Perbandingan Kinerja Filter Harmonik dalam Sistem Tenaga Industri untuk Pengurangan Distorsi Harmonik

Diterbitkan oleh 1. Estifanos Dagnew Mitiku¹, 2. Gebrie Teshome Aduye², 3. S. Abdul Rahman³, 4. Mahilet Mentesinot Abuhay⁴, Jurusan Teknik Elektro & Komputer, Institut Teknologi, Universitas Gondar, Ethiopia (1, 2, 3), Jurusan Teknik Industri, Institut Teknologi, Universitas Gondar, Ethiopia (4) ORCID. 1. 0000-0002-6613-3979, 2. 0000-0003-1184-9184, 3. 0000-0003-0134-8028, 4. 0000-0001-7554-8562

Kata kunci:Filter Harmonik, Distorsi Harmonik, Distorsi Harmonik Total, MATLAB/SIMULINK.
Kata kunci:filter, harmonik, THD

Perkenalan

Kualitas daya (PQ) merupakan masalah bagi perusahaan listrik dan konsumen listrik di semua tingkat penggunaan. Salah satu masalah PQ adalah harmonik yang merupakan komponen sinusoidal dari gelombang periodik atau kuantitas yang memiliki frekuensi yang merupakan kelipatan integral dari frekuensi dasar, yaitu 50 Hz atau 60 Hz [1]. Tegangan harmonik terjadi sebagai akibat dari harmonik arus, yang dibuat dan ditarik oleh beban elektronik nonlinier, yang disuntikkan ke sistem pasokan [2].

Pengukuran distorsi harmonik di industri

Untuk menilai tingkat distorsi harmonik pada sistem tenaga listrik industri, pemantauan harus dilakukan pada titik masuk layanan industri di Points of Common Coupling (PCC), titik sadap pada penyulang 15kV. Namun, karena jarak dan impedansi saluran dari PCC ke primer transformator dapat diabaikan, maka primer dianggap sebagai PCC seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 [2].

Distorsi harmonik dalam industri diukur saat semua mesin bekerja pada saat yang sama, untuk mengamati karakteristik kumulatif beban industri dan pengumpulan data dilakukan melalui pengukuran langsung. Setelah melakukan analisis yang sesuai, data yang dikumpulkan dihitung dan dibandingkan dengan nilai yang dapat diterima yang ditetapkan oleh standar praktik yang direkomendasikan IEEE untuk kontrol harmonik [28].

Tabel 1: Batas distorsi arus untuk sistem distribusi umum (120V hingga 69.000V) [2].Gbr. 1: Lokasi pemantauan dan titik kopling umum. Distorsi harmonik dalam industri diukur saat semua mesin bekerja pada saat yang sama, untuk mengamati karakteristik kumulatif beban industri dan pengumpulan data dilakukan melalui pengukuran langsung. Setelah melakukan analisis yang sesuai, data yang dikumpulkan dihitung dan dibandingkan dengan nilai yang dapat diterima yang ditetapkan oleh standar praktik yang direkomendasikan IEEE untuk kontrol harmonik [28].

Arus hubung singkat dan arus pengenal feeder 15kV di PCC dirata-ratakan masing-masing sebesar 10kA dan 1000A, sehingga menghasilkan I_{Bahasa Inggris}/SAYA_Sayarasio dalam kisaran

Kandungan harmonik tegangan dan arus maksimum industri saat bekerja pada beban penuh ditunjukkan pada tabel 3.

Dari data yang tercatat terlihat bahwa arus harmonik dominan adalah arus 5^thdan 7^thharmonik dan nilai total THD arus untuk ketiga fasa adalah 18,10%, 18,33% dan 18,44%, masing-masing pada PCC yang berada di luar standar IEEE, yaitu 5%. Karena nilai THD arus berada di luar nilai standar, filter harmonik single tuned, double tuned, high pass dan c-type dengan parameter yang dirancang diterapkan untuk mengurangi distorsi harmonik dan kinerjanya dibandingkan berdasarkan nilai persentase THD arus ketika masing-masing filter harmonik diterapkan.

Prinsip kerja

Rangkaian yang digunakan untuk mengurangi distorsi harmonik ditunjukkan pada gambar 2. Rangkaian ini terdiri dari sakelar, filter harmonik single tuned, double tuned, high pass dan tipe-c serta beban. Karena beban non-linier dari sistem tenaga industri, saat arus harmonik disuntikkan ke sistem, bentuk gelombang tegangan dan arus terdistorsi. Filter harmonik dengan nilai yang dirancang dan sakelar masing-masing diterapkan secara independen untuk membandingkan kinerja filter harmonik dan dinyalakan dan dimatikan untuk mengurangi distorsi harmonik. Pada awalnya, sakelar filter single tuned AKTIF sementara sakelar lainnya MATI. Kemudian, sakelar filter high pass AKTIF sementara sakelar lainnya MATI. Selanjutnya, sakelar filter double tuned AKTIF sementara sakelar lainnya MATI. Akhirnya, sakelar filter tipe-C AKTIF sementara sakelar lainnya MATI. Untuk kesederhanaan, hanya satu fase yang dipertimbangkan dari tiga fase karena daya diambil dari fase yang sama untuk mengurangi distorsi harmonik untuk menunjukkan rangkaian kontrol.

Hasil Simulasi

Distorsi harmonik telah disimulasikan menggunakan perangkat lunak MATLAB/SIMULINK. Filter harmonik seperti single tuned, double tuned, high pass dan filter tipe-c disimulasikan dengan nilai yang dirancang untuk membandingkan kinerjanya dalam pengurangan distorsi harmonik yang terjadi pada sistem tenaga industri karena beban non-linier. Bentuk gelombang tegangan dan arus dari sisi sumber dan sisi beban sebelum dan setelah menerapkan filter harmonik disajikan di bawah ini untuk perbandingan. Industri memiliki beban non-linier yang dipasok oleh utilitas dari gardu induk terdekat dan beban non-linier menarik arus harmonik dari bentuk gelombang yang terdistorsi. Simulasi dilakukan dengan nilai filter harmonik yang dirancang dengan tegangan nominal saluran ke saluran 400V, frekuensi operasi 50Hz, daya reaktif nominal 50KVAR, faktor kualitas 7 dan frekuensi penyetelan diatur untuk 5^thdan 7^thharmonik.

Bentuk gelombang tegangan dan arus sebelum menerapkan filter harmonik ditunjukkan pada gambar 3.

Industri memiliki beban non-linier yang dipasok oleh utilitas dan beban ini menarik bentuk gelombang tegangan dan arus harmonik yang terdistorsi seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 dan dari analisis Fast Fourier Transform (FFT) seperti yang ditunjukkan pada gambar 4 nilai THD adalah 18,33%, yang berada di atas batas yang dapat diterima standar IEEE, yaitu 5% untuk studi ini. Oleh karena itu, untuk mengurangi distorsi harmonik, filter harmonik single tuned, double tuned, high pass dan tipe-c dirancang dan ditempatkan di lokasi yang tepat pada sistem tenaga industri; akibatnya, distorsi harmonik dikurangi dan kinerjanya dibandingkan.

Filter Harmonik Tunggal

Filter Harmonik Lolos Tinggi

Filter Harmonik dengan Tuning Ganda

Filter Harmonik Tipe C

Kesimpulan

Dalam makalah ini, perbandingan kinerja filter harmonik dalam sistem tenaga industri untuk pengurangan distorsi harmonik dipelajari. Distorsi harmonik yang dihasilkan oleh beban non-linier industri memberikan nilai THD sebesar 18,33%. Dan ketika filter harmonik yang disetel tunggal diterapkan, THD berkurang menjadi 5,08%. Sedangkan, penerapan filter harmonik high pass memberikan THD sebesar 5,09%. Filter harmonik yang disetel ganda memberikan nilai THD sebesar 4,00%. Akhirnya, dengan menggunakan filter harmonik tipe-c, diperoleh nilai THD sebesar 4,68%. Sehingga dari hasil simulasi dan analisa FFT dapat diketahui bahwa filter harmonik double tuned memberikan kinerja yang lebih baik dibandingkan filter harmonik single tuned, high pass dan tipe-c dalam mereduksi distorsi harmonik hingga ke besaran yang dapat diterima oleh standar IEEE yaitu kurang dari 5% untuk penelitian ini dan bagi pihak industri disarankan untuk menggunakan filter harmonik double tuned pada bagian sekunder transformator guna menghilangkan pemanasan tambahan, false tripping dan malfungsi peralatan akibat harmonisa yang menyebabkan kerugian produksi bagi industri.

Hubungi kami untuk panduan ahli:

Untuk informasi lebih lanjut tentang caraFilter Harmonik AktifDanGenerator Var Statisdapat meningkatkan kualitas daya:sales@intonepower.com

REFERENSI

[1] IEEE,IEEE 1159 1995 Praktik yang direkomendasikan untuk memantau kualitas daya listrik.Tahun 1995
[2] W. Are et al., 'Kualitas Sistem Tenaga Listrik, Edisi Kedua'.
[3] MS Almutairi dan S. Hadjiloucas, 'Mitigasi Harmonika Berbasis Minimalisasi Arus Non-Linearitas dalam Sistem Tenaga', 2019.
[4] A. Bagheri dan M. Alizadeh, 'Merancang Filter Pasif untuk Mengurangi Distorsi Harmonik dalam Jaringan Mikro Hibrida Termasuk Turbin Angin, Sel Surya dan Beban Nonlinier', no.12, hlm. 10–13, 2019.
[5] Y. Cho, H. Cha, Y. Cho, dan H. Cha, 'Desain Filter Harmonik Pasif Bertala Tunggal dengan Mempertimbangkan Varians Penyetelan dan Faktor Kualitas Desain Filter Harmonik Pasif Bertala Tunggal dengan Mempertimbangkan Varians Penyetelan dan Faktor Kualitas', vol. 8972, 2014.
[6] R. Dua dan A. Agrawal, 'Dampak Filter Tunggal pada Sistem PV Terhubung Jaringan', vol. 08, no. 06, hlm. 213–217, 2019.
[7] M. Awadalla, M. Orner, dan A. Mohamed, 'Desain filter single-tuned untuk mitigasi dan optimalisasi harmonik dengan bank kapasitor Desain Filter Single-tuned untuk Mitigasi dan Optimalisasi Harmonik dengan Bank Kapasitor', no. September 2015, 2019.
[8] Seri IOPC dan M. Science, 'Pengurangan harmonik dengan menggunakan filter pasif single-tuned dalam industri pengolahan plastik Pengurangan harmonik dengan menggunakan filter pasif single-tuned dalam industri pengolahan plastik', 2018.
[9] YK Haur, TJ Son, LK Yun, W. Jee, dan K. Raymond, 'Desain Filter Harmonik Pasif Bertala Tunggal untuk Memenuhi Standar Ieee-519 Melalui Manipulasi Faktor Kualitas', vol. 29, no. 1, hlm. 1364–1379, 2020.
[10] KR Cheepati, S. Ali, dan A. Rangampet, 'Tinjauan Umum Filter Harmonik Double Tuned dalam Meningkatkan Kualitas Daya dalam Kondisi Beban Non Linier', vol. 10, no. 7, hlm. 11–26, 2017.
[11] HE Yi-hong dan SU Heng, 'Metode Baru Mendesain Filter Double-tuned', no. Iccsee, hlm. 206–209, 2013.
[12] KR Cheepati, S. Ali, dan SK M, 'Analisis Kinerja Filter Pasif Double Tuned untuk Kualitas Daya', vol. 9, no. 7, hlm. 3295–3305, 2016.
[13] P. Control dan G. Mishra, 'Desain Filter High Pass Pasif untuk Aplikasi Filter Daya Aktif Hibrida Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Nasional Desain Filter High Pass Pasif untuk Aplikasi Filter Daya Aktif Hibrida'.
[14] B. Park, J. Lee, H. Yoo, dan G. Jang, 'Mitigasi Harmonik Menggunakan Filter Harmonik Pasif: Studi Kasus dalam Sistem Tenaga Pabrik Baja', 2021.
[15] ZA Memon, MA Uqaili, dan MA Unar, 'Mitigasi Harmonik Sistem Tenaga Industri Menggunakan Filter Pasif', no. Juli, 2016.
[16] IA Shah dan RK Ali, 'Desain Filter Pasif Tipe C untuk Mengurangi Distorsi Harmonik dan Kompensasi Daya Reaktif', vol. 4, no. 12, hlm. 38–47, 2016.
[17] R. Klempka, 'Metode Baru untuk Desain Filter Pasif Tipe C', no. 7, hlm. 277–281, 2012.
[18] A. Furnaces, 'Pemilihan Filter Tipe C untuk Kompensasi Daya Reaktif dan Filtrasi Harmonik Lebih Tinggi', 2020.
[19] A. Muchtar dan WM Muttaqin, 'Perbandingan antara kinerja filter single tuned dan filter tipe-c pada jaringan distribusi tenaga listrik Perbandingan antara kinerja filter single tuned dan filter tipe-c pada jaringan distribusi tenaga listrik', 2019.
[20] SA Rahman, 'DVR Berbasis Konverter Langsung untuk Mengurangi Gangguan Fase Tunggal', no. September 2019, 2021.
[21] A. Rahman, 'Mitigasi Penurunan Tegangan, Pembengkakan dan Pemadaman Tanpa Konverter', no. Oktober 2019, 2021.
[22] SA Rahman, SB Mule, ED Mitiku, GT Aduye, dan C. Gopinath, 'Kompensasi Penurunan dan Pembengkakan Tegangan Tertinggi menggunakan Konverter Matriks Fase Tunggal dengan Empat Sakelar Terkendali', no. 4, hlm. 134–138, 2021.
[23] C. Reads, 'Realisasi Konverter Matriks Fasa Tunggal Menggunakan 4 Sakelar Terkendali', no. Oktober 2019, 2021.
[24] SA Rahman dan G. Teshome, 'Kompensasi penurunan tegangan maksimum menggunakan konverter langsung dengan memodulasi sinyal pembawa', vol. 10, no. 4, hlm. 3936–3941, 2020.
[25] SA Rahman dan E. Dagnew, 'Kompensasi penurunan tegangan menggunakan DVR berbasis konverter langsung dengan memodulasi sinyal kesalahan', vol. 19, no. 2, hlm. 608–616, 2020.
[26] SA Rahman, ED Mitiku, SB Mule, GT Aduye, MA Huluka, dan S. Mesfin, 'Mitigasi Sag Tegangan Menggunakan DVR Berbasis Direct Converter Tanpa Sinyal Error', no. 12, hlm. 34–37, 2021.
[27] SA Rahman, S. Birhan, ED Mitiku, GT Aduye, dan P. Somasundaram, 'Topologi DVR Baru untuk Mengompensasi Lonjakan Tegangan, Penurunan Tegangan, dan Pemadaman Fase Tunggal', vol. 17, no. 4, hlm. 1–10, 2021.
[28] CRCP PT,Kualitas daya © 2002.tahun 2002.

Penulis:Dosen, Tn. Estifanos Dagnew Mitiku, Jurusan Teknik Elektro & Komputer, Institut Teknologi, Universitas Gondar, Gondar, Ethiopia, Email: est7eced@gmail.com; Dosen, Tn. Gebrie Teshome Aduye, Jurusan Teknik Elektro & Komputer, Institut Teknologi, Universitas Gondar, Gondar, Ethiopia, Email: gebrie.415@gmail.com; Associate Professor, Dr. Abdul Rahman, Jurusan Teknik Elektro & Komputer, Institut Teknologi, Universitas Gondar, Gondar, Ethiopia, Email: msajce.abdulrahman@gmail.com; Dosen, Ibu Mahilet Mentesinot Abuhay, Jurusan Teknik Industri, Institut Teknologi, Universitas Gondar, Ethiopia, Email: mahiletme@gmail.com.

Sumber & Penerbit Pengidentifikasi Item:TINJAUAN ELEKTROTEKNIS, ISSN 0033-2097, TAHUN 98 NO. 3/2022. tanggal:10.15199/48.2022.03.12