38
LOADING ...

Powerpointkolokium azmi rizki lubis

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

LOADING ...

Page 2: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis
Page 3: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

PERANCANGAN FILTER SINGLE TUNED UNTUK

MEREDUKSI HARMONIK ARUS PADA

TRANSFORMATOR ARUS (CT)

OLEH

AZMI RIZKI LUBIS

NIM. 107034001

Page 4: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

PENDAHULUANLatar Belakang

Penggunaan beban non linier pada sistem industri sekarang ini terus meningkat

sesuai dengan berkembangnya teknologi. Akan tetapi, penggunaan beban non

linier ini akan menyebabkan distorsi harmonik pada sistem distribusi. Oleh

karena itu, transformator arus berfungsi sebagai peralatan proteksi dan

pengukuran yang mengalirkan arus ke beban [1].

Dari hasil pengukuran yang dilakukan pada PCC (Point of Common Coupling)

transformator arus sisi sekunder (20 kV) dari transformator daya yang terdapat

di PT. Gunung Gahapi Sakti diperoleh nilai THD arus sebesar 24,8%, THD

tegangan sebesar 1,23%. Data – data pengukuran ini telah melebihi standar

yang ditetapkan oleh IEEE 512–1992 dengan perhitungan rasio hubung

singkat.

Page 5: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah maka perumusan masalah

dalam penelitian ini adalah :

Bagaimana peran beban nonlinier mempengaruhi tingkat ketelitian

pengukuran alat ukur Transformator Arus (CT).

Bagaimana kandungan harmonik arus dan tegangan yang muncul

akibat beban nonlinier.

Bagaimana upaya yang harus dilakukan untuk mereduksi harmonik

yang terdapat pada Transformator Arus (CT).

Page 6: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah merancang filter

Single Tuned untuk mereduksi kandungan harmonik arus yang

ada pada Transformator Arus (CT) agar memenuhi standar

harmonik yang diizinkan berdasarkan standar IEEE 519 –

1992.

Page 7: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Batasan Masalah

Dengan mempertimbangkan waktu, biaya dan pembahasan yang terlalu

luas maka penelitian ini akan membahas mengenai :

Pengukuran harmonik dilakukan pada sisi sekunder Transformator Arus

(CT).

Analisa harmonik hanya dilakukan pada sisi sekunder Transformator Arus

(CT).

Filter yang digunakan untuk mengurangi kandungan harmonik pada

Transformator Arus (CT) adalah jenis filter Single Tuned.

Harmonik pada Transformator Arus (CT) dan filter akan dimodelkan dan

disimulasikan menggunakan MATLAB/Simulink.

Mengenai resonansi dan pengaruh terhadap sistem lain yang ditimbulkan

oleh pemakaian filter Single Tuned merupakan persoalan tersendiri dan

tidak dibahas.

Page 8: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Manfaat Penelitian

Setelah melakukan penelitian ini diharapkan :

Mendapatkan kualitas daya listrik yang lebih baikdengan harmonik yang rendah dan faktor daya yang tinggi.

Mampu mengurangi harmonik untuk keseluruhansistem.

Page 9: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

TINJAUAN PUSTAKA

Transformator Ukur

Transformator arus merupakan transformator instrumen yang digunakan untuk

menurunkan arus yang akan digunakan untuk peralatan metering, rele proteksi,

dan instrumen lainnya. Transformator arus memberikan isolasi yang tinggi pada

kumparan primernya dan kumparan sekunder dibumikan demi keselamatan dan

magnitude arus diturunkan agar dapat digunakan untuk instrumen lainnya.

Transformator arus bekerja berdasarkan hukum Ampere , dimana NP

dan NS

merupakan jumlah kumparan pada primer dan sekunder sedangkan IP

dan IS

merupakan arus pada kumparan primer dan sekunder transformator arus.

Terminal sekunder memasok sebuah rangkaian ekivalen beban yang dikenal

dengan sebuatan “Burden” dengan impedansi Zb = Rb + jωLB.

Page 10: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Kesalahan Transformator Arus (CT) akibat beban

non linier

Kesalahan pertama adalah rasio kesalahan harmonik orde ke – h :

Dimana k = Ns/N

pyang merupakan rasio transformator nominal, dan adalah nilai

rms dari arus harmonik orde ke – h pada primer dan sekunder.

Kesalahan kedua adalah kesalahan sudut fasa harmonik orde ke–h:

Dimana αsh

dan αph

adalah sudut fasa arus harmonik primer dan sekunder.

Kedua jenis kesalahan ini terutama kesalahan sudut fasa akan mempengaruhi akurasi

pengukuran daya.

Page 11: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Rangkaian Equivalent Transformator Arus (CT)

Page 12: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Prinsip Kerja Transformator arus (CT)

Prinsip kerja dari transformator arus berdasarkan pada hukum

ampere dan faraday. Menurut hukum ampere, arus (i) diukur

melalui konduktor primer yang menghasilkan medan magnet

yang bersirkulasi berdasarkan waktu H. Medan magnet yang

melewati kumparan sekunder, menurut hukum faraday

menginduksikan tegangan (Vs) dari terminal kumparan

sekunder. Tegangan menyebabkan arus melewati resistor.

Page 13: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Kesalahan PengukuranKesalahan-kesalahan dalam pengukuran dapat berupa/berasal dari :

Alat ukur yang tidak presisi

Kecakapan dalam melakukan pengukuran (pembacaan dan

pengoperasian).

Keadaan sekeliling, pada saat pengukuran :

1. Temperatur ruang

2. Ada pemanasan pada alat ukur

3. Posisi nol, yaitu keadaan pegas yang sudah tua dan adanya kelelahan

material magnet luar.

Kedudukan alat yang tidak tepat.

Page 14: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Kelas Alat UkurKelas Akurasi Keterangan

0,05

Merupakan alat dengan ketelitian/presisi yang sangat tinggi

digunakan untuk lab dan alat ukur standar0,1

0,2

0,5

Merupakan alat dengan ketelitian/presisi tinggi dipakai pada

pengukuran-pengukuran presisi, alat ini biasanya

portable

1

Merupakan alat dengan ketelitian/presisi lebih rendah dari

kelas diatasnya, alat ini kecil portable, biasanya dipasang

pada panel-panel listrik yang besar.

1,5

Merupakan alat dengan ketelitian/presisi rendah, dimana

dalam penggunaannya faktor ketelitian dan presisinya

tidak begitu penting

2,5

5

Page 15: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Sumber Harmonik

Beberapa peralatan yang dapat menyebabkan timbulnya harmonik

antara lain power supply, komputer, printer, lampu flourecent yang

menggunakan elektronik ballast, power eletronik (thyristor) dan

peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen

semikonduktor atau elektronika daya sebagai rangkaian pengendali

motor listrik [14].

Page 16: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Standar Harmonik

Tegangan bus pada PCCDistorsi Tegangan individu Total Harmonic Distorsi Tegangan

(THDv)

V69KV 3,0 5,0

69 KV<V161KV 1,5 2,5

V>161KV 1,0 1,5

Tabel 2. 2. Batas THDV sesuai standar IEEE 519-1992

Isc/IL

Orde harmonik (dalam %)Total Demand

Distortion

(TDD)< 11 11 - 17 17 - 23 23 - 35 >35

<20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0

20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0

50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0

100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0

>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

Tabel 2. 3. Batas arus harmonik sesuai standar IEEE 519-1992

Page 17: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Menghitung Besar Total Harmonic Distortion (THDv) untuk

tegangan adalah:

Menghitung Besar Total Harmonic Distortion (THDi) untuk arus

adalah:

Page 18: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Single-Tuned Filter

Single-Tuned Filter adalah salah satu filter passive yang paling sering

digunakan, terdiri dari komponen R, L, dan C yang terhubung seri

Memiliki impedansi minimum sebesar nilai resistansi R dari induktor. Oleh

karena itu, filter ini menyerap semua arus harmonik yang dekat dengan

frekuensi fr yang diinjeksikan, dengan distorsi tegangan harmonik yang

rendah pada frekuensi ini

Impedansi Single-Tuned Filter pada frekuensi fundamental adalah :

Page 19: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Merancang Single-Tuned Filter

Tentukan ukuran kapasitas kapasitor Qc berdasarkan kebutuhan daya reaktif

untuk perbaikan faktor daya.

Tentukan Reaktansi kapasitor:

Tentukan Kapasitansi dari kapasitor:

Tentukan Reaktansi Induktif dari Induktor:

Tentukan Induktansi dari Induktor:

Tentukan reaktansi karakteristik dari filter pada orde tuning:

Tentukan Tahanan (R) dari Induktor

Page 20: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

METODOLOGI PENELITIAN

Parameter Satuan Transformator arus (CT)

S (Apparent Power) VA 12.667

P (Active Power) Watt 12.5

Q (Reactive Power) VAR 1.833

PF (Power Factor) _ 0.80

THDv % 1.33

THDi % 24.8

Frekuensi Hz 50

V (Phase Voltage) Volt 58.69

I (Phase Current) Ampere 0.074

Data Hasil Pengukuran

Page 21: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Harmonik

ke-n

Individual Distorsi

Harmonik (IHD)THDi

(%)

THDv

(%)Arus (i)

(%)

Tegangan

(v)

(%)

3 2.85 0.15

24.8 1.23

5 23.81 1.18

7 6.22 0.23

9 0.38 0.02

11 0.73 0.06

13 0.12 0.02

15 0.04 0.03

Data hasil pengukuran harmonik arus dan tegangan

Page 22: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Orde

harmonik (%)

Standar IEEE 519-

1992

(%)

Keterangan

Orde 3 2.85 12 Sesuai

Orde 5 23.81 12 Tidak Sesuai

Orde 7 6.22 12 Sesuai

Orde 9 0.38 12 Sesuai

Orde 11 0.73 5.5 Sesuai

Orde 13 0.12 5.5 Sesuai

Orde 15 0.04 5.5 Sesuai

iIHD

iIHD

Perbandingan hasil pengukuran arus harmonik pada transformator arusdengan standar IEEE 519 – 1992

Page 23: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Perhitungan Nilai Filter Single Tuned

of the contents

besar reaktansi kapasitifdan kapasitansi

Xc = V²/Qc= 58.69²/5.3 = 649.91 Ω

C = 1/(2 Π f0 Xc)C = 1/(2x3.14x50x649.91)C = 4.9 µF

kapasitas kapasitor yang dibutuhkan

Qc=Ptan(acos pf1) - tan(acos pf2)=0.0125tan(acos(0.80)) -

tan(acos(0.95))=0.0125(0.75-0.33)=0.00525 VAR≈ 5.3 kVAR

Besar reaktansiinduktif

Xl = Xc/h²nXl = 649.91 / 5²Xl = 25.96 Ω

Besar reaktansiInduktif

L = Xl / (2 Π f0)L = 25.96 / (2x3.14x50)L = 0.0826 ≈ 0.083 H

Besar resistor

R = Xn / QR = (h x Xl) / QR = (3x25.96) / 100R = 1.298 ≈ 1.3 Ω

Page 24: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter

Page 25: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Grafik Arus Sebelum Pemasangan Filter (warna merah menandakanbentuk gelombang arus untuk satu perioda)

Page 26: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Spektrum arus harmonik sebelum pemasangan filter

Page 27: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Parameter Satuan Hasil Simulasi

Cos phi - 0.95

THDv % 1.23

THDi % 5.60

Freq Hz 50

Orde-1 % 100

Orde-3 % 1.14

Orde-5 % 9.52

Orde-7 % 2.49

Orde-9 % 0.15

Orde-11 % 0.29

Orde-13 % 0.05

Orde-15 % 0.02

Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter

Page 28: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter

Page 29: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Grafik Arus Setelah Pemasangan Filter

Page 30: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Spektrum Arus Setelah Pemasangan Filter

Page 31: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Diagram Alir Penelitian

Page 32: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Jadwal PenelitianNo.

Minggu

Kegiatan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1.Pencarian

Referensi

2.Pengajuan Proposal

Tesis

3. Pengumpulan data

4. Pengolahan data

5. Analisis data

6.Simulasi Filter

Single-Tuned

7.Penulisan Laporan

Tesis

8.Penulisan Artikel

Ilmiah

9.Seminar Hasil

Tesis

10. Revisi Tesis

Page 33: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

Daftar Pustaka

1. Ismail, D., dkk. Current transformer reaction with linear and non-linear loads. in

Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO), 2010 4th International.

2010.

2. Henderson, R.D. dan P.J. Rose, Harmonics: the effects on power quality and t

ransformers. Industry Applications, IEEE Transactions on, 1994. 30(3): p. 528-

532.

3. Elmoudi, A., M. Lehtonen, dan H. Nordman. Corrected winding eddy-current

harmonic loss factor for transformers subject to nonsinusoidal load currents. in Power

Tech, 2005 IEEE Russia. 2005.

4. Kennedy, S.P. dan C.L. Ivey. Application, design and rating of transformers containing

harmonic currents. in Pulp and Paper Industry Technical Conference, 1990.,

Conference Record of 1990 Annual. 1990.

5. C57.110/D7, A.I., Recommended Practice for Establishing Transformer

Capability when Supplying Non-sinusoidal Load Currents. 1998, NY: IEEE.

6. Kojovic, L.A. Comparison of different current transformer modeling techniques for

protection system studies. in Power Engineering Society Summer Meeting, 2002

IEEE. 2002.

Page 34: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

7. Kojovic, L.A. Impact of current transformer saturation on overcurrent protection

operation. in Power Engineering Society Summer Meeting, 2002 IEEE. 2002.

8. Wiszniewski, A., W. Rebizant, dan L. Schiel, Correction of Current Transformer

Transient Performance. Power Delivery, IEEE Transactions on, 2008. 23(2): p.

624-632.

9. Yahyavi, M., F. Brojeni, dan M. Vaziri. Basic Theory and Practical Considerations in

a Current Transformer. in Power Engineering Society General Meeting, 2007.

IEEE. 2007.

10. Kadar, L., P. Hacksel, dan J. Wikston, The effect of current and voltage

transformers accuracy on harmonic measurements in electric arc furnaces. Industry

Applications, IEEE Transactions on, 1997. 33(3): p. 780-783.

11. Emanuel, A.E. dan J.A. Orr, Current Harmonics Measurement by Means of Current

Transformers. Power Delivery, IEEE Transactions on, 2007. 22(3): p. 1318-

1325.

12. Yuwei, S., dkk. Analysis and design of a current transformer fed power supply from

high AC voltage cable. in Industrial Electronics (ISIE), 2012 IEEE International

Symposium on. 2012.

Page 35: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

13. Kondrath, N. dan M.K. Kazimierczuk, Bandwidth of Current Transformers.

Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, 2009. 58(6): p.

2008-2016.

14. Arrillaga, J. dan N.R. Watson, Power system harmonics. 2004: Wiley.

15. Irianto, C.G., M. Sukmawidjaja, dan A. Wisnu, Mengurangi Harmonisa Pada

Transformator 3 Fasa. Jurusan Teknik elektro Fakultas Teknologi Industri

Universitas Trisakti, 2008.

16. Dugan, R.C., M.F. McGranaghan, dan H.W. Beaty, Electrical power systems quality.

Vol. 2. 1996: McGraw-Hill New York.

17. Theodore, W., Electrical Machines , Drives And Power Systems, 6/E. 2007:

Pearson Education.

18. Chang, G.W., S.Y. Chu, dan H.L. Wang. A new approach for placement of single-

tuned passive harmonic filters in a power system. in Power Engineering Society

Summer Meeting, 2002 IEEE. 2002.

19. Wakileh, G.J., Power systems harmonics: fundamentals, analysis and filter design.

2001: Springer.

20. Gonzalez, D.A. dan J.C. Mccall, Design of filters to reduce harmonic distortion in

industrial power systems. Industry Applications, IEEE Transactions on, 1987(3): p.

504-511.

Page 36: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

DATA HASIL PENGUKURAN

HARMONIK H1 H3 H5 H7 H9 H11 H13 H15

IHD I (A) 0.074 0.002109 0.017619 0.004603 0.000281 0.00054 0.0000888 0.0000296

IHD I (%) 100 2.85 23.81 6.22 0.38 0.73 0.12 0.04

THD I (A) 0.018352

THD I (%) 24.8

IHD V (V) 58.69 0.088035 0.692542 0.134987 0.011738 0.035214 0.011738 0.017607

IHD V (%) 100 0.15 1.18 0.23 0.02 0.06 0.02 0.03

THD V (V) 0.721887

THD V (%) 1.23

Page 37: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

DATA TEKNIK TRANSFORMATOR ARUS

Pabrik : ABBDibuat di : JepangType : MED 170 – A2Arus Primer : 1000 AArus Sekunder : 5 AFrekuensi : 50 HzTegangan Maksimal : 170 kVTegangan Sistem : 20 kVBerat : 600 KgKelas akurasi : 1.0Arus rating : 40 kA/1sTingkat Isolasi : 625 -750 kVBurden : 30 VA

Page 38: Powerpointkolokium   azmi rizki lubis

LOADING ...