Penggunaan Filter Passive Single Tuned untuk Mereduksi Harmonisa pada Beban Non Prioritas di Stasiun Kereta Api Kualanamu

Stasiun Kereta Api Bandara Internasional Kualanamu di Medan, Sumatera Utara, menggunakan dua jaringan listrik: Non Priority LVMDB dan Priority LVMDB. Jaringan Non Priority LVMDB, yang memasok daya langsung dari PLN tanpa cadangan, menjadi fokus penelitian karena mengalami masalah harmonisa arus yang signifikan. Operasi beban non-linier seperti Chiller Inverter, Air Handling Unit (AHU), Fan Coil Unit (FCU), Travelator, lampu, UPS, dan peralatan elektronik lainnya di stasiun ini menghasilkan harmonisa arus individual yang melebihi batas standar IEEE 519-1992, khususnya pada orde 5, 7, 11, 13, dan 23. Tingginya harmonisa arus ini berpotensi mengganggu kinerja peralatan elektronik dan menyebabkan panas berlebih pada sumber tenaga listrik. Kondisi ini memerlukan solusi untuk meningkatkan kualitas daya dan mengurangi gangguan yang ditimbulkan oleh harmonisa tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji dan mengimplementasikan solusi yang efektif untuk mengatasi masalah ini.

Penggunaan filter harmonisa menjadi solusi yang dikaji dalam penelitian ini untuk mengatasi masalah harmonisa arus yang tinggi pada sistem Non Priority LVMDB di stasiun kereta api. Filter Passive Single Tuned dipilih karena kemudahan aplikasinya dan desainnya yang sederhana. Penelitian ini mengeksplorasi penggunaan filter ini dengan nilai komponen R = 0,00073 Ω; L = 0,0000465 H; dan C = 0,00870465 F. Harapannya, penggunaan filter ini dapat mereduksi harmonisa arus yang berlebihan, sehingga memenuhi standar IEEE 519-1992 dan memastikan kualitas daya yang optimal untuk operasional stasiun kereta api. Studi ini akan menganalisis efektivitas filter Passive Single Tuned dalam mengurangi persentase harmonisa arus, yang awalnya terukur sebesar 41,5%, serta dampaknya terhadap kinerja keseluruhan sistem kelistrikan stasiun.

Masalah harmonisa arus yang melebihi standar IEEE 519-1992 di Stasiun Kereta Api Bandara Kualanamu menimbulkan beberapa dampak negatif, termasuk gangguan pada kinerja peralatan elektronik, pemanasan berlebih pada komponen listrik, dan penurunan efisiensi energi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai komponen optimal untuk filter Passive Single Tuned yang dapat digunakan untuk mereduksi harmonisa arus tersebut. Tujuan lainnya adalah memberikan rujukan bagi pengelola gedung stasiun dalam menentukan besaran filter yang tepat untuk mengatasi masalah harmonisa yang disebabkan oleh beban non-linier. Dengan demikian, penelitian ini diharapkan dapat memberikan solusi teknis yang efektif dan ekonomis untuk mengatasi masalah kualitas daya di stasiun kereta api, memastikan kelancaran operasional dan keamanan sistem kelistrikan.

Metodologi penelitian ini menggunakan pendekatan studi kasus di Stasiun Kereta Api Bandara Internasional Kualanamu, Medan. Fokus penelitian diarahkan pada jaringan Non Priority LVMDB, yang merupakan sistem pasokan daya utama stasiun tanpa cadangan (backup) dari generator set. Data pengukuran diambil langsung di lokasi penelitian menggunakan alat ukur kualitas daya pada Point of Common Coupling (PCC) Non Priority LVMDB. Pengukuran ini meliputi parameter-parameter penting untuk menganalisis kualitas daya dan tingkat harmonisa arus yang ada. Data yang diperoleh kemudian akan digunakan sebagai dasar untuk perancangan dan simulasi filter harmonisa. Transformator daya yang digunakan pada sistem Non Priority LVMDB memiliki kapasitas 1600 kVA, dan sistem penyaluran daya menggunakan Busbar Trunking 3200 Ampere. Informasi mengenai kapasitas transformator dan sistem penyaluran daya ini penting untuk konteks perancangan filter harmonisa yang tepat.

Setelah pengambilan data di lapangan, penelitian ini menggunakan simulasi berbasis software Matlab/Simulink untuk menganalisis dan merancang filter harmonisa. Simulasi ini memungkinkan pengujian berbagai skenario dan penyesuaian parameter filter sebelum implementasi sebenarnya. Hasil pengukuran di lapangan menunjukkan bahwa harmonisa arus individual yang melebihi standar IEEE 519-1992 terdapat pada orde 5, 7, 11, 13, dan 23. Orde-orde harmonisa inilah yang menjadi target utama dalam perancangan filter. Simulasi dilakukan dengan memodelkan sistem Non Priority LVMDB beserta beban non-liniernya. Filter Passive Single Tuned, dengan komponen R, L, dan C yang telah dihitung berdasarkan data pengukuran, diintegrasikan ke dalam model simulasi. Hasil simulasi akan dibandingkan dengan kondisi sebelum pemasangan filter untuk mengevaluasi efektivitas filter dalam mereduksi harmonisa arus.

Perhitungan nilai komponen filter Passive Single Tuned (R, L, dan C) dilakukan berdasarkan harmonisa arus terburuk yang melebihi standar IEEE 519-1992. Karena sistem beban Non Priority LVMDB adalah tiga fasa seimbang, simulasi difokuskan pada satu fasa (fasa R). Simulasi dilakukan dalam dua kondisi: sebelum dan sesudah pemasangan filter. Kondisi awal simulasi menggunakan data pengukuran beban non-linier di Stasiun Kereta Api Bandara Kualanamu, yang menunjukkan THD arus sebesar 41,5%. Setelah perhitungan komponen filter, simulasi dilakukan kembali dengan menambahkan filter Passive Single Tuned yang terhubung paralel terhadap sistem. Analisis FFT (Fast Fourier Transform) pada hasil simulasi digunakan untuk membandingkan spektrum harmonisa arus sebelum dan sesudah penggunaan filter, khususnya pada orde harmonisa 5, 7, 11, 13, dan 23. Hasil simulasi ini akan digunakan untuk mengevaluasi efektivitas filter dalam menurunkan THD arus dan memenuhi standar IEEE 519-1992.

Hasil simulasi menggunakan software Matlab/Simulink menunjukkan keberhasilan filter Passive Single Tuned dalam mereduksi harmonisa arus di Stasiun Kereta Api Bandara Kualanamu. Simulasi membandingkan bentuk gelombang harmonisa arus sebelum dan setelah pemasangan filter. Sebelum pemasangan filter, Total Harmonic Distortion (THD) arus mencapai 41,5%, jauh di atas standar IEEE 519-1992. Setelah pemasangan filter Passive Single Tuned dengan nilai komponen R, L, dan C yang telah dihitung, THD arus berhasil diturunkan secara signifikan menjadi 0,64%. Penurunan ini menunjukkan efektivitas filter dalam menekan harmonisa arus, terutama pada orde 5, 7, 11, 13, dan 23 yang sebelumnya melebihi batas standar. Hasil simulasi ini secara visual ditunjukkan melalui grafik dan perbandingan angka sebelum dan sesudah penerapan filter. Kesimpulan sementara menunjukkan bahwa filter Passive Single Tuned berhasil mereduksi harmonisa arus sesuai dengan tujuan penelitian.

Pembahasan hasil penelitian memfokuskan pada analisis perbandingan reduksi harmonisa arus sebelum dan sesudah penerapan filter Passive Single Tuned. Data numerik dari simulasi menunjukkan penurunan signifikan pada kandungan harmonisa arus pada orde 5, 7, 11, 13, dan 23 setelah penggunaan filter. Tabel dan grafik yang disajikan memperjelas besarnya penurunan pada setiap orde harmonisa. Penurunan THD arus dari 41,5% menjadi 0,64% menunjukkan efektivitas filter dalam meningkatkan kualitas daya. Hasil ini menunjukkan bahwa filter Passive Single Tuned mampu memenuhi persyaratan standar IEEE 519-1992 untuk harmonisa arus. Pembahasan juga menekankan bahwa solusi ini memberikan pendekatan yang efektif dan ekonomis untuk mengatasi masalah harmonisa pada sistem tenaga listrik di stasiun kereta api. Kesimpulannya, penelitian ini memberikan bukti empiris mengenai keberhasilan filter Passive Single Tuned dalam mereduksi harmonisa arus dan meningkatkan kualitas daya di stasiun kereta api.

Kesimpulan utama dari penelitian ini adalah filter Passive Single Tuned terbukti efektif dalam mereduksi harmonisa arus pada sistem tenaga listrik Stasiun Kereta Api Bandara Kualanamu. Simulasi yang dilakukan menunjukkan penurunan signifikan Total Harmonic Distortion (THD) arus, dari 41,5% menjadi 0,64%, setelah penerapan filter. Hasil ini menunjukkan bahwa filter mampu menekan harmonisa arus pada orde-orde yang telah diidentifikasi (5, 7, 11, 13, dan 23) hingga di bawah ambang batas yang ditetapkan standar IEEE 519-1992. Keberhasilan ini menunjukkan bahwa filter Passive Single Tuned merupakan solusi yang layak untuk mengatasi masalah kualitas daya akibat beban non-linier di stasiun kereta api. Penelitian ini memberikan bukti empiris mengenai kinerja filter dalam meningkatkan kualitas daya dan mengurangi gangguan yang disebabkan oleh harmonisa arus.

Penelitian ini memberikan rekomendasi praktis bagi pengelola gedung Stasiun Kereta Api Bandara Kualanamu terkait penentuan nilai komponen filter harmonisa yang tepat untuk meredam harmonisa arus akibat beban non-linier. Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi dalam pengambilan keputusan untuk meningkatkan kualitas daya dan meminimalisir gangguan pada sistem kelistrikan stasiun. Implementasi filter Passive Single Tuned terbukti efektif dan ekonomis dalam mengatasi masalah harmonisa arus, sehingga dapat direkomendasikan untuk diterapkan pada fasilitas-fasilitas sejenis yang mengalami masalah serupa. Penelitian ini juga berkontribusi pada pengetahuan di bidang teknik elektro, khususnya mengenai aplikasi filter harmonisa dalam sistem tenaga listrik skala menengah. Hasil penelitian dapat diaplikasikan dan diadaptasi di berbagai instalasi listrik dengan karakteristik beban non-linier yang serupa.