## APLIKASI FILTER PASIF SEBAGAI PEREDUKSI HARMONIK PADA INVERTER TIGA FASE
1) Wahri Sunanda, 2) Yuli Asmi Rahman 1) Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung
2) Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tadulako
(1) wahrisunanda@ubb.ac.id
(2) asmi_yuli81@yahoo.co.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.
There  are  some  items  that  will  be measured.  There  are  value  of  harmonic at    source  and  value  of  voltage  and current harmonic when inverter does not have  any  load.  IEEE  Standard  of  519- 1992  as  a  reference  in  determining maximum limitation voltage and current harmonics.
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  had  exceed the  maximum  limitation  of  the  IEEE 519-1992.  The  highest  results  were exceeding  57,52  %  when  inverter  does not have any load.
After  using  passive  filter  that  function for  reducing  the  value  of  harmonic,    the total harmonic distortion (THD) current w  only  6,837%    when  inverter  does  not have any load.
Keywords:  Voltage,  Current,  Harmonic Distortion, Passive Filter.

## 1. PENDAHULUAN
Pada  sistem  tenaga  listrik  AC  yang ideal,  energi  listrik  disalurkan  dalam
frekuensi  tunggal  yang  konstan  serta pada level tegangan yang juga konstan. Tetapi  dengan  perkembangan  beban listrik  yang  semakin  maju,  terutama penggunaan  beban-beban  tak  linier, akan  menimbulkan  perubahan  pada bentuk  gelombangnya . 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.  Salah  satu sumber  utama  harmonik  dalam  sistem tenaga  listrik  adalah  beban  tak  linear contohnya inverter [6]. Dampak harmonik mengakibatkan distorsi gelombang sinusoidal sehingga gelombang  tersebut  menjadi  cacat  dan tidak  murni    yang  membuat  peralatan yang  digunakan  menjadi  panas  dan sering mengalami kegagalan isolasi [8].
Untuk mengatasi masalah yang ditimbulkan  oleh  arus  harmonik  ada beberapa  cara  salah  satunya  dengan menggunakan tapis paralel (shunt filter)
[7].
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Studi Harmonik
Harmonisa  adalah  cacat  gelombang yang  disebabkan  oleh  interaksi  antara gelombang sinusoidal sistem dengan komponen gelombang lain yang mempunyai frekuensi kelipatan integer dari komponen  fundamentalnya. Harmonik adalah  salah  satu  dari  sekian  banyak permasalahan yang menyangkut kualitas  daya  listrik  [2].  .  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)
√∑ (1) √∑ (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 ⁄ dan ⁄ .
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 Reduksi Harmonik
Salah  satu  upaya  untuk  mereduksi harmonik  yang  muncul  diakibatkan oleh  beban  non  linier  yang  ada,  dan salah  satunya  lampu  hemat  energi, 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 [4].
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.  Mengunakan 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.
III. 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.
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
Gambar 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  current at 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 3.4  Jalannya Penelitian Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini antara lain :
a. Mengumpulkan  alat  dan  bahan penelitian.
b. Mengukuran  kandungan  harmonik sumber tegangan.
c. Mengukuran  kandungan  harmonik tegangan dan arus pada saat inverter tidak  berbeban  dengan  berbagai tegangan keluaran.
d. Menghitung THD arus dan tegangan.
e. Mendesain filter pasif untuk
mereduksi nilai THD arus. Pada penelitian ini frekuensi cut-off 150 Hz  .Untuk  mendapat  frekuensi cut-off yang  mendekati  nilai  yang  diinginkan sebesar  150  Hz  maka  nilai  resistor  dan kapasitor  harus  diubah-ubah  sehingga frekuensi  kerja  rangkaian  mendekati 150  Hz.    Berdasarkan    rumus  2,  maka nila R dan C dapat diperkirakan.

## (3)
f. Menghitung  THD  arus  setelah pemasangan filter pasif.

## IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1  Watak  Harmonik  pada  Kondisi
Tidak Berbeban setelah di filter Filter yang  digunakan  terdiri  atas komponen kapasitor dengan nilai kapasitansi 120 μF dan resistor  dengan nilai  resistansi  8,85  ohm  dengan  nilai frekuensi cut-off 150 Hz. Nilai R dan C tersebut merupakan nilai paling optimal untuk  mendapatkan  frekuensi  yang paling mendekati nilai frekuensi cut-off dan nilainya tersedia di pasaran.
Gambar 4.Rangkaian filter
Pemasangan filter bertujuan  untuk meredan  atau  mengurangi  komponen harmonik pada orde ke-3 ke atas. Hasil pengukuran  setelah  dipasang filter menunjukan  terjadinya  penurunan  arus dan tegangan harmonik. Hasil pengukuran tegangan dan arus
harmonik  didominasi  oleh  orde  ganjil. Hasil  pengukuran  tegangan  dan  arus harmonik  setelah  dipasang filter dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Gambar 5. Blok Diagram
Dari  tabel  3  dapat  dilihat  terjadinya penurunan harmonik tegangan terutama pada orde ke-5 fasa R sebesar 0,377 %, sebelumnya  2,624  %  turun  menjadi 2,251%. Pada fasa S terjadi penurunan 0,454 %, yang  sebelumnya  2,933  %  turun menjadi  2,479  %.  Pada  fasa  T  juga terjadi penurunan 0,423 % yang semula 2,805% menjadi 2,382%. Pemakaian filter dengan  komponen resistor  dan  kapasitor  menyebabkan terjadinya  penurunan  tegangan  sebesar 2,33%.  Hal  ini  terjadi  karena  adanya penambahan  resistansi  pada  jaringan yang  menyebabkan  penambahan  jatuh tegangan pada sistem. Sehingga tegangan keluaran inverter menjadi 215 volt,  turun  5  volt  dari  tegangan masukan penyearah.
Tabel  3. Hasil pengukuran tegangan harmonik setelah dipasang filter pada  tegangan  215  volt  pada kondisi tidak berbeban Dari  gambar  spektrum  terlihat bahwa harmonik orde
ganjil mendominasi  dan  harmonik  tertinggi masih  terdapat  pada  fasa  S  pada  orde ke-5.
Gambar 6 . Spektrum tegangan harmonik setelah di filter
Nilai  total  distorsi  harmonik
(THD) tegangan pada fasa R, S, dan T masing-masing adalah 2,315%, 2,591%,  dan  2,446%.    Menggunakan persamaan (1) didapatkan nilai tegangan  THD  pada  kondisi  tidak berbeban  setelah  di filter yakni  pada fasa  R  sebesar  2,32%,  pada  fasa  S sebesar  2,591%,  dan  pada  fasa  T sebesar 2,457%.
Tabel  4. Hasil pengukuran arus harmonik setelah dipasang filter pada  tegangan  215  volt  pada kondisi tidak berbeban
Gambar 7 . Spektrum arus harmonik
setelah di filter
Dari  gambar  spektrum  di  atas terlihat  bahwa  harmonik  orde  ganjil mendominasi  dan  harmonik  tertinggi masih  terdapat  pada  fasa  S  pada  orde ke-5.  Nilai  total  distorsi  harmonik (THD)  arus  pada  fasa  R,  S,  dan  T masing-masing adalah 6,773%, 6,971%,  dan  6,697%.    Menggunakan persamaan  (2)  didapatkan  nilai  arus THD  pada  kondisi  tidak  berbeban setelah  di filter yakni  pada  fasa  R sebesar  6,802%,  pada  fasa  S  sebesar 0,12%,  dan  pada  fasa  T  sebesar 6,713%.
Gambar 8. Gelombang  arus  harmonik fasa R
Gambar 9. Gelombang  arus  harmonik fasa S
Gambar 10. Gelombang  arus  harmonik fasa T

## V. 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  tidak berbeban  didominasi  oleh  harmonik orde ganjil.
2. Nilai  THD  tegangan  tidak  melebihi batas  5%,  namun  nilai  THD  arus mencapai 57,52%.
3. Setelah  penggunaan  filter  pasif, terjadi  reduksi  nilai  THD  arus sebesar  50,683%,  sehingga  nilai THD arus hanya 6,837%.

## 5.2 Saran
1.  Berdasarkan  hasil  penelitian  ini diperlukan  penelitian    mengenai watak  harmonik  pada  inverter  yang dibebani agar didapat hasil penelitian yang komperehensif mengenai  watak  harmonik  pada inverter.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]Arrillaga,  J.,  Smith,  B.C.,  Watson,
N.R.  and  Wood,  A.R.  ,1997, Power System Harmonic
Analysis ,  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]Suryono,  dkk,  __,Tugas  Akhir, Institut Teknologi Padang [8] Erhaneli, Junaldi, Prosiding Seminar Nasional Teknoin 2008