TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
209
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
PENURUNAN HARMONISA OUTGOING TRANSFORMATOR 20kV/1,2kV
DI GARDU TRAKSIDENGAN PENGGUNAAN FILTER PASIF
Agus Sofwan1 ,Aripin Triyanto2
Sekolah Pascasarjana ISTN¹
Poltekkes Jakarta I²
Abstrak
Pada paper ini akan dipaparkan tentang upaya penurunan atau reduksi gangguan nilai
harmonisa pada kerja Commuter Line dengan menggunakan filter pasif. Kereta Rel Listrik (KRL)
Commuter Jabodetabek Indonesia dicatu oleh sistem Pusat Listrik Aliran Atas Arus Searah (PLAA
AS). KRL atau Commuter Line ini beroperasi dengan penggunaan arus searah bertegangn tinggi
1500kV.Pada system gardu traksi KRL Stasiun Tanjung Barat menggunakan penyearah 6 pulsa
untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah dengan menggunakan silicon
rectifier.Dampak dari proses penyearahan ini adalah adanya harmonisa arus yang dapat
menimbulkan pemanasan lebih dan bahkan dapat menmbulkan kebakaran pada transformator.
Untuk mengatasinya, pada penelitian ini akan menggunakan filter pasif single tuned pada orde ke-5
yang disesuaikan dengan beban rangkaian konverter. Pembebanan dilakukan secara bertahap dalam
4 tahapan yaitu 20%, 40%, 60% dan 80%.Simulasi dengan bantuanETAP aplikasi versi12.6.0
menunjukkan bahwa pemasangan filter menghasilkan penurunan nilai arus harmonisa total rata-rata
yakni pada beban (20%) turun dari 20,19% menjadi 1,02%; beban (40%) turun dari 20,19% ke
3,93%; beban (60%) turun dari 20,19% ke 1,70%; dan beban (80%) turun dari 20,20% ke 4,91%.
Sehingga, Dengan demikian penelitian ini telah berhasil untuk reduksi distorsi harmonisa total arus
berada dibawah 5% memenuhi standar IEE 519-1992 bahwa nilai distorsi harmonisa tidak boleh
melebihi 5%.
Kata kunci: Gardu Traksi, Konverter, Distorsi Harmonisa, Filter Pasif, ETAP
Abstract
HARMONICS REDUCTION OF 20kV / 1.2kV OUTGOING TRANSFORMER IN
TRACTION SUBSTATION USING A PASSIVE FILTERS. This paper will explain about
the effort to reduce harmonics in the work of Commuter Line by using passive filters.This KRL
or Commuter Line operates with the use of 1500kV high voltage direct current.KRL or
Electrical Railway of PT. KAI Commuter Jabodetabek is supplied by overhead contact system
1500 VDC. Traction substation of Tanjung Barat station uses 6 pulse rectifiers to change
alternating current (AC) become direct current (DC) with silicon rectifier type. The effect of
rectification process is harmonic current that cause overheating even fire in transformator. To
solve it, in this research use single tuned passive filter at the 5th order which is customized to
the converter circuit load. Loading is done in 4 stages, namely 20%, 40%, 60% and
80%.Simulation by using ETAP 12.6.0 shows that filter installation cause reduction of average
total harmonic distortion (THD) value where in 20% load reduce from 20.19% to 1.02%; in
40% load reduce from 20.19% to 3.93%, in 60% load reduce from 20.19% to 1.70% and in 80%
load reduce from 20.20% to 4.91%. So, total harmonic distortion (THD) reduction result are
below 5% that meet the standards of IEEE 519-1992 that value of harmonic distortion not
more than 5%.
Keywords:Traction substation, Converter, Harmonic distortion, Passive filter, ETAP
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
210
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
PENDAHULUAN
Gardu traksi KRL terdiri dari transformator sebagai distribusi sumber AC PLN, dari
transformator didistribusikan menuju silicon rectifier (SR).SR tersebut merupakan penghasil
sumber DC yang dibutuhkan oleh listrik aliran atas (LAA) sebagai suplai motor-motor DC dan
utilitas pada sistem KRL. Pada sistem gardu traksi KRL, tegangan AC PLN 20 kV diturunkan pada
sisi incoming transformator menjadi 1,2 kV pada sisi outgoing transformator. Sumber AC 1,2 kV
sebagai suplai konverter penghasil sumber DC 1500 V untuk kebutuhan LAA.
Dalam melakukan penelitian diperlukan suatu analisa tentang penelitian sejenis yang telah
dilakukan sebelumnya dalam upaya menghindari pengulangan penelitian. Adapun jurnal terdahulu
adalah sebagai berikut: Yusra Sabridkk (2012) dengan Perancangan Filter Pasif untuk Mengatasi
Harmonisa pada Gardu Penyearahan Pusat Listrik Aliran Atas-PT KAI Commuter Jabodetabek
Indonesia. Dalam mengatasinya diusulkan dipasang bank kapasitor dan filter pasif penala frekuensi
tunggal harmonisa ke-11. Bank Kapasitor dipasang pada busbar pertama dekat ke sumber tiga phasa
PLN, filter dipasang pada busbar kedua berdekatan dengan transformator. Simulasi dengan
Simulink-Matlab menunjukkan bahwa pemasangan filter menghasilkan penurunan nilai arus
harmonisa total rata-rata yakni untuk penyearah 6 pulsa dari 25,36% menjadi 0,91%, dan untuk
penyearah 12 pulsa dari 11,64% menjadi 0,43% [1].Penelitian yang dilakukan penulis
menggunakan filter pasif single tuned dalam mereduksi distorsi harmonisa yang dipasang pararel
terhadap beban pada sisi outgoing transformator20 kV/1,2 kV. Dalam analisanya menggunakan
simulasi program electrical transient analysis program (ETAP) versi 12.6.0.Kemudian hasil
simulasi tersebut dibandingkan dengan hasil perhitungan.
M. Reza Fauzan, dkk (2015) dengan Analisa Harmonisa Akibat Pengaruh Penggunaan
Converter pada Kereta Rel Listrik1x25 kV Jogyakarta-Solo. Untuk mengatasi masalah harmonisa
yang terjadi pada sistem dipasang peralatan berupa filter pasif jenis singel tuned filter. Pemasangan
filter pasif ini dipasang pada bus beban converter, transformator serta motor untuk mereduksi
harmonik orde 5. Hasil simulasi menunjukkan pemasangan singel tuned filter dapat menurunkan
nilai arus maupun tegangan harmonisa setelah dipasang filter, arus bus converter naik 0,03%, dan
tegangan turun sebesar 8%, bus transformator arus turun 0,3%, serta tegangan turun 44,71% dan
arus bus beban motor turun 19,85%, tegangan turun 43,91% [2].Penelitian yang dilakukan penulis
sama-sama menggunakan filter single tuned. Perbedaannya adalah pada pemasangan filter, penulis
hanya memasang filter pada sisi outgoing transformator 1,2 kV. Sementara penelitian sebelumnya
memasang filter pada sisi outgoing transformator, konverter dan motor DC.
Sesuai dengan analisa penelitian, maka tujuan dari penelitian adalah sebagai berikut:
a. Dapat membuat program simulasi harmonic analysis menggunakan software ETAP 12.6.0.
b. Dapat melakukan simulasi load flow analysisanalisaharmonisameng-gunakansoftware
ETAP 12.6.0.
c. Dapat medesain single tuned filter yang berfungsi untuk mereduksi distorsi harmonisa yang
terjadi pada gardu traksi stasiun Tanjung Barat.
TINJAUAN PUSTAKA
Dalam melakukan penelitian terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi gang-guan pada
sistem gardu traksi KRL salah satunya distorsi harmonisa. Tinjauan pustaka yang mengacu pada
tesis antara lain:
a. Distorsi harmonisa.
b. Penyebab terjadinya harmonisa.
c. Akibat dari distorsi harmonisa.
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
211
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
Beberapa penjelasan mengenai referensi harmonisa antara lainya itu:
Penelitian Irshadi Izhhar. 2014. Perancangan Filter Optimum Untuk Mengatasi Efek
Distorsi Harmonisa Pada Gardu Traksi Kereta Rel Listrik (KRL) Stasiun Pasar Minggu.Membahas
pengukuran harmonisa dan menggunakan software ETAP 7.0.0.Penelitian Sabri, Yusra.2012.
Perancangan Filter Pasif Untuk Mengatasi Harmonisa Pada Gardu Penyearahan Pusat Litrik
Aliran Atas-PT KAI Commuter Jabodetabek Indonesia. Bandung. Membahas penyearah 6
pulsa dan 12 pulsa pada perubahan AC menjadi DC dan perancangan filter harmonisa.
Penelitian Fauzan, M.R. dkk. 2015. Analisa Harmonisa Pengaruh Penggunaan Converter pada
Kereta Rel Listrik 1x25 kV JOGJAKARTA-SOLO. ELECTRICIAN. Membahas pengukuran
harmonisa pada sisi beban KRL dan merencanakan filter dengan software ETAP 7.0.0.
Harmonisa
Beberapa penjelasan dari harmonisa, diantaranya adalah sebagai berikut [1]:
a. Definisi Harmonisa
Pada dasarnya, gelombang tegangan dan arus yang ditransmisi dan didistribusikan dari sumber
ke beban berupa gelombang sinusoidal murni seperti pada gambar 1. berikut.
Gambar 1 Gelombang terdistorsi frekuensi dasar [1]
Berikut ditunjukkan pada gambar 2. di bawah ini merupakan ilustrasi bentuk gelombang
harmonisa dengan frekuensi dasar 60 Hz.
b. Sumber Harmonisa.
Sumber harmonisa pada system tenaga listrik dibagi tiga kelompok yaitu [3]:
1) Sisi pembangkitan
2) Sisi penyaluran (distribusi)
3) Sumber distorsi pada sisi beban
Gambar 2. Gelombang harmonisa [3]
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
212
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
c. Dampak Harmonisa.
Secara khusus, dampak yang ditimbulkan distorsi harmonisa pada Gardu Traksi KRL
penelitian ada dua, yaitu [4]:
1) Pengaruh terhadap outgoing transformator 1,2 kV pengaruh utama distorsi harmonisa pada
transformator adalah panas lebih dibangkitkan arus beban mengandung harmonisa.
2) Pengaruh terhadap sistem pada KRL, akibat distorsi harmonisa yang ditimbulkan oleh
silicon rectifier adalah rugi-rugi kabel yang dilewati oleh arus harmonisa semakin besar.
d. Standarisasi Harmonisa IEEE-519-1992.
Standar batasan nilai distorsi harmonisa tegangan dan arus sesuai standar internasional
yaitu IEEE-519-1992 [2].
Tabel 1. Standarisasi harmonisa tegangan
No
Tegangan
Rel Daya
PCC
Distorsi
Tegangan
Individu
(IHDv)
Total
harmonisaDistorsiTeg.
(THDv)
1 ≤ 69 kV 3.0 5.0
2 69 V < V ≤ 161 kV
1.5
3 > 161 kV 1.0 1.5
Tabel 2. Standarisasi harmonisa arus
No
Orde Harmonisa (dalam %) Total
Demen
Distorsi
(TDD)
Isc/IL < 11 11-
17
17-
23
23-
35
>
35
1 < 20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 0.5
2 20 < 50
7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0
3 50 < 100
10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
4 100 < 1000
12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0
5 >
1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
Dimana:
𝐼𝑆𝐶 : Arus hubung singkat
𝐼𝐿 : Arus beban fundamental nominal
𝑇𝐷𝐷: Total Demand Distortion (%)
e. Reduksi Harmonisa
Salah satu upaya untuk mereduksi harmonik yang muncul diakibatkan oleh beban non-linier
adalah dengan meng-gunakan filter.Terdapat dua jenis filter yang akan dibahas berikut:
1) Filter Aktif
Berikut gambar 3. menunjukkan rangkaian konfigurasi filter aktif.
Gambar 3. Konfigurasi filter aktif [4]
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
213
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
2) Filter pasif
Filter pasif merupakan metode penyelesaian yang efektif dan ekonomis untuk masalah
harmonisa. Berikut gambar 4. di bawah ini ditunjukkan filter pasif [6].
Gambar 4. Filter pasif [4]
Single-tuned filter atau bandpass filter adalah yang paling umum digunakan. Dua buah
Single-tuned filter akan memiliki karakteristik yang mirip dengan double bandpass filter. Jenis-
filter pasif ditunjukkan pada gambar 5.berikut ini:
f. Penggunaan FilterPasif
Filter pasif merupakan metode penyelesaian yang efektif dan ekonomis untuk masalah
harmonik. Tipe filter pasif yang paling umum adalah filter single tuned. Parameter utama yang
harus dipertimbangkan dalam pemilihan R, L, C pada saat perencanaan filter pasif adalah quality
factor (Q), Passive filter single tuned digunakan untuk mengurangi penyimpangan tegangan pada
system tenaga dan juga sebagai koreksi factor daya.
Gambar 5. Jenis-jenis filter pasif [4]
Program ETAP 12.6.0
ETAP (Electric Transient and Analysis Program) PowerStationmerupakan salah satu
software aplikasi yang digunakan untuk mensimulasikan sistem tenaga listrik.ETAP mampu
bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik. Fitur yang terdapat pada ETAP
bermacam-macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkit tenaga
listrik, system transisi maupun distribusi tenaga listrik. Keuntungan menggunakan software
ETAP antara lain [6]:
a. Load flow analysis sisitegangan AC
b. Short Circuit Analysis (Analisa Hub Singkat) sisitegangan AC
c. Harmonic Analysis (Analisa Harmonisa)
d. DC Load Flow Analysis
e. DC Short Circuit Analysis
f. Cable Raceways
g. Ground Gird
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
214
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
Berikut gambar 6. adalah memasukkan parameter power grid pada ETAP.
Gambar 6. simulasi ETAP
METODOLOGI PENELITIAN
Kerangka pemikiran terdapat beberapa review jurnal penelitian dan metode Ilmiah yang
digunakan pada penelitian.
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Desain program simulasi menggunakan software ETAP versi 12.6.0 dalam bentuk single
line diagram dipasang pararel terhadap beban.
b. Analisa distorsi harmonisa pada sisi outgoing transformator 20 kV/1,2 kV gardu traksi
stasiun Tanjung Barat.
c. Desain filter harmonisa (single tuned filter) menggunakan perhitungan rumus-rumus
berdasarkan data hasil load flow analysis.
d. Analisa reduksi harmonisa setelah pemasangan filter dibandingkan dengan sebelum
pemasangan filter.
Komponen Gardu Traksi KRL
Susunan gardu traksi beserta dengan komponen-komponen gardu traksi dapat dilihat pada
gambar 7. sebagai berikut [9]:
Gambar 7. Sistem gardu traksi [9]
GarduTraksi KRL
Gardu traksi KRL Tanjung Barat mempunyai daya terpasang sebesar 4.530 kVA PLN.
Terdapat 6 pulsa pada silicon rectifier sehingga mempengaruhi terjadinya distorsi harmonisa.
Data gardu tersebut dapat dilihat pada gambar 8. berikut.
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
215
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
PT. KERETA API INDONESIA (PERSERO)
: 1.6 Pasar Minggu
: Tanjung Barat
DATA KAPASITAS GARDU LISTRIK
: 04 - 02 – 2015
: 00
LOKASI GARDU DAYA PLN
KAP. SR
(kW)
KAP. TRAFO
TEG. PLN (kV)
Tanjung Barat 5.540 4.000 4.530 20
Gbr 8. Data kapasitas gardu traksi Tj. Barat [9]
Silicon Rectifier
Silicon rectifier merupakan salah satu komponen utama gardu traksi yang berfungsi
untuk menyearahkan tegangan 1200 VAC menjadi tegangan 1500VDC.
Transformator
Pada sistem gardu listrik KRL, suplai tegangan dari PLN adalah transformator yang
digunakan adalah transformator 20 kV/1,2 kV.Karena merupakan transformator utama yang
memiliki daya paling besar yang digunakan untuk mensuplai tegangan 1500 VDC pada LAA
[9].Sumber data pada penelitian ini didapatkan dengan menggunakan per-hitungan dan dibantu
dengan menggunakan software ETAP 12.6.0 disesuaikan dengan spesifikasi gardu traksi KRL
Tanjung Barat.Simulasi dengan software ETAP dilakukan dengan tahap sesuai gambar 9.
berikut:
Gambar 9. Flowcart penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambaran Subjek Penelitian
Berikut ini adalah tabel 3. spesifikasi transformator stasiun Tanjung Barat.
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
216
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
Tabel 3. Spesifikasi transformator [9].
Spesifikasi Transformator KRL Tanjung
Barat
Merk Meidensha
Made Japan
Type NORSG-AY Outdoor
Standard JEC-188-1977
Serial No. 8p8274T1
Date MAY, 1990
Cooling ONAN Nitrogen Gas-Sealed Tank System Outdoor
Rating S Class
Rated Capacity 4530 Kva
Rated Frequency 50 Hz
Rated Voltage AC 20 kV/ AC 1,2 kV
Basic Impuls
Level AC 125 kV/ AC 30 kV
Impedansi Voltage (75ᵒ C)
10,32%
Weight Total 16700 kg
Oil 3800 Liter
Spesifikasi silicon rectifier dapat ditunjukkan pada tabel 4. berikut:
Tabel 4. Spesifikasi silicon rectifier [9].
Spesifikasi SR KRL Tanjung Barat
Merk Meidensha
Made Japan
Type YOTR-152/272
Serial No. 8C8400 TH
Date 1990
Standard JEC-178
Rating Class S 1.0/0-1.5/2 H-2.0/5 M-3.0/1 M
Rated Output 4000 kW
Rated DC Current 2667 A
Connection 3 Phase Bridge
Rated dc Voltage 1500 VDC
Rated Frequency 50 Hz
Oil 4200 Liter
Mass 8700
Penjelasan korelasi antara tabel 3. dan tabel 4. sebagai berikut:
a. Konversi tegangan AC outgoing transformator 1,2 kV AC didistribusikan menuju
converter DC 1500 V DC untuk mensuplai kebutuhan daya pada KRL.
b. Terjadi distorsi harmonisa pada sisi outgoing transformator 1,2 kV.
c. Penyearah silicon rectifier 1500 V AC sebagai suplai sistem KRL.
Pada gambar 10,11 dan 12 adalah proses simulasi perancangan filter dan hasil harmonisa
sebelum pemasangan filter.
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
217
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
Gambar 10. Simulasi pemasangan filter
Gambar 11. Gelombang harmonisa
Gambar 12. Spektrum harmonisa
Perancangan Filter
Untuk memperbaiki faktor daya pada unit transformator dapat dilakukan perhitungan
sebagai berikut:
Berdasarkan hasil pada gambar 12. kapasitas beban sebesar (20%), didapat:
𝐼𝐿 = 269,4 𝐴
𝑆 = 544 𝑘𝑉𝐴
Daya reaktif dari Gambar 12. yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya dapat
dilakukanperhitungan sebagai berikut:
𝑄1 = 326 𝑘𝑉𝐴𝑅
Apabila faktor daya (power factor) dinaikkan menjadi 0,9, maka besar daya reaktif dengan
menggunakan persamaan 2.16 menjadi:
𝑃𝐹 = 𝜃2 = 0,9
𝑄2 = 544 × sin[cos−1(0,9)] = 237 𝑘𝑉𝐴𝑅
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
218
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
Dengan demikian, total 𝐶 = 326 + 237 = 563 𝑘𝑉𝐴𝑅 dan total daya reaktif yang
dibutuhkan filter pasif harmonisa untuk mengkompensasi sesuai persamaan 2.17 adalah:
𝑄𝐶 = 𝑄1 − 𝑄2
𝑄𝐶 = 326 − 237 = 89 𝑘𝑉𝐴𝑅
Kemudian untuk menentukan reaktansi filter (𝑋𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟) menggunakan persamaan 2.18 adalah:
𝑋𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 =(𝑉𝐿𝐿)2
𝑄𝐶
𝑋𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 =(1,2 kV)2 × (1000)
89 𝑘𝑉𝐴𝑅= 16,2 𝛺
Sedangkan masing-masing nilai reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif, pada frekuensi penalaan
250 Hz (harmonisa orde ke-5) dapat ditentukan dengan persamaan 2.19 berikut:
𝑋𝑐 = [ℎ2
ℎ2 − 1] × 𝑋𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟
𝑋𝑐 = [4,52
4,52−1] × 16,2 = 17𝛺
Dimana nilai h diperoleh dari persamaan 2.20 adalah:
ℎ = 𝑛 − (𝑛 × 10%)
= 5 − (0,5) = 4,5
Menentukan nilai dari kapasitor menggunakan persamaan 2.21 berikut:
𝐶 =1
2𝜋𝑓𝑋𝐶
𝐶 =1
2 × 3,14 × 50 × 17
= 1,87 × 10−4 𝜇F
Sedangkan nilai untuk induktor menggunakan persamaan 2.22 berikut:
𝑋𝐿 =𝑋𝐶
ℎ2
𝑋𝐿 =17
4,52=
17
20,25= 0,84𝛺
Menentukan nilai dari induktor menggunakan persamaan 2.23 berikut:
𝐿 =𝑋𝐿
2𝜋𝑓
𝐿 =0,84
2 × 3,14 × 50= 0,0268 𝐻
Rangkaian filter pasif harmonisa terdiri dari R, L, dan C memiliki nilai yang didapat dari
perhitungan di atas, maka penentuan nilai R menggunakan persamaan 2.24 dengan Q bernilai antara
20 – 100, dipilih 𝑄 = 50 disesuaikan data pada simulasi ETAP, didapatkan:
𝑄 =𝑛 × 𝑋𝐿
𝑅
𝑅 =5 × 0,84
50= 0,084 𝛺
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
219
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
Hasil Pemasangan Filter Pasif
Hasil simulasi ETAP pembebanan 20% sesudah pemasangan filter pasif dapat ditunjukkan
pada gambar 13, 14. dan 15.
Gambar 13. Simulasi pemasangan filter
Gambar 14. Gelombang harmonisa
Gambar 15. Spektrum harmonisa
Selanjutnyapengaruhpemasangan filter pasif terhadap distorsi harmonisa dengan nilai
tertinggi terjadi pada orde-5 seperti terlihat pada gambar 16 berikut:
Gambar 16 Distorsi harmonisa orde-5
Gambar 16. menunjukkan reduksi harmonisa setelah dilakukan pemasangan filter pasif,
dengan penjelasan sebagai berikut:
a. Pada beban 20% nilai distorsi harmonisa pada orde ke-5 sebesar 14,0% mengalami
penurunan sebesar 0,7% waveform dan spectrum pengaruh distorsi harmonisa dapat
dilihat pada gambar 13.
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
220
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
b. Padabeban 40% nilai distorsi harmonisa pada orde ke-5 sebesar 14,0% mengalami
penurunan sebesar 2,8% waveform dan spektrum pengaruh distorsi harmonisa dapat
dilihat pada gambar 14.
c. Pada beban 60% nilai distorsi harmonisa pada orde ke-5 sebesar 14,0% mengalami
penurunan sebesar 0,6% waveform dan spektrum pengaruh distorsi harmonisa dapat
dilihat pada gambar 15.
d. Pada beban 80% nilai distorsi harmonisa pada orde ke-5 sebesar 14,0% mengalami
penurunan sebesar 3,2% waveform dan spektrum pengaruh distorsi harmonisa dapat
dilihat pada gambar 16.
Efek dari pemasangan filter pasif didapatkan nilai distorsi harmonisa di bawah standar
yang diijinkan oleh standar IEEE-519-1992 bahwa distorsi harmonisa harus di bawah 5%. Maka
sistem KRL dalam kondisi aman untuk beroperasi dan peralatan terhindar dari kerusakan yang
disebabkan distorsi harmonisa.Pada tabel 5. ini merupakan perbandingan hasil simulasi harmonisa
sebelum dan sesudah pemasangan filter.
Tabel 5. Hasil simulasi harmonisa
Variasi Pembebanan
Simulasi Harmonisa
Sebelumada filter
(THD, %)
Sesudahada filter
(THD, %)
20% 20,19 1,02
40% 20,19 3,93
60% 20,19 1,70
80% 20,20 4,91
Dari hasil perbandingan pada tabel 5. dapat ditampilkan hasil simulasi ETAP didapatkan
reduksi harmonisa dari sebelum dan sesudah pemasangan filter pasif harmonisa. Hasil dari
perbandingan pada tabel 5. secara lengkap dapat dilihat dalam bentuk diagram seperti yang
ditunjukkan pada gambar 17.berikut.
Gambar 17. Perbandingan hasil simulasi
Berdasarkan hasil (gbr.17) dijelaskan bahwa nilai distorsi harmonisa setelah pemasangan filter
mngalami penurunan ataupun reduksi.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dari simulasi dan perhitungan yang telah dilakukan maka didapatkan
kesimpulan seperti berikut:
a. Distorsi harmonisa pada sisi transformator outgoing 1,2 kV ditentukan dengan dibantu
menggunakan simulasi ETAP, sehingga didapatkan nilai arus distorsi harmonisa total
TEKINFO : Jurnal Penelitian Teknik dan Informatika Volume 2,Nomor 1,April 2020 Hal 209-221
[email protected] ISSN : 2684-8813 (Online)
221
Agus Sofwan,danAripin Triyanto.Penurunan Harmonisa Outgoing Transformator 20kV/1,2kV di Gardu Traksi dengan
Penggunaan Filter Pasif
b. Sebesar 20,19%. Hal ini menunjukkan nilai distorsi harmonisa diatas 5% dan melebihi
batas standar harmonisa IEEE-519-1992, maka perlu perbaikan nilai distorsi harmonisa
tersebut.
c. Simulasi analisa aliran daya pada sisi outgoing transformator 1,2 kV menggunakan
beban bervariasi disesuaikan dengan pembebanan dari 20% untuk kapasitas
transformator 725 kW, 40% untuk kapasitas transformator 1445 kW, 60% untuk
kapasitas transformator 2175 kW dan 80% untuk kapasitas transformator 2899 kW.
Bertujuan untuk mendapatkan nilai daya semu (kVA), daya nyata (kW), daya rekatif
(kVAR) dan faktor daya.
d. Hasil perancangan filter pasif didapatkan nilai parameter: untuk beban 20% adalah: 𝐶 =653 𝑘𝑉𝐴𝑅, 𝑋𝐿 = 0,84𝛺, dan 𝑅 = 0,084 𝛺; untuk beban 40% adalah: 𝐶 = 712 𝑘𝑉𝐴𝑅, 𝑋𝐿 =0,419𝛺, dan 𝑅 = 0,0419 𝛺; untuk beban 60% adalah: 𝐶 = 950 𝑘𝑉𝐴𝑅, 𝑋𝐿 = 0,08𝛺 dan
𝑅 = 0,008 𝛺; untuk beban 80% adalah: 𝐶 = 1188 𝑘𝑉𝐴𝑅, 𝑋𝐿 = 0,079𝛺 dan 𝑅 = 0,0079 𝛺;
e. Reduksi arus distorsi harmonisa total pada beban (20%) turun dari 20,19% ke 1,02%;
beban (40%) turun dari 20,19% ke 3,93%; beban (60%) turun dari 20,19% ke 1,70%; dan
beban (80%) turun dari 20,20% ke 4,91%. Sehingga penelitian ini telah berhasil
mereduksi harmonisa
f. Reduksi distorsi harmonisa total berada dibawah 5%. Berdasarkan standar IEE 519-1992
bahwa nilai distorsi harmonisa tidak boleh melebihi atau maksimum 5%.
DAFTAR REFERENSI
Fauzan,M.R.dkk.(2015).Analisa Harmonisa Pengaruh Penggunaan Converter pada Kereta Rel
Listrik 1x25kV Jogjakarta-Solo. Electrician-jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro. 9 (3):
192-202
I.Izhhar. (2014).Perancangan Filter Optimum Untuk Mengatasi Efek Distorsi Harmonisa Pada
Gardu Traksi Kereta Rel Listrik (KRL) St. Ps.Minggu. Jurnal Teknik: 1-10
Mehta, Rohit. M. (2007). Principles of Electronic. ISBN: 81-219-2450-2. Hal. 20.
Multa, L dan Aridani, R. P. (2013).Modul Pelatihan ETAP. UGM, Hal. 1-58
Mubarak, A.H. (2016).Simulasi Pemasangan Filter Harmonisa pada Sistem Tenaga Listrik
Mengunakan Software ETAP. Prosiding SemNas, ISSN: 2443-1109. 02(1): 738-746.
Prihatama, E. dkk. (2013).Perancangan Filter Harmonisa Pasif Untuk Sistem Distribusi Radial
Tidak Seimbang. Jurnal Teknik. ITS, ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 2(2): B-228-B233
PT KAI. (2016). Kapasitas Daya Listrik Aliran Atas. Jakarta.
Rinas I, W. (2011).Analisis Perbandingan Penggunaan Filter Pasif Dan Filter Aktif Untuk
Menanggulangi THD Pada Sistem Kelistrikan Di Ruang PuskomJur.Tek.Elektro
FTUniv.Udayana. 10(1):20-26
Sabri, Y. (2012).Perancangan Filter Pasif Untuk Mengatasi Harmonisa Pada Gardu Penyearahan
Pusat Litrik Aliran Atas-PT KAI Commuter Jabodetabek Ind. Bandung: Jurnal STEI ITB:
1-7
Sugiarto, H. (2012). Kajian Harmonisa Arus Dan Tegangan Listrik di Gedung Adm Poltek Negeri
Pontianak. ISSN: 1693-9085. 8(2): 80-89
Sunanda, W dan Rahman, Y.A. (2011).Watak Harmonik Beban Inverter Tiga Fase Tak Berbeban,
Jurnal Foristek Vol.1/1, Palu, p.16-21.
Sugiarto, H. (2012).Kajian Harmonisa Arus dan Tegangan Listrik di Gedung Administrasi Poltek
Pontianak. ISSN:1693-9085.8(2): 80-89.