ANALISIS DAN PERANCANGAN FILTER HARMONIK

PADA SISTEM TENAGA LISTRIK

DI PUSAT PENAMPUNGAN PRODUKSI MENGGUNG

PERTAMINA ASSET IV FIELD CEPU

TUGAS AKHIR

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Strata I (S1)

Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

SALEH SYAHMI

D 400 120 067

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

ii

iii

iv

KATA PENGANTAR

Puji dan puja syukur tak lupa penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang

senantiasa melimpahkan rahmat, taufiq dan hidayah-NYA, sehingga laporan

Tugas Akhir dengan judul, “ Analisis Dan Perancangan Filter Harmonik

Pada Sistem Tenaga Listrik Dipusat Penampungan Produksi Menggung

Pertamina Asset IV Field Cepu ” ini dapat terselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan laporan Tugas Akhir ini,

keberhasilan bukan semata-mata diraih dengan sendirinya, melainkan berkat

dorongan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini

penulis bermaksud menyampaikan ucapan terimakasih kepada pihak-pihak yang

telah membantu dalam pembuatan tugas akhir ini yang mungkin mana tidak bisa

saya sebut namanya satu-persatu. Dengan penuh kerendahan hati, penulis

mengucapkan terimakasih kepada :

1. ALLAH SWT serta junjungan beliau RASULULLAH MUHAMMAD SAW.

2. Bapak dan ibu tercinta yang telah mendoakan, memberikan nasehat serta

bimbingannya sehingga penulis bisa sampai seperti ini.

3. Keluarga yang selalu memberikan dukungan serta doannya.

4. Bapak Umar S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

5. Bapak Agus Supardi S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing.

6. Bapak dan ibu Dosen Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

v

7. Bapak Abdul Aziz dan Bapak Gitab Bangkit selaku pembimbing lapangan

dalam proses pengambilan data di Pusat Penampungan Produksi Menggung

Pertamina Asset IV Field Cepu.

8. Mas Novix Jefri Alfama dan Mbak Indriyana Zella Margaretha selaku

pembimbing non formal.

9. Teman-teman di KMTE Robot Research periode 2014, 2015, 2016 yaitu

Mas Tarmuji, Mas Nugraha Putra Mahardika, Mas Eri Nur Prasetyo, Mas

Muhammad Puji Prasetyo, Mas Mahmud Ari Munandar, Mas Agung

Purnomo, Rheksi Hermawan, Junna Chairul Erfan, Laksono Budi Prianggodo,

Dimas Setyawan, Nurhadi Pranoto, Tri Sudaryono, Andi Triyanto, Riki

Ariyanta, Dennison Arif Hakim, Muhammad Wahid, Muhammad Jundu

Maulana, Albastomiroji, Cahyo Juli S, Slamet Sigit Widodo, Taufik, dan

teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.

10. Teman-Teman di KMTE UMS periode 2015 yaitu Sahid Sholihin, Andre

Farmada, Susanto, Risky Pertamadi, Medina Puspitasari Inaray, Sandy

Prasetya, Muhammad Bayu Iskandar, Miranti Fajarwati, Aulia Okta I.T.M,

Fella Dina Azmi, Qoid Zuhdi, Ana Dwi Ernia, Abdul hafid, Wisnu Anggara,

Ihsan Pratama, Salasma Kresna Alvintara, Rahajeng Hafid Bastian,

Muhammad Fariz hendrayana, dan teman-teman yang tidak dapat penulis

sebut satu per satu.

11. Teman-teman Teknik Elektro UMS angkatan 2012 yaitu Cahyo Kumolo,

Septian Heri Prasetyo, Muh. Aziz Himawan, Surya Fajar P, Riza Maulana,

Very bagus S, Julda Faisal B, Adib Budi R, Reynaldo Hilga A.P, Azanto

vi

Saputro K, Arif Kurniawan, Dedy Eka P, Septia Ayu N.D, Venna A.R.I, Fuji

fitriyani, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.

12. Teman-Teman Asisten Teknik Elektro UMS yaitu Mas Amri, Mas Rehang

Wuryanduri, Mbak Mariska S.A.P, Aan Budi Sulistyo, Dharu Rendro A.P,

dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.

13. Serta pihak lain yang tidak dapat penulis sebut satu per satu yang telah

memberikan dukungan, bantuannya, serta doanya.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporanpraktik kerja lapangan

ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan. Oleh karena itu, kritik dan

saran yang mendukung dalam penulisan laporan ini sangat penulis harapkan

sebagai upaya perbaikan. Sehingga nanti kelak jika ada kesempatan, penulis dapat

menyusun yang lebih baik lagi. Dan akhir kata, semoga laporan ini dapat

bermanfaat bagi kita semua.

Surakarta, 01 Februari 2016

Penulis………....

vii

MOTTO

“Allah menghendaki kemudahan bagimu dan tidak menghendaki kesukaran bagimu.”

( Q.S. Al-Baqarah : 185 )

”Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya.”

( Q.S. An Najm : 39 )

“Wahai manusia, sesungguhnya engkau harus bekerja keras (sungguh-sungguh dan tekun)

menuju keridhoan Tuhanmu, maka pasti kamu akan menemui-Nya.”

(Q.S. Al-Insyiqaq :6)

“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. maka apabila kamu telah selesai

dari sesuatu urusan maka kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan

hanya kepada Tuhanmu kamu berharap”

( QS. Alam Nasyrah (94) : 6 – 8)

“sesungguhnya ALLAH tidak melihat kepada sosokmu dan hartamu, tetapi dia akan melihat

kepada hatimu dan amalanmu”

(HR.Muslim)

viii

PERSEMBAHAN

Laporan Penelitian yang penulis kerjakan dipersembahkan kepada :

1. ALLAH SWT serta junjungan beliau RASULULLAH MUHAMMAD SAW.

2. Bapak dan ibu tercinta yang telah mendoakan, memberikan nasehat serta

bimbingannya sehingga penulis bisa sampai seperti ini.

3. Keluarga yang selalu memberikan dukungan serta doannya.

4. Bapak dan ibu Dosen Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

5. Teman-teman di KMTE Robot Research periode 2014, 2015, 2016.

6. Teman-Teman di KMTE UMS periode 2015.

7. Teman-teman Teknik Elektro UMS angkatan 2012.

8. Teman-Teman Asisten Teknik Elektro UMS.

9. Serta pihak lain yang tidak dapat penulis sebut satu per satu yang telah

memberikan dukungan, bantuannya, serta doanya.

ix

DAFTAR KONTRIBUSI

Penelitian yang saya ajukan sebagai judul skripsi guna memenuhi syarat

kelulusan guna mendapat gelar strata-1 (S1) merupakan ide yang terbesit pada

saat mengikuti mata kuliah kualitas daya listrik. Dimana pada saat perkuliahan ini

membahas tentang berbagai permasalahan terkait permasalahan pada kualitas

daya listrik. Harmonik yang merupakan inti dari penelitian yang penulis lakukan

merupakan salah satu topik bahasan pada perkuliahan tersebut.

Semenjak itulah penulis mulai tertarik dengan harmonik. Mulai dari mencari

referensi-referensi terkait masalah tersebut. Pada akhirnya penulis tertarik dengan

analisis harmonik terhadap sistem kelistrikan suatu industri. Pusat Penampungan

Produksi Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu menjadi salah satu objek

penelitian yang dilakukan untuk mengetahui besarnya nilai harmonik pada sistem

kelistrikannya. Karena dianggap sistem kelistrikan pada industri tersebut cukup

kompleks karena terdapat bebrapa komponen sumber harmonik yang nantinya

dijadikan objek penelitian.

Dalam proses penyusunan laporan ini penulis berkonsultasi dengan

pembimbing yaitu Bapak Agus Supardi S.T., M.T. Dimana beliau banyak

memberikan masukkan, kritik, maupun saran guna membuat laporan yang penulis

buat menjadi dangat kompleks. Tidak hanya Bapak Agus Supardi S.T., M.T yang

memberikan andilnya untuk terselesaikannya laporan ini, tetapibanyak pihak-

pihak yang membantu terselesaikannya laporan penelitian tugas akhir ini.

x

Penulis menyatakan dengan sesungguhnya sepengetahuan penulis bahwa

belum pernah ada skripsi yang membahas terkait topik yang serupa dari skripsi

yang telah dipublikasikan maupun yang digunakan sebagai salah satu persyaratan

untuk mendpatkan gelar Strata-1 (S1) di Universitas Muhammadiyah Surakarta

atau instansi manapun kecuali bagian informasi yang saya cantumkan dalam

laporan.

Penelitian inin dilakukan dengan cara membuat simulasi sistem kelistrikan

yang ada di Pusat Penampungan Produksi Pertamina Asset IV Field Cepu dengan

menggunakan software ETAP Power Station 12.6. Dimana Sebelumnya penulis

terlebih dahulu melakukan pengukuran terhadap sumber harmonim yang ada

padsa lapangan secara riil yang nantinya digunakan sebagai patokan untuk nilai

harmonik komponen simulasi sistem kelistrikannya. Penelitian ini melakukan 2

proses yaitu analisis terhadap sistem kelistrikan yang ada pada Pusat

Penampungan Produksi Menggung Pertamina Asset IV field Cepu dan

pernacangan filter yang dimaksudkan apabila sistem tersebut memerlukannya.

Setelah simulasi berhasil, kemudian mencatat hasil data keluaran atau text

report tersebut untuk analisis skripsi tersebut.

Demikian daftar kontribusi ini dibuat dengan sejujurnya.

Surakarta, 01 februari 2016

Mengetahui,

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................ ii

LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................ iii

KATA PENGANTAR ................................................................................ iv

MOTTO ..................................................................................................... vii

PERSEMBAHAN ...................................................................................... viii

DAFTAR KONTRIBUSI ........................................................................... ix

DAFTAR ISI .............................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xv

ABSTRAKSI .............................................................................................. xvii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ........................................................................ 4

1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................... 5

1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................... 5

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................ 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................. 7

2.1 Telaah Penelitian ....................................................................... 7

2.2 Landasan Teori .......................................................................... 9

xii

2.2.1 Distorsi Harmonik dan Defenisi ........................................ 9

2.2.2 Penyebab Timbulnya Distorsi Harmonik

pada Sistem Ditribusi ........................................................ 11

2.2.3 Akibat Distorsi Harmonik ................................................. 12

2.2.4 Filter Harmonik ................................................................ 14

2.2.5 Software ETAP Power Station 12.6 .................................. 15

2.2.6 Studi Aliran Beban ........................................................... 16

2.2.7 Studi Harmonik ................................................................ 18

BAB III METODE PENELITIAN .............................................................. 19

3.1 Jadwal Penelitian ....................................................................... 19

3.2 Tahapan Penelitian .................................................................... 19

3.2.1 Studi Literatur ................................................................... 19

3.2.2 Pengumpulan Data ............................................................ 19

3.2.3 Analisis data ..................................................................... 19

3.2.4 Perancangan ...................................................................... 20

3.2.5 Pengujian Hasil Rancangan ............................................... 20

3.3 Alat dan Bahan .......................................................................... 20

3.3.1 Heardware dan Software .................................................. 20

3.3.2 Gambaran Sistem Ditribusi Listrik di Pusat Penampungan

Produksi Pertamina Asset IV Field Cepu .......................... 21

3.3.3 Data Kapasitor .................................................................. 23

3.3.4 Data Impedansi Salurann .................................................. 23

3.3.5 Data Beban Tiap Bus ........................................................ 24

xiii

3.3.6 Data Unit Suplai Tenaga ................................................... 25

3.3.7 Data Beban nonlinear ........................................................ 26

3.3.8 Fasilitas yang Disediakan

oleh ETAP Power Station 12.6 .......................................... 27

3.4 Flowchart Penelitian ................................................................. 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 29

4.1 Hasil simulasi aliran beban ........................................................ 29

4.2 Analisis hasil simulasi aliran beban ........................................... 33

4.3 Hasil simulasi harmonik ............................................................ 34

4.4 Analisis hasil simulasi harmonik ............................................... 38

4.5 Perancangan filter ...................................................................... 39

4.6 Hasil simulasi harmonik dengan penambahan filter harmonik .... 58

4.7 Analisis hasil harmonik dengan penambahan filter harmonik ..... 63

BAB V PENUTUP ..................................................................................... 66

5.1 Kesimpulan ............................................................................... 66

5.2 Saran ......................................................................................... 67

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Besaran pada tiap Tipe Bus ......................................................... 18

Tabel 3.1 Data Kapasitas Kapasitor Simulasi .............................................. 23

Tabel 3.2 Data Impedansi Saluran ................................................................ 23

Tabel 3.3 Data Beban Motor tiap Bus ......................................................... 24

Tabel 3.4 Data Beban Statis tiap Bus .......................................................... 25

Tabel 3.5 Data Unit Suplai Tenaga .............................................................. 25

Tabel 3.6 Data Beban nonlinear VFD ......................................................... 26

Tabel 3.7 Data Parameter Beban nonlinear VFD ......................................... 26

Tabel 3.8 Data Beban nonlinear Load Static ................................................ 27

Tabel 3.9 Data Parameter Beban nonlinear load 1 dan Load 2 ..................... 27

Tabel 3.10 Data Parameter Beban nonlinear Load 3 .................................... 28

Tabel 3.11 Data Parameter Beban nonlinear Load 7 .................................... 29

Tabel 4.1 Hasil simulasi aliran beban .......................................................... 31

Tabel 4.2 kondisi Critical komponen dalam simulasi aliran beban .............. 32

Tabel 4.3 kondisi Marginal komponen dalam simulasi aliran beban ............ 32

Tabel 4.4 hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi arus ..................... 36

Tabel 4.5 hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi tegangan .............. 37

Tabel 4.6 Parameter filter single tuned ........................................................ 59

Tabel 4.7 Hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi arus

setelah penambahan filter ............................................................ 61

Tabel 4.8 Hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi tegangan dengan

penambahan filter ........................................................................ 62

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Sistem kelistrikan di PPP Menggung Pertamina Asset IV

Field Cepu dalam simulasi ETAP 12.6 bagian 1 ..................... 21

Gambar 3.2 Sistem kelistrikan di PPP Menggung Pertamina Asset IV

Field Cepu dalam simulasi ETAP 12.6 bagian 2 .................... 22

Gambar 3.3 Fasilitas yang disediakan oleh ETAP ..................................... 27

Gambar 3.4 Flowchart Penelitian .............................................................. 28

Gambar 4.1 Hasil Simulasi aliran beban sistem kelistrikan pada

PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 1 ...... 29

Gambar 4.2 Hasil Simulasi aliran beban sistem kelistrikan pada

PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 2 ....... 30

Gambar 4.3 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada PPP Menggung

Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 1 ................................ 34

Gambar 4.4 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada PPP Menggung

Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 2 ................................ 35

Gambar 4.5 Diagram Spektrum harmonik ................................................. 37

Gambar 4.6 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi ................................... 38

Gambar 4.7 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada

PPP Menggun Pertamina Asset IV Field Cepu

dengan penambahan filter bagian 1 ........................................ 59

Gambar 4.8 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada

PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu

dengan penambahan filter bagian 2 ........................................ 60

xvi

Gambar 4.9 Diagram Spektrum harmonik setelah penambahan filter ........ 62

Gambar 4.10 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi

setelah penambahan filter .................................................... 63

Gambar 4.11 Diagram Spektrum harmonik sebelum penambahan filter .... 64

Gambar 4.12 Diagram Spektrum harmonik setelah penambahan filter ....... 64

Gambar 4.12 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi

sebelum penambahan filter .................................................. 65

Gambar 4.13 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi

setelah penambahan filter .................................................... 65

xvii

ABSTRAKSI

Pada penelitian kali ini peneliti melakukan studi kasus terkait siostem

kelitrikan di Pusat Penampungan Produksi Pertamina Asset IV Field Cepu.

Karena pada industri terdapat beberapa komponen sumber harmonik yaitu

Variable Frekuensi Drive (VFD). Penelitian ini dilakukan dengan cara

melakukan simulasi jaringan dengan menggunakan software ETAP Power Station

12.6 dengan pemodelan sistem 3 buah beban nonlinear VFD.

Pemodelan sistem yang dilakukan dengan software ETAP 12.6 didapat hasil

untuk nilai Total Harmonic Distortion (THD) pada THD ke-3 VFD yaitu VFD 3

yang terpasang pada Bus 10 menghasilkan THDv sebesar 5.01% dan THDi

sebesar 17.31%, VFD 4 yang terpasang pada Bus 16 menghasilkan THDv

sebesar 6.43% dan THDi sebesar 14.93%, sedangkan untuk VFD 5 yang

terpasang pada Bus 31 menghasilkan THDv sebesar 5.45% dan THDi sebesar

21.05%.

Hasil pemodelan sistem tersebut menunjukkan masih terdapat nilai harmonik

yang tinggi maka perlu dilakukan perbaikan kualitas listrik untuk mereduksi

adanya nilai harmonik. Perbaikan tersebut dengan pemasangan filter single

tuned. Setelah pemasangan filter tersebut didapat penurunan nilai THD pada

VFD 3 yang terpasang pada Bus 10 menghasilkan THDv sebesar 0.60% dan

THDi sebesar 12.23%, VFD 4 yang terpasang pada Bus 16 menghasilkan THDv

sebesar 3.50% dan THDi sebesar 4.89%, sedangkan untuk VFD 5 yang terpasang

pada Bus 31 menghasilkan THDv sebesar 2.60% dan THDi sebesar 7.14%.

Kata Kunci : analisis harmonik, single tuned filter, sistem kelistrikan PPP

Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu