## Aplikasi Filter
Pasif Pada Beban Inverter Tiga Fase Berbeban
Wahri Sunanda
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung wahrisunanda@ubb.ac.id
Abstract
Harmonic  is  one  of  sinusoidal  components,  one  wave  period  from  which  having  multiple  frequency  of  its  fundamental frequency  one,  leading  to  electrical  power  quality  problems.  Harmonic  distortion  in  term  of  voltage  and  current  ones, generally is due to non linier impedance. Inverter is one of example of it.
The  result  of  the  tests  were  showed  that  voltage  harmonic  distortion  at  inverter  did  not  exceed  the  IEEE  519-1992 maximum limitation of 5%. While current harmonic distortion for each phase exceed 102,3%,  89,94% and 72,67%. After using passive filter,  the total harmonic distortion (THD) current became 5,458 %, 6,118% and 5,968% for each phase.
Keywords: Voltage, Current, Harmonic Distortion, Passive Filter.

## Intisari
Harmonik adalah salah satu dari sekian banyak permasalahan yang menyangkut kualitas daya listrik. Harmonik dalam sistem tenaga  listrik,  sebenarnya  ditujukan  untuk  kandungan  distorsi  pada  gelombang  tegangan  dan  arus  fundamental  yang  mana beban non linear dianggap sebagai sumber harmonik Inverter salah satu diantaranya.
Penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  nilai  harmonik  tegangan  tidak  melebihi  batas  IEEE  519-1992  yakni  5%,  sedangkan sedangkan  arus  harmonik tertinggi terdapat pada orde ke-5,yaitu fasa R dengan nilai 102,3%, diikuti fasa S sebesar 89,94%, dan fasa T sebesar 72,67%.. Setelah menggunakan filter pasif, nilai arus harmonik tertinggi pada fasa R sebesar 5,458%, fasa S sebesar 6,118%, dan fasa T sebesar 5,968%.
Kata Kunci : Tegangan, Arus, Distorsi Harmonik, Filter Pasif.

## 1. Pendahuluan
Harmonik menyebabkan
terjadinya penyimpangan  gelombang  tegangan  dan arus  yang  mempunyai  pengaruh  kurang baik  terhadap  peralatan  listrik.  Harmonik adalah salah satu dari beberapa permasalahan yang mempengaruhi kualitas daya listrik. Terjadinya
penyimpangan  gelombang  tegangan  dan arus  akan  mempengaruhi  unjuk  kerja sistem,  dimana  peralatan  listrik  akan mengalami gangguan diluar kondisi normal.  Harmonik  dalam  sistem  tenaga listrik, sebenarnya ditujukan untuk kandungan distorsi pada gelombang tegangan dan arus fundamental yang mana beban non linear dianggap sebagai sumber harmonik [1].
Perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan teknologi  bidang  elektronika  daya  ( power electronic ),  mempunyai  peranan  yang besar dalam perkembangan industri modern  terutama  pada  sistem  kendali. Inverter, merupakan  salah  satu  perangkat elektronika  daya  yang  diaplikasikan  pada
industri  untuk  mengubah  tegangan  arus searah  menjadi  tegangan  bolak  balik. Umumnya  digunakan  untuk  mengatur kecepatan motor listrik atau untuk keperluan  tertentu  lainnya..  Dampak  dari harmonik akan semakin berbahaya, apabila mengganggu  peralatan  yang  digunakan untuk  kepentingan  umum  seperti  saluran telepon,  oleh  karena  itu  permasalahan harmonik  perlu  mendapatkan  perhatian yang serius.
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Studi Harmonik
Harmonik  adalah  salah  satu  dari  sekian banyak  permasalahan  yang  menyangkut kualitas daya listrik. Keberadaan harmonik ini  sangat  mengganggu  bahkan  merugikan sistem apabila melebihi batas standar yang ditetapkan,  dalam  hal  ini  standar  yang digunakan  adalah  standar IEEE 519-1992. Pada  gambar  1.akan  diperlihatkan  sebuah gelombang yang terdistorsi dan direpresentasikan dalam deret seri Fourier.
Gambar 1.   Gelombang Terdistorsi
Direpresentasikan  dalam
Deret Fourier[2]

## 2.2 Indeks Harmonik
Dalam analisis harmonik, beberapa indeks penting berikut digunakan untuk
melukiskan  pengaruh  harmonik  pada komponen sistem tenaga listrik dan sistem komunikasi.

## 2.2.1 Total Harmonic Disortion (THD)
𝑇𝐻𝐷 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 ∶   𝑇𝐻𝐷 𝑣 = 𝑉 ℎ 2 ∞ ℎ =2 𝑉 1 𝑥 100 % (1)
𝑇𝐻𝐷 𝑎𝑟𝑢𝑠 ∶   𝑇𝐻𝐷 𝑖 = 𝐼 ℎ 2 ∞ ℎ =2 𝐼 1 𝑥 100 % (2)
yang  didefinisikan  perbandingan  nilai rms komponen harmonik terhadap komponen dasar dalam persen (%).
Indeks  ini  digunakan  untuk  mengukur penyimpangan  ( deviation )  dari  bentuk gelombang satu periode yang mengandung harmonik  pada  satu  gelombang  sinus sempurna.  Untuk  satu  gelombang  sinus sempurna  pada  frekuensi  dasar,  THD adalah  nol.  Demikian  pula  pengukuran distorsi harmonik individual untuk tegangan  dan  arus  pada  orde  ke  h didefinisikan sebagai 𝑉 ℎ 𝑉 1 dan 𝐼 ℎ 𝐼 1 .
Pada tabel 1. dan tabel 2.  ditampilkan standar IEEE  Std 519-1992  untuk  batasan I THD dan V THD yang  digunakan  sebagai acuan dalam penelitian ini.
2.3 Filter Pasif Salah satu upaya untuk mereduksi harmonik  yang  muncul  diakibatkan  oleh beban non linier adalah dengan menggunakan filter .  Ada  dua  jenis filter yang dapat digunakan, yaitu filter aktif dan filter pasif. Namun jika dilihat dari tinjauan ekonomi, filter pasif  relatif  lebih  murah jika dibandingkan dengan filter aktif. Filter pasif  yang  digunakan  untuk mereduksi  kandungan  harmonik  pada sistem terdiri dari kombinasi komponen R, L, dan C .  Berdasarkan  karakteristiknya, filter pasif  dapat  dibedakan  atas  empat bagian  yaitu: low-pass,  high-pass,  band- pass,  dan  tuned  filter [4] .  Low-pass  filter digunakan  untuk  mereduksi  komponen harmonik  di  atas  frekuensi  yang  ditala, high-pass filter digunakan untuk mereduksi  komponen  harmonik  di  bawah frekuensi  yang  ditala,  dan band-pass  filter digunakan  untuk  mereduksi  komponen harmonik  di  atas  dan  di  bawah  frekuensi yang  ditala,  sehingga  yang  dilewatkan hanya  frekuensi  yang  ditala  saja. Band- pass merupakan  kombinasi  dari low-pass dan high-pass filter , sedangkan tuned filter digunakan  untuk  mereduksi  komponen harmonik  tertentu  saja.  Tetapi  dengan mengkombinasikan  beberapa tuned  filter , juga  dapat  digunakan  untuk  mengurangi beberapa komponen harmonik.
Secara  garis  besar filter pasif  dapat dipasang  pada  sistem  secara  seri  dan paralel.  Pada  umumnya  paling  banyak digunakan adalah model single tuned filter karena lebih ekonomis dan dipasang secara paralel  dengan  sistem,  dengan  demikian arus  harmonik  dialihkan  melalui filter tersebut. Menurut Timothy (2001), keuntungan  menggunakan filter yang dipasang secara paralel antara lain adalah: 1.  Menggunakan  impedans    yang  rendah untuk pengaturan frekuensi.
2.  Sebagai  pertimbangan  hanyalah  arus harmonik dan tidak memikul arus beban penuh  karena  hanya  memikul  tegangan fasa.
3. Meningkatkan faktor daya.
Kelemahannya, membutuhkan kombinasi beberapa filter untuk mengurangi beberapa
komponen harmonik.  Sedangkan  konfigurasi filter yang  dipasang  secara  seri  pada  sistem paling  sering  digunakan  untuk  satu  fasa dengan  tujuan  mengurangi  harmonik  ke  3, untuk  komponen  harmonik  yang  lain  juga bisa digunakan tergantung dengan pengaturannya  [5].  Menurut  Timothy (2001)  juga,  keuntungan  menggunakan filter seri diantaranya adalah:
1.  Menggunakan  impedansi  yang  tinggi untuk  memblok  arus  harmonik  masuk ke sistem.
2.  Tidak  mendatangkan  harmonik  dari sumber yang lain.
3.  Meningkatkan faktor daya.
Sedangkan  beberapa  kerugiannya,  harus memikul  arus  beban  penuh  pada  tegangan antar  saluran  dan untuk komponen harmonik  yang  lain  selain  frekuensi  yang diatur hanya bermanfaat sedikit sekali.
3 Metodologi
3.1 Bahan Penelitian
Bahan  -  bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah:
a. Trafo tiga fasa
Memiliki kemampuan 3 kVA, tegangan keluaran maksimum  240 volt antar fasa dengan frekuensi 50 Hz.
b. Satu unit inverter tiga fasa
Inverter yang digunakan dalam penelitian  ini  memiliki  kemampuan 0,75  kW. Inverter ini  sudah  dilengkapi dengan  rangkaian  penyearah  tiga  fasa. Tegangan  maksimum  yang  dipakai
sebagai sumber inverter adalah 220 volt antar  fasa  dengan  kemampuan  arus maksimum 8 ampere, sedangkan tegangan  keluaran inverter adalah  220 volt dengan kemampuan arus 4 ampere.
c.  Motor  induksi  tiga  fasa  0,37  kW  50  Hz yang digunakan sebagai beban inverter.
d.  Komponen  resistor  dan  kapasitor  untuk pembuatan filter.

## 3.2 Alat Penelitian
a. Universal  Power  Analyzer PM  3000  A (UPA  PM  3000A),  alat  ukur  yang digunakan untuk mengetahui kandungan harmonik pada sistem. b.  RS  232  sebagai  penghubung  UPA  PM 3000A dengan komputer untuk pengoperasian jarak jauh atau remote .
3.3 Alur Penelitian
Tabel 1. Current distortion limits for general distribution systems  (120 V Through 69. 000V)
Note: Even harmonics are limited to 25% of the harmonic limits above
Current  distortion  that  result  in  a  dc offset are not allowed
I SC = maximum  short  circuit  currentat PCC ( point of common coupling)
I L = maximum  demand  load  current (fundamental frequency) at PCC
Tabel 2. Voltage distortion limits

## Note :
High  voltage  systems  can  have  up  to  2% THD  where  the  cause  is  an  HVDC terminal that will attenuate by the time it is tapped for a user
Tabel  3. Hasil pengukuran tegangan
harmonik kondisi berbeban
tegangan keluaran 220 volt
Gambar 3 . Spektrum  tegangan  harmonik kondisi berbeban tegangan keluaran 220 volt.
Dari  tabel  3  dan  gambar  3  di  atas,terlihat bahwa  komponen  harmonik  didominasi oleh  harmonik  orde  ganjil  dengan  nilai komponen  tertinggi  pada  orde  ke-5  fasa  S dengan  nilai  2,772%.Sedangkan  untuk nilai  total  distorsi  harmonik  (THD) tegangan masing-masing untuk fasa R,S,dan Tadalah 2,615%,2,839%,dan 2,535%.Menggunakan  persamaan  (2.1), nilai  THD  tegangan  pada  kondisi inverter berbeban  dengan  keluaran  220  volt  pada fasa  R  adalah  2,620%,  pada  fasa  S  adalah 2,840%, dan pada fasa T adalah 2,533%.
Tabel  4.  Hasil pengukuran arus harmonik kondisi berbeban tegangan
keluaran 220 volt
Gambar 4 .   Spektrum arus harmonik kondisi berbeban tegangan keluaran 220 volt.
Dari  tabel 4  dan  gambar 4   di  atas, dapat    dilihat    arus    harmonik  tertinggi terdapat  pada  orde  ke-5,yaitu  fasa  R dengan  nilai  102,3%,  diikuti  fasa  S sebesar  89,94%,  dan  fasa  T  sebesar 72,67%.  Total  distorsi  harmonik  (THD) arus  pada  saat inverter berbeban  dengan keluaran  220  volt  pada  fasa  R  sebesar 260,3%, pada fasa S sebesar 196,8%, dan pada fasa T
sebesar
209,0%. Menggunakan persamaan (2.2), THD arus pada  saat inverter berbeban  pada  fasa  R sebesar  261,319  %,    fasa  S  sebesar 197,375%, dan fasa T sebesar 208,964 %.
Pada  saat inverter berbeban,  nilai komponen arus harmonik secara keseluruhan  melebihi  nilai  yang  diijinkan dalam  standarIEEE-  159-1992.    Oleh karena  itu,  perlu  dilakukan upaya untuk mengurangi  atau  meredam  komponen harmonik hingga berada dibawah standar.Sehingga  jika  nilai  harmonik melebihi  standar  yang  ditetapkan  maka dipasang filter . Filter yang dipasang adalah  jenis low-pass dengan  komponen resistor  dan  kapasitor. Filter ini  diyakini bisa  meredam  harmonik  hingga  lebih kecil dari nilai standar.
4.2 Perancangan Filter
Filter yang  digunakan  terdiri  atas komponen kapasitor dengan nilai kapasitansi  120  μF  dan  resistor  dengan nilai  resistansi  8,85  ohm  (di  pasaran tersedia  resistor  dengan  nilai  resistansi  9
ohm) dengan nilai frekuensi cut-off 147,44 Hz.
Gambar 5.Rangkaian filter Pemasangan filter bertujuan untuk meredam  atau  mengurangi  komponen harmonik  pada  orde  ke-3  ke  atas.  Gambar 6  di  bawah  menunjukkan  blok  diagram pemasangan filter .

## Gambar 6. Blok diagram
4.3  Watak  Harmonik  pada  Kondisi Berbeban Setelah Di filter
Berdasarkan  hasil  pengukuran,  telah terjadi penurunan arus harmonik tertinggi. Sebelum    dipasang filter, arus  tertinggi terjadi  pada  fasa  R  pada  harmonik    ke-5 sebesar    102.3%    dari    fundamental. Setelah    dipasang filter ,  harmonik tertinggi pada fasa R menjadi 5.458% dari fundamental,  tetapi  orde  tertinggi  terjadi pada  fasa  S  sebesar  6,118%  dari fundamental  dan  pada  fasa  T  sebesar 5,968% dari fundamental.Harmonik tegangan  sebelum  dan  setelah  dipasang filter tetap  didominasi  oleh  orde ganjil dengan  komponen  tertinggi  tetap  pada harmonik ke-5.
Akibat  dari  pemakaian  komponen resistor dan kapasitor pada filter , mengakibatkan  terjadinya drop tegangan keluaran pada inverter sebesar10 volt atau 4,7  % .Hal  ini  dikarenakan  penambahan
nilai  resistan  pada  sistem  oleh  komponen filter yang mengakibatkan meningkatnya drop tegangan.    Hasil pengukuran  harmonik    baik    tegangan maupun  arus  dapat  dilihat  pada  tabel  di bawah ini.
Tabel  5.  Hasil pengukuran tegangan
harmonik  setelah  dipasang filter
pada  tegangan  220  volt  pada kondisi  berbeban
Gambar 7 .   Spektrum  tegangan  harmonik setelah di filter
Hasil pengukuran untuk tegangan harmonik  sampai  orde  ke-10  dapat  dilihat pada  tabel  5  Setelah  pemasangan filter , orde  harmonik  tetap  didominasi  oleh  orde ganjil,  yakni  orde  ke-5  dengan  nilai tertinggi 2,419% seperti yang diperlihatkan pada gambar 7.
Tabel  6.  Hasil pengukuran arus harmonik setelah dipasang filter pada tegangan  220  volt  pada  kondisi
berbeban Gambar 8.    Spektrum arus harmonik setelah di filter Berdasarkan tabel 6  dan gambar 8 di atas dapat  dilihat  terjadinya  penurunan  arus harmonik tertinggi setelah difilter, namunmasih  didominasi  oleh  orde  ke-5. Berdasarkan hasil penelitian, setelah dipasang filter terjadi  penurunan  arus harmonik yang besar di atas frekuensi cut - off .  Hal  ini  sesuai  dengan  rancangan filter bahwa  frekuensi cut  off adalah  150  Hz.
THD  tegangan  dapat  digunakan  sebagai ukuran  dalam  menentukan  layak  atau tidaknya  sumber  tegangan  diaplikasikan sebagai  pencatu  daya  pada  peralatan listrik.  Nilai  THD  tegangan  dari  hasil pengukuran  pada  fasa  R  sebesar  2,307%, fasa S sebesar 2,519%, dan fasa T sebesar 2,392%.  Menggunakan  persamaan  (1) diperoleh nilai THD tegangan pada fasa R sebesar  2,313%,  pada  fasa  S  sebesar 2,529%, dan pada fasa R sebesar 2,401%.
Nilai  arus  harmonik  tertinggi  setelah pemasangan  filter  pada  fasa  R  sebesar 5,458%, fasa S sebesar 6,118%, dan fasa T sebesar  5,968%.  Komponen  harmonik tertinggi  tetap  masih  terjadi  pada  orde  ke- 5.  Nilai  THD  arus  masing-masing  fasa  R, S, T adalah 5,622%, 6, 445%, dan 6,295%. Menggunakan  persamaan  (2)  diperoleh nilai  THD  arus  pada  fasa  R  sebesar 5,679%, fasa S sebesar  6,71%, dan fasa T sebesar 6,307%.

## 5. Penutup
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut:
1. Nilai harmonik  tegangan dan arus pada berbagai nilai tegangan keluaran inverter pada kondisi berbeban didominasi oleh harmonik orde ganjil.
2. Nilai  tegangan  harmonik  tertinggi  pada kondisi  berbeban  sebesar  2,772%  yang berada  masih  di  bawah  standar  IEEE yakni  sebesar  5%,  sedangkan    arus harmonik  tertinggi  terdapat  pada  orde ke-5,yaitu fasa R
dengan nilai102,3%,diikuti  fasa  S  sebesar 89,94%, dan fasa T sebesar 72,67%.
3. Setelah  menggunakan  filter,  nilai  arus harmonik  tertinggi  pada  fasa  R  sebesar 5,458%,  fasa  S  sebesar  6,118%,  dan fasa T sebesar 5,968%.

## Daftar Pustaka
[1]Arrillaga, J., Smith, B.C., Watson, N.R. and  Wood,  A.R.  ,1997, Power System HarmonicAnalysis , John Wiley & Sons, Chichester.
[2]Dugan,  Roger  C.,  McGranaghan,  Mark F.,  Beaty,  H.  Wayne,  2004, Electrical  Power  System  Quality , McGraw-Hill.
[3]IEEE Std 519-1992, 1993, Recommended Practices and Requirements for Harmonis
Control in Electrical Power
Systems. New York.
[4]Mohan,  Ned.,  Undeland,  Tore  M., Robbins,  William  P.,  1989, Power Electronics:
Converters, Applications,  and  Designs, John Wiley and Sons, Kanada
[5]Skvarenina,  Timothy.L.,  2001, The Power  Electronics  Handbook ,  CRC Press, New York.
[6]Sunanda,  Wahri.,  Rahman,  Yuli  A., 2011, Watak  Harmonik  Beban Inverter  Tiga  Fase  Tak  Berbeban ,
Jurnal  Foristek  Vol.  1  No.  1,  Palu, Hal.16-21.
[7]Sunanda,  Wahri.,  2012, Aplikasi  Filter Pasif  pada  Watak  Harmonik  pada Beban  Inverter    Tiga  Fasa  Tak Berbeban , Jurnal Foristek Vol.1 No.3, Palu, Hal. 136-142.
[8]Sunanda,  Wahri.,  Gusa,  Rika  F.,  2012, Low Pass RC Filter Untuk Mengurangi  Harmonisa  pada  Lampu Hemat Energi , Jurnal Rekayasa Elektrika  Vol.10  No.1,  NAD,  Hal.  5- 9.