Transcript

ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN MINI CAPACITOR BANK

TERHADAP KUALITAS LISTRIK DI RUMAH TANGGA SERTA

PERANCANGAN FILTER AKTIF MENGGUNAKAN KONTROLER PI

SEBAGAI PELINDUNG KAPASITOR DARI HARMONISA

Dosen Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT

Ir. Sjamsjul Anam, MT

NOPTIN HARPAWI

NRP 2208100502

PENDAHULUAN1

TEORI PENUNJANG2

METODOLOGI3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS4

PENUTUP5

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

2

Latar Belakang

• Saat ini menghemat penggunaan daya adalahsesuatu yang mutlak

• Menganalisis pengaruh pemasangan kapasitorterhadap kualitas listrik

• Meningkatnya beban listrik yang bersifat nonlinear seperti lampu hemat energi, komputer,UPS, sehingga menimbulkan gangguan yangbernama harmonisa.

3

Tujuan

• Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank

terhadap kualitas listrik rumah tangga (meliputi power

factor, tegangan, arus, harmonisa, dan rugi-rugi daya)

• Mengetahui seberapa besar optimalisasi pemanfaatan daya

yang dihasilkan dari pemasangan Mini Capacitor Bank

• Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank

terhadap tagihan listrik bulanan dan terhadap jaringan

listrik PLN

• Mendapatkan rancangan filter aktif sebagai alat pelindung

kapasitor terhadap tegangan/arus lebih yang ditimbulkan

oleh komponen harmonisa

4

Batasan Masalah

• Sistem kelistrikan yang digunakan sebagai objek tugas akhir

adalah sistem kelistrikan rumah tangga satu phasa di bawah 6600

VA (Golongan R1 atau R2)

• Studi kasus dilakukan pada Mini Capacitor Bank Merk “SAVE

TRICK” dengan kapasitansi total 10.216 uF.

5

PENDAHULUAN1

TEORI PENUNJANG2

METODOLOGI3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS4

PENUTUP5

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

6

Kapasitor

d

dielektrik

2 Keping pelat sejajar dengan

luas masing-masing adalah A

dAC

7

Rating Kapasitor

Daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor adalah:

Dimana:

Q : Daya Reaktif (Var)

V : Tegangan Kapasitor (Volt)

f : Frekuensi jala-jala (Hz)

C : Kapasitansi (F)

Jika kapasitor dipasang tidak pada tegangan rating dan besar

tegangan tersebut adalah V0, maka besar daya reaktif yang

dihasilkan:

CfVQ .2.2

rating

rating

QV

VQ

2

0

8

Pemasangan Kapasitor

1. Pemasangan secara paralel (Shunt)

2. Pemasangan secara seri

9

1.Tujuan pemasangan kapasitor secara paralel adalah:

- Memperbaiki Power Factor

- Mengurangi rugi-rugi di saluran

- Menaikkan tegangan beban

2.Tujuan pemasangan kapasitor secara seri adalah:

Pemasangan seri biasanya untuk kompensasi daya reaktif saluran

transmisi yang disebabkan oleh induktansi saluran.

10

Kualitas Listrik

Secara umum, kualitas daya listrik dapat diartikan sebagai segala

hal yang berhubungan dengan:

1. Keadaan tegangan

2. Harmonisa

3. Faktor daya

4. Kompensasi daya reaktif

11

Faktor Daya (Power Factor)

Definisi umum dari faktor daya adalah ratio antara daya aktif (P)

dan daya total (S).

Active Power

Reactive Power

Apparent Power

CosS

PPf

12

Daya Reaktif yang dibutuhkan:

Perbaikan Faktor Daya

21

P1 = P2

P (Watt)

Q (VAR)

Q2

Q1

S2 (VA)

S1 (VA)

21

tantan aktifDayaQ

13

Harmonisa didefinisikan sebagai gelombang sinusoidal yang terjadi

pada frekuensi kelipatan integer frekuensi fundamentalnya yang

dikombinasi dengan gelombang frekuensi fundamental sehingga

mengakibatkan bentuk gelombang terdistorsi.

Harmonisa

14

1. Konverter, Rectifier, dan Inverter

Alat-alat di atas sangat banyak digunakan pada peralatan listrik.

Misalnya pada Komputer, fax, TV, microwave, radio, mesin cuci,

Charger baterai, Uninterruptible Power Supply (UPS).

2. Lampu Hemat Energi

3. Dan beban non linier lainnya…

Sumber Harmonisa

15

Diantara pengaruh harmonisa adalah:

1. Kabel

2. Interferensi Telepon

3. Alat Ukur

4. Mesin-mesin listrik

5. Resonansi

Pengaruh Harmonisa

- Merusak Peralatan

- Lifetime peralatan berkurang- Mengganggu Kinerja Peralatan

16

Ini didefinisikan sebagai sebagai persentase total komponen

harmonisa terhadap komponen fundamentalnya (dapat berupa

tegangan atau arus).

Dimana:

Un adalah komponen harmonisa

U1 adalah komponen fundamental

k adalah indek harmonisa maksimum yang diamati

Total Harmonic Distortion

%1001

2

1

2

2

U

U

THD

k

n

17

FA menyediakan komponen harmonisa yang mirip dengan harmonisa yang

dihasilkan oleh beban nonlinear.

Jika arus beban IL dapat dinyatakan oleh:

Dimana:

IL1 = Arus fundamental

ILn = Arus frekuensi kelipatan fundamental

Maka FA Shunt harus menyediakan arus harmonisa If

Filter Aktif

2

1

n

LnLL III

2n

Lnf II

18

Kontroler akan membandingkan nilai sebenarnya dari suatu sistem

dengan nilai masukan (nilai yang dikehendaki), sehingga didapat

selisih (error) yang nol atau mendekati nol.

Kontroler PI

)(te)

11(

sKp

i

)(tuSistem

19

PENDAHULUAN1

TEORI PENUNJANG2

METODOLOGI3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS4

PENUTUP5

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

20

Flowchart Tugas AkhirPengumpulan data kelistrikan rumah tangga

Mempelajari spesifikasi kapasitor

Pemasangan kapasitor pada jaringan listrik

dan pengukuran

Perancangan Filter aktif menggunakan PI

Kontroler untuk melindungi kapasitor dari

harmonisa beserta simulasi

Melakukan perhitungan menggunakan rumus

parameter-parameter kualitas listrik setelah

pemasangan kapasitor

21

Data kelistrikan diambil pada sebuah rumah di keputih perintis II

no 54. Rumah ini berlangganan daya listrik sebesar 2200 VA

Objek Tugas Akhir

KWh PLN

Trafo PLN

MDB

Kapasitor

bank

BEBAN

22

Berikut adalah blok filter aktif yang direncanakan

Perancangan Filter

23

PENDAHULUAN1

TEORI PENUNJANG2

METODOLOGI3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS4

PENUTUP5

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

24

Berikut Hasil pengukuran parameter-parameter listrik sebelum dan

sesudah pemasangan kapasitor

Hasil Pengukuran

25

Berikut Hasil perhitungan parameter-parameter listrik jika dipasang

kapasitor 10.216 uF

Hasil Perhitungan

26

1. Pelanggan rumah tangga hanya dikenakan biaya pemakaian Kilo

Watt Jam (KWh). Sehingga pengaruh pemasangan kapasitor

sebagai kompensator daya reaktif tidak akan mengurangi tagihan

bulanan untuk pemakaian daya aktif yang sama.

2. Kalau pun ada pengurangan, itu sedikit sekali yaitu berkurangnya

rugi-rugi panas di saluran instalasi disebabkan berkurangnya arus

total.

Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank

Terhadap Tagihan Listrik Bulanan

27

1. Mengurangi drop tegangan dan mengurangi rugi-rugi jaringan

2. Semakin optimalnya pemanfaatan daya aktif di sisi pelanggan

3. Meningkatnya efesiensi peralatan seperti transformator daya dan

saluran penghantar

Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank

Terhadap PLN

28

a. Simulasi Tanpa Filter

Simulasi Filter

Parameter-parameter yang digunakan untuk rangkaian simulasi sistem tanpa

filter adalah:

1. Tegangan sumber ( , f: 50 Hz)

2. Beban (S: 900 VA, Pf: 0.95, THDi: 22.9 %)

3. Impedansi Saluran (R: 1.17 Ohm, L: 0.1 mH)

4. Kapasitor Bank (C: 10 uF; L: 0.0018 mH)

VVn 3.3082218

29

Hasil Simulasi Tanpa Filter:

Arus Jala-jala Spektrum frekuensi

Arus Jala-jala

30

THD Arus saat Tanpa Filter:

Arus fundamental (50Hz) = 5.5 A

Orde Harmonisa ke-n Magnitudo Arus Harmonisa

3 1.19

5 0.37

7 0.09

9 0.18

11 0.09

15 0.07

17 0.07

THD 23 %

31

%100

...3,2

21

2

xI

ITHD

n

narus

21

217

215

211

29

27

25

23

I

IIIIIIITHD

Perhitungan nilai THD arus jala-jala di atas adalah:

= 23 %

2

2222222

5.5

07.007.009.018.009.027.019.1 THD

32

b. Simulasi menggunakan Filter

33

Hasil Simulasi Menggunakan Filter:

Arus Jala-jala dan

Tegangan Jala-jala

Spektrum frekuensi

Arus Jala-jala

34

THD Arus Saat Menggunakan Filter:

Arus fundamental (50Hz) = 5.51 A

Orde Harmonisa ke-n Magnitudo Arus Harmonisa

3 0.02

5 0.02

7 0.02

9 0.02

11 0.01

15 0.004

17 0.006

THD 0.76 %

35

PENDAHULUAN1

TEORI PENUNJANG2

METODOLOGI3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS4

PENUTUP5

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

36

Kesimpulan

1. Pemasangan Mini Capacitor Bank pada listrik rumah tangga yang dijadikan

objek menghasilkan peningkatan power factor (dari 0.95 lagging menjadi 0.99

lagging), mengurangi drop tegangan (karena turunnya arus dari 4.13A menjadi

3.89A, mengurangi daya total yang ditarik dari jala-jala PLN (dari 900 VA

menjadi 850VA).

2. Pemasangan kapasitor bank tidak mengurangi tagihan listrik bulanan. Karena

yang dikompensasi oleh alat ini hanya daya reaktif. Tetapi dengan

pemasangan alat ini terjadi optimalisasi pemanfaatan daya berlangganan dari

900 VA turun menjadi 850 VA (turun 5.6 %)

3. THD arus jala-jala sebelum terpasang filter adalah 23%, dan setelah terpasang

filter turun menjadi 0,76%.

37

Relevansi

• Menjadi referensi bagi konsumen listrik rumah tangga sebelum

memutuskan untuk menggunakan Mini Capasitor Bank sebagai

penghemat listrik.

• Menjadi referensi untuk mengetahui parameter-parameter

kualitas listrik.

• Menjadi referensi dalam pengembangan perancangan pelindung

kapasitor terhadap tegangan/arus lebih.

2. Spesifikasi Mini Capacitor Bank adalah:

Merk : SAVE TRICK

Type : ST 20 A

Tegangan : 240 V

Kapasitansi : 10.216 uF

Induktansi : 0.0018 mH

Pilot Lamp

REFERENSI1. Longland, “Power Capacitor Hand Book”, Buffer Worths, London,

1994.

2. J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power Systems Harmonics”,

John Wiley & Sons, 1985.

3. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D, “Hand Out Analisis Sistem

Tenaga”, ITS-Surabaya, 2009.

4. Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng, “Hand Out Elektronika Daya”,

ITS-Surabaya, 2009.

5. Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng, “Pengantar Sistem Pengaturan”, ITS-

Surabaya, 2008.

6. http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/2007/jiunkpe-ns-s1-2007-

23403053-5216-capacitor_bank-chapter2.pdf.

7. Hurng-Liahng Jou , Jinn-Chang Wu, Kuen-Der Wu, Nan-Tsun Shen,

Yao-Jen Chang, “Simplified method for protecting the power

capacitor from over-voltage/over-current”, Electrical Power and Energy

Systems 28 (2006) 215–220

Arus kapasitor setelah difilter

Arus kapasitor sebelum difilter

Harmonisa jaringan

PR

PR

nnn

dtnwtdtnwtT

dtnwttfT

b

dtnwttfT

a

dttfT

a

T

T

T

T

n

T

n

T

cos1cos21

)sin(1)sin(12

)sin()(2

)cos()(2

)(1

2

2

0

0

0

0

0

Dari Persamaan di atas „bn‟ hanya bernilai untuk n ganjil

Hasilnya adalah:

...3sin

3

13sin

3

1sin

4)( wtwtwttf