Volume  10  No.2 Juli 2018 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## ANALISIS PERANCANGAN FILTER HIGH-PASS DAMPED FILTER UNTUK BEBAN FL-4 PADA PL-LB/2 BERBASIS ETAP
Deni Almanda 1 , Erwin Dermawan 1 , Ery Diniardi 2 , Syawaluddin 2 , Anwar Ilmar Ramadhan 2,*
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia
2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia *Email: anwar.ilmar@umj.ac.id
Diterima: 18 April 2018 Direvisi: 25 Mei 2018 Disetujui: 7 Juli 2018

## ABSTRAK
Harmonik  arus  maupun  harmonik  tegangan  adalah  salah  satu  permasalahan yang umum terjadi dalam suatu sistem  tenaga  yang  memiliki  komponen  penyusun  berupa  beban  non-linier.  Harmonik  arus  maupun  harmonik tegangan  dapat  mempengaruhi  kestabilan  dari  sistem  tenaga  itu  sendiri  dan  memberikan  dampak  yang  buruk untuk  komponen-komponen  kelistrikan  yang  lainnya,  oleh  karena  itu  diperlukan  suatu  langkah  yang  perlu dilakukan  untuk  meminimalisir  dampak  buruk  dari  kasus  tersebut  salah  satunya  adalah  dengan  menggunakan filter  pasif.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  desain  model High-Pass  Damped  Filter dengan  menggunakan acuan  dari  data-data  yang  didapatkan  dari  hasil  pengukuran  dan  simulasi,  sehingga  dapat  diketahui  seberapa besar  pengaruh high-pass  damped  filter dalam  mereduksi  harmonik  arus  dan  tegangan  yang  terdapat  dalam sistem dengan bantuan software ETAP untuk menganalisis perancangan filter untuk beban FL-4 pada PL-LB/2 .
Kata kunci: Harmonik, beban non-linier, High-Pass Damped Filter, model

## ABSTRACT
Harmonic current and voltage harmonic is one of the common problems occur in a power system which has a constituent component in the form of non-linear loads. Harmonic currents and harmonic voltage can affect the stability of the power system itself and have a negative effect on electrical components others, therefore we need a step that needs to be done to minimize the adverse impacts of the case one of them is to use a passive filter. In this research will be the design of models High-Pass damped filter by using a reference from the data obtained from the measurement results and simulations, so that it can be seen how much influence the high-pass damped filters  in  reducing  harmonic  current  and  voltage  contained  in  the  system  with  the  help  of  ETAP  software  to analyze the design of the filter to load the FL-4 PL-LB / 2
Keywords : Harmonic, non-linear loads, High-Pass Damped Filter, models

## PENDAHULUAN
Dalam  suatu  sistem  tenaga  listrik,  baik  itu beban listrik rumah tangga, gedung bertingkat, maupun  industri  pastilah  terdapat  beban  linier dan  beban  non-linier.  Beban  linier  memiliki bentuk    gelombang    sinusoidal    yang sempurna    sedangkan  beban  non-linier  pada umumnya memiliki kumparan didalamnya dan mengandung  bahan  semi-konduktor  sehingga membuat  bentuk  gelombang  beban  non-linier menjadi non-sinusoidal karena telah mengalami  distorsi  harmonic  (Srivastava,  ----, Apurva, 2015)
Harmonik  merupakan  gejala  pembentukan gelombang  dengan  frekuensi  yang  bukan frekuensi  dasarnya,  jadi  frekuensi  yang terbentuk  adalah  perkalian  bilangan  bulat dengan frekuensi dasarnya sedangkan bilangan bulat  pengali  frekuensi  dasarnya  adalah  angka urutan  dari  harmonik  tersebut  (De  la  rosa, 2006, Pertiwi,----, Masri, 2004).
Salah satu penyumbang distorsi harmonik pada sistem  kelistrikan  proyek  pada  sebuah  mall adalah  pada  PL-LB/1  dan  PL-LB/2,  dimana mayoritas  beban  pada  panel-panel  tersebut adalah  beban  non-linier  berupa  lampu-lampu Flourescent dan lampu hemat energy (Almanda,  dkk,  2018).  Lampu-lampu  tersebut pada  umumnya  memiliki  rangkaian  penyearah dan  ballast  didalamnya,  sedangkan  peralatan elektronik  banyak  menggunakan  bahan  semi- konduktor  seperti  Dioda,  Silicon  Controlled Rectifier  (SCR),  Transistor,  dan  peralatan semi-konduktor  lainnya  dimana  bahan  semi- konduktor inilah yang menyebabkan terjadinya distorsi  arus  dan  tegangan,  karena  antara tegangan  yang  masuk  pada  sistem  tidak sebanding  dengan  tegangan  keluarannya  atau dengan kata lain mengalami distorsi (Dermawan, dkk, 2017).
Menurut (IEEE Std 519-1992), lampu flourescent  merupakan  salah  satu  sumber harmonik
terbesar karena banyak penggunaannya  dalam  kehidupan  saat  ini  dan dapat  terakumulasi.  Orde  arus  harmonik dominan muncul pada beban lampu flourescent ini  adalah  pada  orde  ke-tiga,  ke-lima  dan  ke- tujuh jika lampu fluorescent tersebut menggunakan  ballast  magnetik.  Sedangkan pada  lampu  flourescent  yang  menggunakan ballast  elektronik,  arus  harmonik  dominan
muncul  pada  orde  ke-lima  (Baggini,  2008, Das, 2015).
Permasalahan  harmonik  pada  PL-LB/2  di sebuah mall mempengaruhi kestabilan tegangan    sehingga    mengakibatkan    flicker (berkedip-kedip) pada penerangan lantai basement yang terjadi pada waktu dan periode tertentu.  Penelitian  ini  akan  dikembangkan desain  model  dan  perancangan  dari  model High-Pass  Damped  Filter,  yang  digunakan untuk mereduksi gangguan harmonik di sistem kelistrikan. Selanjutnya dianalisis perancangan filter untuk beban FL-4 pada PL-LB/2.

## METODE PENELITIAN
Metodologi  atau  pendekatan  yang  akan dilakukan  adalah:  Melakukan  studi  literatur dan  melakukan  analisis  berdasarkan  data-data awal  dari  penelitian  sebelumnya  mengenai model alat uji yang digunakan untuk mereduksi gangguan  harmonik  dari  sistem  kelistrikan serta  pengambilan  data  dan  pemodelan simulasi  perancangan  filter  untuk  beban  FL-4 pada PL-LB/2 dengan ETAP Software.
Gambar 1 . Alur penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Single line diagram yang dibuat pada software ETAP  Powerstation  12.6.0  haruslah  dengan memasukkan semua data teknis aktual masing-
Jurnal Teknologi 10 (2) pp 161 - 166 © 2018
masing komponen, gambar single line diagram dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2. Pemodelan  single  line  diagram yang  telah  dibuat  pada  ETAP  Powerstation 12.6.0
Pada  gambar  diatas  terlihat  bahwa  rangkaian single  line  diagram  yang  akan  disimulasikan terdiri  dari  beberapa  komponen,  diantaranya yaitu  power  grid,  bus,  transformator,  breaker dan  beban.  Beban  masing-masing  line  pada PL-LB/2  diasumsikan  sebagai  beban  3  fasa dengan  menggunakan  daya  3  fasa  dan tegangan  fasa  ke  fasa,  hal  ini  perlu  dilakukan untuk  memudahkan  simulasi  pada  ETAP Powerstation 12.6.0.
Perancangan  High-pass  Damped  filter  pada ETAP  Powerstation  12.6.0  membutuhkan beberapa parameter-parameter diantaranya adalah :
1.  Nilai  daya  reaktif  yang  digunakan  untuk perbaikan faktor daya
2.    Nilai  reaktansi  kapasitif  untuk  kompensasi daya reaktif
3.  Reaktansi induktif atau reaktor filter
4.    Nilai faktor  quality  (Q factor),  nilai  tipikal untuk high-pass filter adalah 0,5 sampai 5 (Jos Arillaga, 2003).
Secara umum, keempat parameter diatas dapat ditentukan  menjadi  3  langkah  kerja  dalam perancangan high-pass damped filter, yaitu :
1.
Mengidentifikasi orde harmonik
berdasarkan hasil pengukuran aktual
2. Menentukan nilai Qvar
3.      Menentukan  nilai  reaktansi  dari  kapasitor dan induktor
Perancangan  filter  ini  akan  didesain  untuk mereduksi    harmonik  tegangan  dan  arus  pada orde  tersebut,  sehingga  penyetelan  akan diturunkan sedikit dibawah orde yang dimaksud  yaitu  2,9  agar  ada  toleransi  dari komponen  filter  untuk  mencegah  adanya resonansi  yeng  terjadi  dalam  sistem  pada frekuensi yang mengganggu.
Untuk  menentukan  spesifikasi  filter  yang dibutuhkan  untuk  beban  FL-4  pada  PL-LB/2, maka      memerlukan      acuan      berupa      data beban   FL-4   seperti   yang ditunjukkan pada Tabel 1 dibawah ini :
Tabel 1. Data beban pada FL-4
Berdasarkan  data  dari  tabel  diatas,  telah diketahui  bahwa  nilai  faktor  daya  beban  FL-4 adalah  0,805.  Pendekatan  pada  kondisi  nilai faktor  daya  maksimum  dibutuhkan  untuk mengantisipasi  besarnya  daya  reaktif  yang dibutuhkan  dalam  sistem,  jika  kita  ingin memperbaiki  nilai  faktor  daya  hingga  sebesar 0,98,  maka  besarnya  daya  reaktif  yang dibutuhkan  adalah  sebesar  dapat  dihitung dengan persamaan (1).
(1)
Diperoleh nilai sebesar: Qvar = 2,67 kvar
Setelah  mendapatkan  nilai  daya  reaktif  yang dibutuhkan, maka nilai reaktansi dari kapasitor dapat dicari dengan persamaan (2).
(2)
Diperoleh Xc = 18,127 Ω
Dengan  rating  tegangan  berkisar  0,22  kV  dan besar  daya  reaktif  sebesar  2,67  kvar,    maka nilai    reaktansi    kapasitor    adalah    sebesar 18,127    Ω.    Besar    nilai  kapasitansi  dapat dihitung menggunakan persamaan (3).
(3)
Diperoleh C = 175,6 μF
Dengan  frekuensi  fundamental  sebesar  50Hz, maka diperoleh nilai kapasitansi sebesar  175,6 µF.  Langkah  selanjutnya  adalah  menentukan nilai    reaktor    filter  dengan  menggunakan persamaan (4).
(4)
Diperoleh X L = 2,155Ω
Pada  penjelasan  sebelumnya  telah  diketahui bahwa  orde  harmonik  yang  akan    di-filter adalah  pada  orde  3  dan  penyetelan  (n) diturunkan sedikit dibawahnya menjadi sekitar 2,9  hal  ini  dilakukan  agar  ada  toleransi  dari komponen  filter  untuk  mencegah  adanya resonansi  yeng  terjadi  dalam  sistem  pada frekuensi  yang  mengganggu.    Berdasarkan persamaan    diatas    maka    diperoleh    nilai reaktansi    induktor  sebesar  2,155  Ω. Menentukan  nilai  induktansi  menggunakan persamaan (5) berikut:
(5)
Diperoleh L = 6,86 mH
Dari persamaan tersebut didapat nilai induktansi induktor sebesar 6,86 mH. Menentukan    karakteristik    reaktansi    untuk mencari    besar    nilai    resistansi    yang dibutuhkan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan (6).

## Diperoleh Xn = 0,197 Ω
Didapatkan  nilai  0,197  Ω  dari  persamaan tersebut. Langkah selanjutnya adalah menentukan besarnya resistansi filter dari nilai karakteristik  reaktansi  yang  didapat  dengan menggunakan persamaan (7).
(7)

## Diperoleh R = 0,985 Ω
Dari persamaan tersebut didapat nilai resistansi filter  sebesar  0,985  Ω.  Seperti  yang  telah dijelaskan diatas, nilai faktor quality (Q factor) tipikal  untuk  high-pass  filter  adalah  berkisar dari  0,5  hingga  5  (Jos  Arillaga,  2003).  Dalam percobaan  ini  digunakan  nilai  faktor  quality tertinggi yaitu 5.
Dari  hasil  beberapa  tahap  perhitungan  diatas, maka  didapatkan  beberapa  nilai  yang  akan dimasukkan  sebagai  spesifikasi  desain  high- pass  damped  filter  pada  ETAP  Powerstation 12.6.0 seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 . Spesifikasi filter untuk beban FL-4
Dari  hasil  perhitungan  matematis  untuk spesifikasi filter seperti yang telah ditunjukkan pada  Tabel  2  diatas,  hal  selanjutnya  adalah memasukkan  nilai  spesifikasi  filter  pada Harmonic filter editor seperti Gambar 3.
Jurnal Teknologi 10 (2) pp 161 - 166 © 2018
Gambar 3 . Harmonic filter editor FL-4
Setelah   input   parameter   spesifikasi   filter telah      dilakukan      maka      tahap  selanjutnya adalah    dengan    menentukan    Harmonic analysis    sesuai  dengan  prosedur  yang  telah ditentukan. Langkah selanjutnya adalah dengan  menjalankan  simulasi  sistem  untuk mengetahui  nilai  THDv  dan  THDi.  Dibawah ini  merupakan  tampilan  harmonik  arus  dan tegangan  pada  beban  FL-4  pada  saat  sebelum dan  setelah  pemasangan  filter,  seperti  pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Gambar 4 . a. Tampilan THDv pada beban FL- 1  sebelum  pemasangan  filter;  b.  Tampilan THDv  pada  beban  FL-4  setelah  pemasangan filter
Gambar 5 . a. Tampilan THDi pada beban FL- 1  sebelum  pemasangan  filter;  b.  Tampilan THDi  pada  beban  FL-4  setelah  pemasangan filter
Bentuk  gelombang  sebelum  dan  setelah pemasangan filter dengan melakukan pengaturan  melalui  skenario  tertentu  melalui configuration manager, maka bentuk gelombang pada beban FL-4 dapat dilihat pada Gambar 6 dan 7 dibawah ini.
Gambar 6 . a. Bentuk gelombang THDv FL-4 sebelum pemasangan filter; b. Bentuk gelombang  THDv  FL-4  setelah  pemasangan filter
Gambar  7 .  a.  Bentuk  gelombang  THDi  FL-1 sebelum pemasangan filter; b. Bentuk gelombang  THDi  FL-4  setelah  pemasangan filter
Tabel 3 dibawah ini menunjukkan perbandingan  perbaikan  nilai  THD  arus  dan tegangan di beban FL-4 pada saat sebelum dan setelah pemasangam filter.
Tabel 3 . Nilai THDi dan THDv FL-4 sebelum dan setelah pemasangan filter

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian, maka kesimpulannya  adalah  sebagai  berikut:  Nilai THDi  dan  THDv  FL-4  sebelum  dan  setelah pemasangan filter dengan menggunakan ETAP Powerstation  adalah  16,27;  5,10  (%)  dan setelahnya diperoleh 11,41;3.46 (%).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  menghaturkan  ucapan  terima  kasih kepada  Kementerian  Riset,  Teknologi  dan Pendidikan  Tinggi  Republik  Indonesia  dan Kopertis Wilayah III serta Lembaga Penelitian dan Pengabdian
Masyarakat (LPPM)
Universitas  Muhammadiyah  Jakarta,  yang telah  mendanai  penelitian  ini  melalui  Hibah Penelitian Strategis Nasional (PSN) – Institusi
pada tahun 2018 dengan Nomor: 81.SPK/LPPM-UMJ/V/2018.

## DAFTAR PUSTAKA
Almanda,  D.,  Dermawan,  E.,  Ramadhan,  D. E., Diniardi, E., Syawaluddin, Ramadhan, A. I., 2018, Analisis Perancangan  Filter  Untuk  Beban  FL-1 Pada  PL-LB/1  Dengan  Menggunakan ETAP  Powerstation ,  Jurnal  Teknologi, Vol.  10  No  1,  pp.  19-24,  DOI  : 10.24853/jurtek.10.1.19-24 Arrillaga, J, Watson, N R, 2003, Power System Harmonics , Wiley Press Baggini,  Angelo,  2008, Handbook  of  Power Quality , John Wiley & Sons Ltd Das, J C, 2015, Power System Harmonics and Passive Filter Designs , IEEE Press Dermawan,  E.,  Almanda,  D.,  Ramadhan,  D. E., Diniardi, E.,
Syawaluddin, Ramadhan,  A.  I.,  2017, Preliminary Study  Design  Model  For  Harmonic Filter  Of  Power  System  Stability  Using Etap  Power  Station, ARPN  Journal  of Engineering  and  Applied  Sciences,  Vol. 12 No 16, pp. 4684-4688 De  La  Rosa,  Francisco,  2006, Harmonics  and Power Systems , CRC Press
Dugan,  Roger  C.,  McGranaghan,  Mark  F.,
Santoso,  Surya,  Beaty,  H  Wayne,  2004,
Electrical Power System Quality , Second Edition, McGraw-Hill IEEE Std 519-1992, Recommendation Practice and Requirement for Harmonics Control in  Electrical  Power  System ,  Revision  of
IEEE Std 519-1981
Masri,  Syafrudin,  2004, Analisis  Kualitas Daya  Sistem  Distribusi  Perumahan Modern , Vol-3
Pertiwi,      Velayati      Puspa,      Perancangan second      order      damped      filter    untuk mereduksi  masalah  harmonik  pada beban  non-linear  menggunakan  ETAP Powerstation  7.0.0,  Skripsi,  Program Sarjana FTUI, Depok, pp. 39-42
Srivastava  KK,  Saquib  S,  Anand  VP, 2013, Harmonics  and  its  mitigation technique  by  Passive  Shunt  Filter , IJSCE, Vol-3, Issue-2 Tomar  Apurva,  2015, Reduction  in  Total Harmonic  Distortion  by  Multilevel Inverters  and  Passive  Filter ,  IJERR, Vol-3, Issue-1