pada simulink Matlab ................................................. 37
Gambar 4.2 Tampilan Input Data Sumber. ................................................. 40
Gambar 4.3 block parameter pada simulasi ................................................ 42
Gambar 4.4 Sinyal dan Spektrum Hasil Simulasi THDi............................. 43
Gambar 4.5 Sinyal dan Spektrum hasil simulasi THDv ............................. 43
Gambar 4.6 Pemodelan Sistem Distribusi Penyulang Abang sesudsh
terpasangnya PLTS Pada simulink Matlab ................................................. 44
Gambar 4.7 Data PLTS Penyulang Abang ................................................ 45
Gambar 4.8 block parameter pada simulasi ................................................ 45
Gambar 4.9 Sinyal dan Spektrum Hasil Simulasi THDi pada Penyulang
Abang .......................................................................................................... 46
Gambar 4.10 Sinyal dan Spektrum hasil simulasi THDv pada panel
LVMDP ....................................................................................................... 46
Gambar 4.11 Grafik perbandingan nilai THDi ........................................... 50
Gambar 4.12 Grafik perbandingan nilai THDv .......................................... 51
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 One line diagram dan data-data jaringan distribusi Penyulang Abang
.....................................................................................................55
Lampiran 2 Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan di Penyulang
Abang Karangasem .....................................................................58
