Tiga kalimat ringkasan dokumen tersebut adalah: Dokumen tersebut membahas tentang merancang filter tunggal untuk mengurangi harmonik pada transformator arus agar sesuai dengan standar IEEE 519-1992. Simulasi menunjukkan filter mampu mengurangi THDi dari 24,8% menjadi 5,6% dan sesuai dengan standar harmonik. Penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan kualitas listrik dengan harmonik yang lebih rendah.

1. LOADING...

3. PERANCANGAN FILTER SINGLE TUNED UNTUK
MEREDUKSI HARMONIK ARUS PADA
TRANSFORMATOR ARUS (CT)
OLEH
AZMI RIZKI LUBIS
NIM. 107034001

4. PENDAHULUAN
Latar 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.

5. 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).

6. 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.

7. 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.

8. Manfaat Penelitian
Setelah melakukan penelitian ini diharapkan :
 Mendapatkan kualitas daya listrik yang lebih baik
dengan harmonik yang rendah dan faktor daya yang
tinggi.
 Mampu mengurangi harmonik untuk keseluruhan
sistem.

9. 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.

10. Kesalahan Transformator Arus (CT) akibat beban
non linier
Kesalahan pertama adalah rasio kesalahan harmonik orde ke – h :
Dimana k = Ns/Np yang 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.

11. Rangkaian Equivalent Transformator Arus (CT)

12. 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.

13. Kesalahan Pengukuran
Kesalahan-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.

14. Kelas Alat Ukur
Kelas Akurasi Keterangan
0,05
Merupakan alat dengan ketelitian/presisi yang sangat tinggi
digunakan untuk lab dan alat ukur standar
0,1
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

15. 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].

16. Standar Harmonik
Tabel 2. 2. Batas THDV sesuai standar IEEE 519-1992
Tegangan bus pada PCC
Distorsi 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
Isc/IL
Tabel 2. 3. Batas arus harmonik sesuai standar IEEE 519-1992
Orde harmonik (dalam %)
Total Demand
Distortion
< 11 11 - 17 17 - 23 23 - 35 >35 (TDD)
<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

17. Menghitung Besar Total Harmonic Distortion (THDv) untuk
tegangan adalah:
Menghitung Besar Total Harmonic Distortion (THDi) untuk arus
adalah:

18. 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 :

19. 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

20. METODOLOGI PENELITIAN
Data Hasil Pengukuran
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

21. Data hasil pengukuran harmonik arus dan tegangan
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

22. Perbandingan hasil pengukuran arus harmonik pada transformator arus
dengan standar IEEE 519 – 1992
i IHD
Orde
harmonik (%)
Standar IEEE 519-
1992
(%)
Keterangan
i IHD
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

23. Perhitungan Nilai Filter Single Tuned
of the contents
besar reaktansi kapasitif
dan 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=P{tan(acos pf1) - tan(acos pf2)}
=0.0125{tan(acos(0.80)) -
tan(acos(0.95))}
=0.0125{(0.75-0.33)}
=0.00525 VAR
≈ 5.3 kVAR
Besar reaktansi
induktif
Xl = Xc/h²n
Xl = 649.91 / 5²
Xl = 25.96 Ω
Besar reaktansi
Induktif
L = Xl / (2 Π f0)
L = 25.96 / (2x3.14x50)
L = 0.0826 ≈ 0.083 H
Besar resistor
R = Xn / Q
R = (h x Xl) / Q
R = (3x25.96) / 100
R = 1.298 ≈ 1.3 Ω

24. Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter

25. Grafik Arus Sebelum Pemasangan Filter (warna merah menandakan
bentuk gelombang arus untuk satu perioda)

26. Spektrum arus harmonik sebelum pemasangan filter

27. Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter
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

28. Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter

29. Grafik Arus Setelah Pemasangan Filter

30. Spektrum Arus Setelah Pemasangan Filter

31. Diagram Alir Penelitian

32. Jadwal Penelitian
No.
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

33. 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.

34. 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.

35. 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.

36. 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

37. DATA TEKNIK TRANSFORMATOR ARUS
Pabrik : ABB
Dibuat di : Jepang
Type : MED 170 – A2
Arus Primer : 1000 A
Arus Sekunder : 5 A
Frekuensi : 50 Hz
TeganganMaksimal : 170 kV
Tegangan Sistem : 20 kV
Berat : 600 Kg
Kelas akurasi : 1.0
Arus rating : 40 kA/1s
Tingkat Isolasi : 625 -750 kV
Burden : 30 VA

38. LOADING...