SIMULASI PENERAPAN TRANSFORMATOR ZIG ZAG UNTUK PERBAIKAN KUALITAS
DAYA AKIBAT PEMASANGAN VARIABLE SPEED DRIVE (VSD) PADA PDAM TIRTA
DHAHA KOTA KEDIRI
SKRIPSI
OLEH :
FARID ASHARI AL FATHIR
180536633070
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO
JUNI 2021
SIMULASI PENERAPAN TRANSFORMATOR ZIG ZAG UNTUK PERBAIKAN KUALITAS
DAYA AKIBAT PEMASANGAN VARIABLE SPEED DRIVE (VSD) PADA PDAM TIRTA
DHAHA KOTA KEDIRI
SKRIPSI
diajukan kepada
Universitas Negeri Malang
untuk memenuhi salah satu persyaratan
dalam menyelesaikan program Sarjana
Teknik Elektro
OLEH:
FARID ASHARI AL FATHIR
180536633070
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM
STUDI TEKNIK ELEKTRO
JUNI 2021
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING SKRIPSI
Skripsi oleh Farid Ashari Al Fathir ini
telah diperiksa dan disetujui untuk diuji,
Malang, ………….. 2021Pembimbing I
Sujito, S. T., M.T., Ph. D.
NIP. 198002082005011001
Pembimbing II
Langlang Gumilar, S.ST., M.T.NIDN.
0016089101
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi oleh Farid Ashari Al Fathir ini,
telah dipertahankan di depan dewan penguji
pada tanggal …………. 2021
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama
: Farid Ashari Al Fathir
NIM
: 180536633070
Jurusan/Program Studi: Teknik Elektro / S1 Teknik Elektro
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini benar-benar
tulisan saya, dan bukan merupakan plagiasi/falsifikasi/fabrikasi baik sebagian atau
seluruhnya.
Apabila di kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa skripsi ini
hasil plagiasi/falsifikasi/fabrikasi, baik sebagian atau seluruhnya, maka saya
bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut sesuai dengan ketentuan yang
berlaku.
Malang, ………… 2021Yang
membuat pernyataan
Farid Ashari Al Fathir NIM.
180536633070
RINGKASAN
SUMMARY
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji syukur atas kehadirat Allah SWT penulis sampaikan,
karena berkat limpahan rahmat, karunia serta hidayah-Nya penulis dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul “Simulasi Penerapan Transformator Zig Zag
untuk Perbaikan Kualitas Daya Akibat Pemasangan Variable Speed Drive (VSD)
pada PDAM Tirta Dhaha Kota Kediri” dapat diselesaikan dengan baik dan sesuai
dengan yangdirencanakan.
Penulisan skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan program
Studi S1 Teknik Elektro di Universitas Negeri Malang. Pada kesempatan ini penulis
ingin menyampaikan rasa hormat dan terimakasih kepada semua pihak yang telah
membantu dalam menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, terima kasih yang
tidak terhingga dan tulus penulis sampaikan kepada:
1.
Prof. Dr. Marji, M. Kes., selaku Dekan Fakultas Teknik yang telah memberi
kesempatan untuk menempuh pendidikan di Fakultas Teknik.
2.
Aji Prasetya Wibawa, S. T., M. M. T., Ph. D., selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro yang memberikan layanan akademik sehingga banyak membantu
kelancaran dalam proses akademik dan penulisan skripsi ini.
3.
Aripriharta, S.T., M.T., Ph.D. selaku Ketua Program Studi S1 Teknik Elektro
yang telah memberikan layanan akademik sehingga pengerjaan skripsi ini
dapat berjalan dengan lancar.
4.
Sujito, S. T., M.T., Ph. D. selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak
memberikan waktu beliau yang berharga
untuk
membimbing
serta
memberikan motivasi, saran dan kritik yang membangun, sehingga skripsi ini
dapat selesai dengan baik.
5.
Langlang Gumilar, S.ST., M.T. selaku Dosen Pembimbing
II
yang
memberikan pengarahan serta bimbingan dalam penyempurnaan pada skripsi
ini.
6.
Bapak dan Ibu dosen Teknik Elektro yang tidak bisa disebutkan
satu persatu saya ucapkan banyak terimakasih atas ilmu bermanfaat
yang sudah disampaikan,
7.
Orang tua hebat yang selalu menuntun dalam doa, motivasi, dan
dukungan
yang
tidak
pernah
berhenti
sampai
selesainya
penyusunan skripsi ini.
8.
Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Terimakasih atasbantuan, saran, dan kritik selama ini.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis
khususnya dan pembaca pada umumnya. Untuk itu, penulis selalu
mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca, penulis
berharap dengan adanya tulisan ini dapat memberikan kontribusi yang
bermanfaat untuk semua pihak.
Malang, ……….
2021Penulis
Farid Ashari Al Fathir
DAFTAR ISI
Contents
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................ 13
1.1.
Latar Belakang ................................................................................................ 13
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Motor induksi tiga fasa memiliki andil penting dalam dunia industri yang mana
sangat membutuhkan penggerak mesin-mesin produksi. Tidak terkecuali pada Perusahaan
Daerah Air Minum (PDAM) Tirta Dhaha yang menggunakan motor induksi tiga fasa
sebagai penggerak pompa-pompa air. Penggunaan motor induksi tiga fasa ini memiliki
beberapa keuntungan antara lain, kehandalan tinggi, harga murah dan bentuknya
sederhana. Namun terdapat juga kelemahan yang dialami antara lain, gerak starting motor
yang terlalu kasar, tidak bisa konstan mempertahankan kecepatan saat perubahan beban
dan faktor daya yang belum optimal. salah satu jalan keluar yang dilakukan oleh banyak
industri untuk meminimalisir kelemahan tersebut adalah dengan menggunakan Variable
Speed Drive (VSD) sebagai pengatur kinerja motor-motor induksi tiga fasa.
Pada dasarnya VSD memiliki peran utama sebagai alat pengontrolan kecepatan, torsi,
arah putaran, akselerasi, deselerasi motor yang mengunakan dioda penyearah sebagai
komponen untuk merubah tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah dan diubah
kembali menjadi tegangan bolak-balik. Standard IEEE 519-2014 menunjukan bahwa VSD
termasuk kedalam golongan beban non-linier dan merupakan salah satu penyebab
meningkatnya kandungan distorsi harmonisa pada sistem kelistrikan. Beban non-linier
adalah jenis beban yang impedansinya bersifat tidak konstan pada setiap periode akan
tegangan masukan dan arus yang dihasilkan tidak berbanding lurus dengan tegangan yang
diperoleh. Sehingga gelombang tegangan dan arus dan yang dihasilkan oleh beban nonlinier akan tidak terbentuk gelombang sinusoidal sempurna (terdistorsi).
Distorsi harmonisa merupakan fenomena cacat gelombang sinusoidal arus maupun
tegangan pada sistem tenaga listrik yang disebabkan oleh terbentuknya gelombanggelombang
yang
memiliki
frekuensi
kelipatan
bilangan
bulat
dari
frekuensi
fundamentalnya. Munculnya peningkatan kandungan distorsi harmonisa akan berdampak
pada tingginya rugi-rugi daya, panas berlebih hingga turunya efisiensi mesin-mesin pada
sistem tenaga listrik. Dari potensi timbulnya permasalahan dan kerugian yang terjadi,
perlu adanya sebuah langkah mitigasi perbaikan kualitas daya khususnya pada aspek
kandungan distorsi harmonisa yang ada. Penulis memilih penerapan transformator zig zag
sebagai instrumen mitigasi sehingga diharapkan dapat menjadi salah satu cara mengurangi
kandungan distorsi harmonisa pada sistem menuju pada batas standar yang diperbolehkan.
1.2 Batasan Masalah
Adapun batasan-batasan masalah yang diberikan adalah sebagai berikut :
1.
Parameter kualitas daya pada penelitian ini hanya berfokus pada distorsi harmonisa.
2.
Mitigasi distorsi harmonisa dengan mengimplementasikan transformator zig zag.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1.
Bagaimana pengaruh penerapan tranformator zig zag untuk mereduksi distorsi
harmonisa pada sistem?
2.
Bagaimana pengaruh besar kapasitas transformator zig zag dalam mereduksi distorsi
harmonisa pada sistem?
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini sebagai berikut :
1.
Untuk mengetahui pengaruh penerapan tranformator zig zag untuk mereduksi
distorsi harmonisa pada sistem.
2.
Untuk mengetahui perbandingan besar kapasitas transformator zig zag yang berbeda
dalam mereduksi harmonisa pada sistem.
1.5 Manfaat Penelitian
1.
Bagi Universitas Negeri Malang, penelitian ini memberikan sumbangsih pemikiran
mengenai Perbaikan kualitas daya menggunakan Transformator zig zag dan
diharapkan hasil penelitian ini dapat digunakan untuk acuan mahasiswa lain
melakukan penelitian selanjutnya.
2.
Bagi PDAM Tirta Dhaha Kota Kediri, hasil penelitian ini dapat dijadikan informasi
atau masukan mengenai mitigasi resiko dari distorsi harmonisa terhadap kualitas daya
listrik.
3.
Bagi peneliti, untuk mengaplikasikan ilmu yang sudah diperoleh selama masa
perkuliahan dan untuk menambah wawasan peneliti dalam metode perbaikan kualitas
daya terutama pada penerapan tranformator zig zag.
1.6 Urgensi
Dalam pengontrolan kerja motor-motor induksi tiga fasa, banyak industri yang masih
menggunakan VSD. Dilain sisi VSD merupakan penyebab tingginya kandungan
harmonisa pada suatu sistem, dibuktikan dari simulasi pada software Matlab / Simulink
dengan keadaan sistem kelistrikan PDAM Tirta Dhaha Kota Kediri yang menggunakan
VSD. Dari simulasi tersebut ditunjukan bahwa besar Total Harmonic Distortion voltage
(THDv) pada sistem sebesar 0.10% dan Total Harmonic Distortion Current (THDi)
sebesar 35.71%, yang mana harmonisa arus pada sistem sangatlah melebihi batas yang
diperbolehkan. Berdasarkan dari permasalahn tersebut perlu adanya metode mitigasi
perbaikan kualitas daya pada sistem PDAM Tirta Dhaha Kota Kediri.
1.7 Sistematika Penulisan
Dalam penulisan penelitian ini digunakan sistem penulisan sebagai berikut :
BAB 1 : PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, batasan masalah, rumusan masalah, tujuan, danurgensi dari
penelitian ini
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Menjelaskan mengenai teori dasar atau kajian pustaka yang mendasari dari gagasangagasan tentang “Simulasi Penerapan Transformator Zig Zag untuk Perbaikan Kualitas
Daya Akibat Pemasangan Variable Speed Drive (VSD) pada PDAM Tirta Dhaha Kota
Kediri”
BAB III : METODE PENELITIAN
Berisi tentang prosedur penyelesaian penulisan penelitian, yang terdiri dari pengambillan
data, simulasi, perhitungan, dan analisa
BAB IV : ANALISA PERFORMA TRANSFORMATOR ZIG ZAG
Membahas tentang pengolahan data dan analisa hasil pengukuran performa dari
transformator zig zag untuk mereduksi distorsi harmonisa.
BAB V : PENUTUP
Berisi tentang saran–saran yang didapat selama penulisan penelitian ini serta menjelaskan
kesimpulan dari hasil analisa yang telah dilakukan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Distorsi Harmonisa
2.1.1 Pengertian
Harmonisa adalah penjumlahan gelombang dengan beberapa nilai frekuensi yang
berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dari frekuensi fundamental. Seperti
contoh, frekuensi fundamental suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, kemudian muncul
harmonisa kedua dengan besar frekuensi 100 Hz, harmonisa ketiga adalah gelombang
dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya yang mana gelombang harmonisa
tersebut akan menumpang pada gelombang murni hingga membentuk gelombang
sinusoidal tidak sempurna (Dewa, 2017).
Pada sistem tenaga listrik terdapat dua jenis beban yaitu beban linier dan beban
non linier.
Gambar 2.1 Beban Linier
Beban linier adalah jenis beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran
yang linier karena impedansi sebanding terhadap arus mengalir dan perubahan tegangan
sehingga gelombang arus akan berbentuk sama dengan bentuk gelombang teganganya.
Beban linier memiliki sifat yaitu apabila disuplai oleh arus sinusoidal akan digunakan
pada sistem.
Gambar 2.2 Beban Non-linier
Sedangkan beban non-linier adalah jenis beban yang menghasilkan arus yang
tidak sinusoidal meskipun sumber tegangan yang dipakai pada saat itu adalah gelombang
sinus yang murni. Distorsi gelombang sinus ini terjadi karena gelombang-gelombang
harmonisa menumpang pada gelombang frekuensi dasar, sehingga terbentuk gelombang
cacat yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dan gelombang
harmonisanya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Beban non-linier pada peralatan
listrik yaitu seperti inverter, converter, lampu fluorencent yang menggunakan electronic
ballast dan sebagainya.
2.1.2 Polaritas Komponen Harmonisa
Urutan polaritas harmonik pertama adalah positif. Urutan polaritas harmonik kedua adalah
negatif, harmonik ketiga adalah nol, dan harmonik ke empat adalah positif (berulang
berurutan sampai seterusnya).
Tabel 2.1 Tabel Polaritas dari Komponen Harmonik
Frekuensi
Indeks
(Hz)
Harmonisa
50
1
+
100
2
-
150
3
0
200
4
+
250
5
-
300
6
0
350
7
+
400
8
-
450
9
0
Tabel 2.2 Akibat dari polaritas komponen harmonic
Urutan
Urutan
Efek pada motor
Nol
Tidak ada
Efek pada sistem
distribusi
Panas & Menimbukan arus
pada kawat netral
Menyebabkan perputaran
Positif
arah maju (forward) medan
Panas
magnet
Menyebabkan perputaran
Negatif
arah mundur (revers)
Panas & arah putaran
medan magnet
motor berubah
2.1.3 Indeks Harmonisa
Individual Harmonic Distortion (IHD) adalah rasio antara nilai RMS dari masingmasing arus harmonisa dibandingkan dengan nilai RMS arus fundamental atau harmonisa
pertama. Berdasarkan metode ini, maka harmonisa pertama atau arus fundamental selalu
bernilai 100%. Rumus perhitungan IHD menurut IEEE adalah sebagai berikut :
𝐼𝐻𝐷𝑛 =
In
𝑥100%
I1
Total Harmonic Distortion (THD) adalah rasio antara nilai rms dari seluruh
komponen harmonisa dan nilai rms dari fundamental yang dinyatakan dalam persen (%)
𝐼𝐻 = √𝐼22 + 𝐼22 + 𝐼22 + 𝐼22 + 𝐼22 … … … )
𝑇𝐻𝐷 =
𝐼𝐻
𝑥100%
I1
Total Harmonic Distortion (THD) Indeks yang umum digunakan adalah:
2
∑𝑁
𝑛=2 𝑉 𝑛
√
𝑇𝐻𝐷 =
𝑉1
Dengan :
𝑉𝑛 = tegangan rms pada harmonisa ke n (volt)
𝑉1 = tegangan fundamental (volt)
N = maksimum harmonisa
Pendefinisian rasio nilai rms komponen harmonisa ke nilai rms komponen dasar
biasanya dinyatakan dalam bentuk persen. Indeks ini digunakan untuk mengukur deviasi
bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonisa dari gelombang sinus sempurna.
Nilai THD adalah nol pada saat terjadi gelombang sinusoidal sempurna.
2.1.4 Standar Harmonisa
%THDv adalah persentasi total tegangan yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap
frekuensi fundamental dan % THDi adalah persentasi jumlah total arus yang terdistorsi
oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamental. Standar harmonisa tegangan yang
dipergunakan menurut IEEE Std. 519-1992, p.85 [2.1]. untuk Voltage Harmonic
Distortion adalah sebagai berikut :
Tabel 2.3 Batas Harmonisa Teganan
Individual Voltage
Total Voltage
Distortion (%)
Distortion THD (%)
69 kV and below
3,0
5,0
69,001 kV through 161 kV
1,5
2,5
161,001 kV and above
1,0
1,5
Bus Voltage at PCC
NOTE: High-voltage systems can have up to 2,0% THD where the cause is an HVDC
terminal that will attenuate by the time it is tapped for user
Standar harmonisa arus yang dipergunakan menurut IEEE Std. 519-1992 [10.3];
[10.4]; [10.5] yaitu untuk Current Distortion Limits adalah sebagai berikut.
Tabel 2.4 Batas Harmonisa Arus
Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of IL
Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)
Isc/IL
<11
11≤h<17
17≤h<23
23≤h<35
35≤h
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
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above
Current distortions that result in a dc offset , e.g., half-wave converters, are not allowed
*All power generation equipment is limited to these values of current distortion,
regardless of actual Isc/IL
where
Isc = maximum short-circuit current at PCC.
IL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC
2.2 Variable Speed Drive (VSD)
2.2.1 Pengertian
Gambar 2.3 Variable Speed Drive
VSD merupakan salah satu jenis beban non linier yang banyak digunakan di
sektor industri, dan digunakan untuk mengatur kecepatan motor induksi tiga fasa, motor
listrik yang banyak digunakan dalam proses industri. Menggunakan VSD memberikan
keuntungan utama mengurangi konsumsi energi listrik; oleh karena itu, meningkatkan
efisiensi proses industri. VSD pada dasarnya adalah perangkat yang terdiri dari tiga jenis
konverter daya, yaitu: penyearah tiga fase, regulator dc, dan inverter tiga fase pada sisi
input, perantara, dan outputnya masing-masing. Jenis lain dari VSD dapat menggunakan
penyearah satu fasa daripada tiga fasa. Namun, di sebagian besar aplikasi industri VSD
dengan penyearah tiga fase umumnya digunakan. Memiliki penyearah tiga fasa pada sisi
input maka arus sisi sumber atau input VSD akan sama dengan arus sumber penyearah
tiga fasa (Made, 2020).
2.2.2 Jenis Inverter Berdasar Teknik Penyaklaran

Variable Voltage Inverter (VVI)
Jenis inverter ini menggunakan converter jembatan SCR untuk mengubah
tegangan input AC ke DC. Memiliki kemampuan untuk mengatur nilai tegangan
DC mulai dari 0 hingga mendekati 600 VDC
Gambar 2.4 Jenis VVI

Current Source Inverter (CSI)
Jenis inverter satu ini menggunakan SCR untuk menghasilkan tegangan
DC-link yang bervariasi untuk suplai ke bagian inverte. Berbeda dengan VVI
yang mengontrol tegangan, CSI justru mengontrol arus yang akan disuplai ke
motor.
Gambar2.5 Jenis SCR

Pulse Width Modulation (PWM)
Teknik penyaklaran memberikan output yang lebih sinusoidal dibandingkan dua
jenis inverter sebelumnya. Drive yang menggunakan PWM lebih efisien dan
memberikan performa yang lebih tinggi. Biasanya konverter yang digunakan
adalah tipe tidak terkontrol (dioda biasa) namun ada yang menggunakan setengah
terkontrol atau kontrol penuh
Gambar 2.6 Jenis PWM
2.2.3 Prinsip Kerja VSD
Variable Speed Drive (VSD) adalah suatu peralatan pengendali motor induksi 3
fasa dengan prinsip mengatur besaran frekuensi dan tegangan yang diterima oleh motor
induksi. Pengaturan frekuensi dan tegangan secara bersamaan ini mengakibatkan
kecepatan berubah dengan tetap menjaga torsi pada nilai konstan.
Gambar 2.7 Rangkaian VSD
menunjukkan bagian-bagian dari Variable Speed Drive Inverter yang memiliki prinsip
kerja sebagai berikut:
a. Tegangan listrik 3 fasa dari sumber disearahkan dengan rangkaian peenyearah 3
fasa three Phase rectifier sehingga menghasilkan tegangan DC murni setelah
melalui DC bus kapasitor.
b. Tegangan DC tersebut digunakan sebagai sumber yang dialirkan menuju inverter
melalui saklarsaklar daya 3 lengan yang sudah dikendalikan dengan control logic
sehingga pada setiap saklar yang berada dalam satu lengan bekerja secara
bergantian dan dengan saklar pada lengan yang lain saling bergeser 1200 .
c. Saklar daya berupa Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) yaitu suatu devais
saklar semikonduktor yang mampu bekerja pada frekuensi relatif tinggi dengan
kemampuan melewatkan arus yang relatif besar jika dibandingkan dengan mosfet
dan transistor biasa. (Agung, 2018)
2.3 Transformator Zig Zag
Transformator dengan hubungan Zig-zag memiliki ciri khusus, yaitu belitan
primer memiliki tiga belitan, belitan sekunder memiliki enam belitan dan biasa digunakan
untuk beban yang tidak seimbang (asimetris) - artinya beban antar fasa tidak sama, ada
yang lebih besar atau lebih kecil.
Gambar 2.8 Hubungan Belitan Transformator Zig Zag
Gambar 2.9 Diagram Fasor Transformator Zig-zag
Transformator zig-zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi menjadi dua bagian
dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan. Hubungan transformator zigzag secara khusus pada rangkaian 3 fasa dimana 𝑖𝑧𝑎 (𝑡), 𝑖𝑧𝑏 (𝑡) dan 𝑖𝑧𝑐 (𝑡) yang sama pada
tigafasa empat kawat,
𝑖𝑛 (𝑡) = 𝑖𝑧𝑏 (𝑡) = 𝑖𝑧𝑐 (𝑡)
Dimana :
𝑖𝑧𝑎 (𝑡) = Arus sumber phasa A
𝑖𝑧𝑎 (𝑡) = Arus sumber phasa B
𝑖𝑧𝑐 (𝑡) = Arus sumber phasa C
Arus melalui kabel netral dari jaringan suplai distribusi ditulis dalam ekspresi matematis,
𝑖𝑛 (𝑡) = 3𝑖𝑎0 (𝑡)
Belitan transformator zigzag dihubungkan sedemikian rupa sehingga arus urutan nol
selalu sefasa. Di sini, kumparan pada setiap fase dipisahkan antara dua batang dan dililit
dengan polaritas yang berlawanan. Karena vektor urutan-nol (A0, B0, dan C0) selalu
sefasa, fluks magnet yang dihasilkan pada satu kumparan di setiap cabang akan
membatalkan fluks magnet yang dihasilkan pada kumparan kedua di cabang yang sama.
Karena fluks magnet urutan-nol dihilangkan, impedansi aliran arus urutan-nol akan sangat
rendah.
2.3.1 Prinsip Kerja Tranformator Zig Zag
Rangkaian ekivalen urutan nol dari keseluruhan sistem ditunjukkan pada Gambar 1
ditunjukkan pada Gambar 3. ZLN adalah impedansi konduktor netral antara beban dan
transformator Zig-Zag dan ZNU adalah impedansi antara utilitas dan kawat netral.
Zig Zag Transformer memberikan impedansi rendah untuk komponen urutan nol dan
impedansi yang lebih tinggi untuk komponen urutan positif dan negatif. Ini terdiri dari dua
sumber urutan nol, VSO(t) dan iLO(t). Ketidak seimbangan terjadi karena distribusi beban
yang tidak merata di setiap fase dan juga karena variasi tegangan fase. Sumber tegangan
urutan nol dibuat oleh tegangan utilitas yang tidak seimbang.
tegangan urutan-nol dapat dinyatakan sebagai
iL0(t) adalah sumber arus urutan-nol, dan mengandung arus beban dasar tidak seimbang
dan urutan nol arus beban harmonik , dan dapat dinyatakan sebagai:
iLO(t)= ( iLa(t)+ iLb(t)+ iLc(t))
Pengaruh Vso(t) dan iL0(t) terhadap arus netral sisi utilitas setelah menggunakan trafo
Zig-Zag
dapat
dianalisis
dengan
menggunakan
teori
superposisi.
Untuk
mempertimbangkan efek dari iLo(t), V s0(t) harus diasumsikan sebagai hubungan pendek
pada Gambar 3. Kemudian, arus netral sisi utilitas i’SN yang disebabkan oleh dapat
dinyatakan sebagai
Persamaan menunjukkan bahwa besarnya sisi utilitas arus netral yang disebabkan
oleh iL0(t) akan berkurang setelah menerapkan transformator Zig-Zag. Jika Zzn dikurangi
atau ZNU dinaikkan, iL0(t) di sisi utilitas dapat lebih dilemahkan. Untuk
mempertimbangkan efek VSO(t) & iLO(t) , harus diasumsikan sebagai rangkaian terbuka,
dapat ditemukan bahwa transformator Zig-Zag mensuplai jalur impedansi rendah untuk
tegangan urutan-nol. Ini menyiratkan bahwa arus netral utilitas menjadi lebih besar di
bawah tegangan utilitas yang tidak seimbang setelah menerapkan transformator Zig-Zag.
Arus netral dari sisi utilitas yang disebabkan oleh VSO(t) dapat dinyatakan sebagai :
Persamaan diatas menunjukkan bahwa transformator Zig-Zag mensuplai sebuah
jalur untuk arus urutan-nol yang mengalir antara utilitas dan transformator Zig-Zag.
Namun, impedansi dari sistem utilitas, trafo Zig-Zag dan konduktor netral sangat kecil di
sebagian besar sistem distribusi tenaga listrik tiga fasa empat kawat.
Persamaan diatas memberikan arus netral keseluruhan karena kedua sumber urutan nol
VSO(t) & iLO(t).
2.4 Penelitian Relevan
Kaisar, dkk (2020) membahas mengenai reduksi arus harmonisa dan arus netral
berlebih dengan menggunakan trafo zig zag. Pada percobaan penelitian ini menggunakan
beban perangkat PC-SMPS dan hasil penelitian menunjukan mitigasi harmonisa dengan
transformator zig zag secara drastis mengurangi harmonisa rangkap tiga dari 41,6 menjadi
3,9 serta juga mengurangi beban lebih netral dari 71,1 menjadi hanya 11,6 dan dengan
mengamati hasil di penelitian tersebut trafo zig zag dapat menghilangkan hampir 90%
arus netral yang disebabkan oleh komponen urutan nol yang dihasilkan oleh beban nonlinier.
Pada penelitian (Ranjith, dkk, 2011) membahas tentang kinerja Zig Zag
Transformer pada pengurangan harmonik dalam beban distribusi. Penelitian dilakukan
beberapa kasus ; (1) Beban (terdiri dari resistor, induktor, kapasitor atau kombinasi dari
ketiga elemen) pada setiap fasa dihubungkan melalui penyearah satu fasa (penyearah
HBridge dengan dioda) dan dieksitasi oleh suplai. (2). Beban pada setiap fasa
dihubungkan ke rangkaian pengatur tegangan ac, Gambar 4(b), dan dihubungkan ke fasa,
(3) Beban terdiri dari Tiga motor induksi satu fasa (Capacitor Start) yang masing-masing
dikendalikan menggunakan Regulator Tegangan AC. Hasil penelitian menunjukan dari
ketiga kasus yang diuji bahwa THD dan arus netral sistem distribusi empat kawat tiga fasa
di bawah beban nonlinier yang tidak seimbang menjadi jauh berkurang setelah
menerapkan Transformator Zig-Zag.
2.5 Kebaharuan Penelitian
2.6 Perbandingan Metode
No
1
Metode
Transformator Zig Zag
Kelebihan
Biaya
rendah,
Kekurangan
keandalan
tinggi, juga dapat berfungsi
sebagai pengubah tegangan
dan
menyediakan
isolasi
antara unit penyearah dan catu
daya.
2
Passive filter
Biaya
rendah,
rangkaian Membutuhkan
sederhana, dapat memperbaiki software computer
faktor daya
untuk menganalisis
dan
menentukan
harmonisa
yang
dihilangkan
3
Active filter
Bebas dari masalah resonansi, Sangat
jangkauan
luas
harmonisa,
mahal,
eliminasi perawatan sulit
menimbulkan
kompensasi daya reaktif
BAB III
METODE PENELITIAN
Metode penelitian ini digunakan untuk memberikan gambaran alur pembuatan
skripsi, mulai dari awal penulisan, perisiapan alat dan bahan, perancangan rangkaian
sistem, pengambilan data, analisa Total Harmonic Distortion (THD), Analisa kinerja
transformator zig zag.
3.1 Deskripsi Sistem
3.2 Metode dan Analisa
Ada diagram alir pnelitian disini
3.3 spesifikasi alat
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Langkah-langkah Penelitian
3