The High Voltage and Current and Electrical Measurement Research Group (HVEMRG) conducts basic and applied research in the areas of electrical insulation, transmission line magnetic and electrical fields, high voltage equipment performance, application high voltage & high current, application electric & magnetic field in industry, and Electrical Measurement Engineering. HVEMRG has both specialized high voltage laboratory, which is equipped to conduct standardized testing on insulators, cables, transformers and other high voltage electrical equipment and Electrical Measurement Laboratory equipped to measure many electrical unit including insulation resistant, earth resistant, power quality, thermal imaging etc. The Group has conducted many field and laboratory studies to evaluate the performance of resin epoxy insulators and performed various studies on underground cable performance, studies on evaluate corona at medium voltage cubicle, evaluate the cause of GSU Transformer fault, evaluate power quality at distribution station system with respect to State Electric Company.

Research Topics

1. Study of Characteristics and Effect of Distortion in Frequency 2-150 kHz to the Operation Performance of Appliances and Low Voltage Distribution System Equipments

Budi Sudiarto, ST, MT (Dr.Ing candidate of UDE, Germany)

Many of home appliances equipped by inverter technology because of its benefit of smaller, better of performance, more efficient and save energy. However this technology also generates current distortion regarding to its frequency switching which eventually has an influence on decreasing of power quality. Since the frequency switching of inverter normally in the range of 2 – 150 kHz, that cause the distortions in similar frequency range. Voltage and current distortions in the frequency range of 2-150 kHz is currently subject in research and standardization work. The reasons are that the appliances potentially generating such distortions are increasingly used and that the regulation and standardization are not completely covering and defining the limits and methods for that distortion.

Some measurements were conducted and informed us that many equipment due to its operation characteristics produce distortion in frequency range of 2-150 kHz. Other measurement also finds that some of photovoltaic inverter generated distorted current in frequency range of 2-150 kHz. Since the lack of regulation for many devices and the adverse effects of the distortion in this frequency range are not significant yet even the risk of interference are possible, the efforts in managing the distortion for that frequency range are less. One of negative effect of distortion reported is malfunction of electronic energy meter when used in conjunction with special Photovoltaic Inverter. Some of home appliances equipped with inverter technology are predicted on generating current distortion in frequency range of 2-150 kHz. Since the widely use of these appliances particularly in end user installation, it is important to observe the characteristics of distortion in order to ensure their compatibility.

This study is focused on observing the characteristics and effect of distortion in frequency range 2-150 kHz to the operation performance of appliances and low voltage distribution equipments. Some testing and measurements are conducted in laboratory in order to observe the characteristics of distortion including the potential source of distortion and effect of distortion to the appliances, energy metering and protection devices operation. Measurement are also conducted on site to measure the real distortion occurred in low voltage distribution systems and customer premises. All of measurement and testing results then are analyzed to determine the distortion characteristics and the best method in mitigating the negative effect of the distortion.

Based on initial study some of appliances produce distortion in frequency range of 2-150 kHz. The level of distortion is vary and depending on the technology used and capacity of the appliances itself.  Since the used of inverter technology in almost all type of electronic appliances is increasing then it causes the distortion level on frequency range of 2-150 kHz will also significantly  increase. The existing standards are not completely covering yet the emission limit and there is also no regulation exist for this distortion in Indonesia then we should pay more attention in observing the effect of the distortion to the electricity systems and appliances in general to prevent and minimize the negative effect of the distortion to make our electricity systems performance better.

2. Design of Online Partial Discharge Monitoring System in Distorted Voltage Environment

Aji Nur Widyanto, ST, MT (Dr.Ing candidate of UDE, Germany)

In modern society, electricity is regarded as the most important energy source enabling many electric facilities to operate correctly. In order to maintain and sustain those facilities, the quality of power from the grid should be as stable as possible to meet the requirements of electric equipment. The appropriate monitoring and protection of power system is one of the significant issues in power system development and monitoring. Condition monitoring has the potential to pre-empt catastrophic failure of plant by identifying insulation degradation trends, thus allowing the planning of appropriate maintenance and replacement. One approach is to monitor partial discharge (PD) behavior, which allows the diagnosis and tracking of defects through changes to the pattern of PD activity. Recent research has been determined that power quality (PQ) can also affect PD behavior. The latter problem results from the presence of harmonics of the supply voltage infiltrating the PD measuring circuits. The test-voltage harmonics influencing the waveform are changing discharge inception and extinction conditions, which result from the instantaneous voltage level during the period. The endurance of electrical insulation is dependent on applied voltage; thus the harmonic modulation also has an effect on insulation lifetime. The influence of harmonics in the PD measurements is of fundamental importance for proper interpretation of the results, and thus for assessment of equipment condition.

Indonesia is a large country that their energy needs continue to grow in order to meet needs and demands of life. All aspects of life (e.g. home, office, industrial and others) are using electricity. Especially nowadays there are many factories and buildings that need a constant power supply to function, and the costs when the electricity fails can be great. In this sense, the appropriate monitoring and protection of power system is one of the significant issues in power system development and monitoring. Even though there has been growing concern about this issue, power systems have remained fairly similar for the last several decades. This has led to catastrophic cascading blackouts occurring several times all over Indonesia in the recent years. PD is able to find possible symptoms of faults in the system in the most fundamental and simplest way. In some areas of PD detection, suppressing noise is difficult when the pulse current detection method is applied due to the high concentration of electric power equipment and complex grounding networks.

The conventional PD measurement uses electrical method. Unfortunately it has limitation when used in online partial discharge detection. This limitation can overcome by acoustic detection method. Acoustic PD measuring is one of the widely used methods for on-site/on-line applications because of its high immunity against certain external disturbing signals and the capability of location the PD sources. Combined with electrical measurement techniques, acoustic measurement can enhance its strength. Thus, this study therefore focuses on an investigation of Partial discharge in distorted voltage environment using the acoustic measurement method.

Based on initial study, the variations in harmonic content can result in significant changes to measured partial discharge patterns. Hence the influence of harmonics must be acknowledged and accounted for in all partial discharge measurements.

3. Peramalan beban listrik dengan pendekatan spasial menggunakan analisis klustering dan principal component analysis (PCA

Iswan (Mahasiswa S3 EPES UI)

Penggunaan energi listrik saat ini sudah menjadi kebutuhan pokok bagi manusia. Hal ini menyebabkan peningkatan kebutuhan energi listrik selain dari bertambahnya penduduk. Dengan demikian maka perlu adanya perencanaan untuk dapat memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut. Untuk mendapatkan perencanaan yang baik dan akurat maka perlu diadakan peramalan. Salah satu model permalan beban adalah menggunakan metode spasial.

Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini adalah mengembangkan model spasial untuk peramalan khususnya daerah atau wilayah kepulauan, menggunakan analisis klustering untuk peramalan beban spasial dan menggunakan metode Principal Component Analysis untuk memperoleh peramalan yang lebih akurat.

Peramalan beban spasial adalah peramalan yang berbasis peta dan metode ini dapat diimplematsikan menggunakan sistem informasi geografis yang lebih dikenal dengan istilah GIS. Fungsi peramalan beban spasial adalah sebagai sarana informasi dari perencanan dan operasi sistem tenaga listrik berjangka menengah dan panjang. Informasi itu yang dikembangkan melalui peramalan beban spasial dapat memprediksi kebutuhan energi listrik berdasarkan lokasi (dimana), besar (berapa banyak) dan waktu (kapan) energi listrik itu dibutuhkan. Metode peramalan kebutuhan listrik masa depan dibagi atas beberapa wilayah atau daerah yang kecil.

Analisis klustering digunakan untuk mendapatkan beberapa kluster/daerah-daerah yang lebih kecil. Proses kerja analisis kluster ini, terdapat tiga elemen yang harus dipakai yaitu ukuran kesamaan, membentuk klusternya dan jumlah kluster yang dibentuk. Pengukuran kesamaan obyek dalam membentuk kluster memiliki ukuran korelasi, ukuran jarak dan ukuran asosiasi. Sedangkan jumlah kluster yang terbentuk tergantung jumlah kesamaan yang tinggi dalam suatu kluster. Metode analisis cluster ini terdiri atas dua macam yaitu clustering hirarki dan clustering non hirarki. Clustering hirarki digunakan apabila belum ada informasi kelompok, sedangkan non hirarki dapat mengelompokkan n obyek ke dalam k kelompok (k< n).

Untuk mendapatkan keakuratan hasil dalam membentuk kluster dan peramalan maka digunakan teknik PCA. Ide pokok PCA ini adalah pengurangan dimensi dari kumpulan data yang terdiri atas variabel-variabel yang terkait. PCA ini juga tetap mempertahankan sebanyak mungkin variasi dari himpunan atau kumpulan data-data tersebut. Pengertian umum dari PCA adalah teknik untuk membangun variabel-variabel baru yang merupakan kombinasi linear dari variabel asli. Jumlah varibelnya akan sama dengan varibel aslinya, dan tidak saling berkorelasi. Variabel baru tersebut dikenal dengan nama Principal Component (PC). Teknik Principal Component Analysis maka akurasi peramalannya akan lebih baik dan akurat karena teknik ini dapat mengatasi multikolinearitas terhadap variabel yang digunakan untuk peramalan.

Penggabungan teknik analisis klustering dan principal component analysis merupakan solusi yang tepat untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat pada peramalan beban spasial. Penggabungan kedua teknik ini dipakai untuk mendapatkan kluster, dan pada peramalan beban listrik di dalam kluster-kluster. Dengan demikian maka perencanaan pengembangan sistem kelistrikan akan terencana lebih baik lagi.

4. Motor Linier Tanpa Deten Force

Fitri Kamal (Mahasiswa S3 EPES UI)

Penggunaan motor linier sebagai aktuator untuk berbagai kebutuhan semangkin meningkat sekarang ini. Motor yang memiliki konstruksi sama dengan motor berputar dengan perbedaan pada cara berkerjanya yang seperti garis lurus ini memiliki banyak kelebihan seperti tangguh,tidak memerlukan perawatan serius,ringan dan dapat digunakan untuk sistem transportasi massal. Sehingga dengan kelebihan tersebut motor jenis ini banyak digunakan untuk berbagai keperluan khususnya sistem transportasi. Kereta cepat magnet (Maglev Train) menggunakan motor linier sebagai aktuator utama telah di gunakan di negara maju seperti jepang dan korea . Selain penggunaan dengan lintasan horisontal linier motor juga dapat digunakan untuk lintasan vertikal seperti ropeless elevator, dengan menghilangkan tali besi yang ada pada elevator konvensional sistem ini dapat bergerak dengan kecepatan mencapai 0,2m/s dan mampu membawa beban mencapai ± 10 kg.Selain dengan berbagai kelebihan yang telah disebutkan linear motor juga memiliki tantangan tersendiri agar ketika digunakan dapat berjalan dengan sesuai harapan. Yaitu adanya gaya lain yang timbul seperti adanya gaya detent (detent force). Gaya ini timbul dikarenakan adanya gaya tarik antara rotor dan stator sehingga menimbulkan gangguan pada sistem seperti suara bising, getaran dan juga sebagai halangan dalam penngendalian kecepatan ataupun ketepatan posisi. Sehingga diperlukan suatu metode agar dapat meminimalisir gaya detent sehingga sistem dapat digunakan dengan baik.

Penelitian mengenai pengurangan gaya detent ini telah banyak dilakukan oleh para peneliti dengan menggunakan beberapa metode seperti pembentukan disain gigi pada stator ataupun rotor sampai dengan optimalisasi panjang iron core. Penggunaan metode diatas pada lintasan vertikal diperlukan pengujian dengan menggunakan variasi beban dan ketinggian agar dapat digunakan dilapangan.

Diawali dengan studi literatur untuk pembuatan model lengkap untuk selanjutnya dilakukan simulasi uji coba meminimalkan gaya deten menggunakan metode yang ada dengan variasi beban dan ketinggian untuk melihat respon sistem untuk dibandingkan dengan hasil uji coba menggunakan penambahan gigi dengan bentuk tertentu sehingga didapatkan metode yang paling baik dalam meminimalkan gaya detent pada sistem dengan lintasan vertikal menggunakan linier motor.

5. Studi Implementasi Flexible AC Transmission System dalam Optimalisasi Aliran Daya pada Sistem Interkoneksi Jawa Bali

Faya Safira (Mahasiswa S1 EPES UI)

Dalam sistem tenaga listrik, penyaluran tenaga listrik yang baik merupakan hal yang vital dalam memenuhi kebutuhan beban. Pada sistem tenaga listrik Jawa Bali, terdapat permasalahan dalam transmisi tenaga listrik dari timur ke barat Jawa, yaitu ketidakseimbangan pembebanan jalur utara (Ungaran-Mandiracan 1&2) dan jalur selatan (Pedan-Kesugihan-Tasik 1&2) karena perbedaan impedansi saluran, juga masalah penurunan tegangan pada sisi barat Jawa. Permasalahan tersebut bisa diselesaikan dengan mengimplementasikan teknologi Flexible AC Transmission System (FACTS) pada sistem tenaga listrik Jawa Bali. Dengan menggunakan Unified Power Flow Controller (UPFC), maka akan didapatkan aliran daya maksimal sesuai dengan kapasitas termal penghantar. Penelitian akan dilakukan dengan mensimulasikan sistem kelistrikan Jawa Bali menggunakan perangkat lunak DigSILENT Power Factory 15.1.6, dengan tahap pertama yaitu simulasi keadaan normal sistem, dan tahap kedua yaitu simulasi sistem setelah pemasangan UPFC. Dari hasil simulasi akan ditarik kesimpulan mengenai nilai aliran daya maksimum sesuai kapasitas termal penghantar dan regulasi tegangan pada sisi barat Jawa.

6. Analisis dan studi perbandingan penerapan teknologi solar thermal cooling dan photovoltaic solar cooling untuk bangunan gedung di Indonesia

Lendy Prabowo (Mahasiswa S2 EPES UI)

Energi panas matahari/solar energy adalah salah satu energi terbarukan yang memiliki potensi sangat besar untuk dikembangkan di daerah beriklim tropis. Indonesia yang terletak di jalur garis khatulistiwa tentunya menjadi salah satu negara yang sangat berpotensi untuk memanfaatkan energi panas matahari.Di samping itu, target bauran energi nasional yang disusun oleh DEN (Dewan Energi Nasional) untuk tahun 2025, energi baru dan terbarukan pada angka 23%. Artinya target kenaikan dari tahun 2013 mencapai 17%. Salah satu isu yang diangkat ke permukaan oleh penulis, pada kesempatan kali ini adalah efisiensi energi pada gedung-gedung bertingkat. Adapun jenisnya bisa gedung pemerintahan, gedung perkantoran, gedung komersil atau bahkan komplek perumahan. Efisiensi energi yang dimaksud adalah perihal tata udara untuk pendinginan suatu ruangan/tempat. Sekitar 50% penggunaan energi pada bangunan disebabkan oleh proses-proses yang diperlukan untuk menciptakan iklim dalam ruangan buatan melalui pemanasan, pendinginan, ventilasi, dan pencahayaan. Konsumsi energi bangunan pada umumnya memakan sekitar 25 persen dari total biaya. Meningkatkan efisiensi energi dalam desain bangunan tidak hanya menghasilkan keuntungan finansial selama siklus hidup bangunan, namun juga dapat berkontribusi bagi kehidupan orang banyak dalam hal lingkungan hidup (keberlanjutan keseluruhan). Cara-cara untuk meningkatkan efisiensi energi pada proses pendinginan menggunakan energi panas matahari adalah dengan Solar Thermal Cooling dan Photovoltaic Solar Cooling. Pada kesempatan ini, penulis mencoba melakukan analisis dan studi perbandingan ditinjau dari sisi teknik, teknologi dan efisiensi.

7. Elektronika daya dan sistem pengendalian motor BLDC untuk aplikasi kendaraan listrik

Aldino Jazmi Purnomo (Mahasiswa S1 EPES UI)

Kendaraan listrik atau Electric Vehicle adalah konsep kendaraan yang menggunakan motor listrik sebagai pengeraknya dengan sumber daya listrik dari baterai. Kendaraan listrik saat ini terus dipelajari dan dikembangkan. Mengingat sumber daya minyak bumi yang dipakai kebanyakan kendaraan saat ini terus menipis, pengembangan kendaraan listrik berpeluang besar menjadi penyelesaian masalah tersebut.

Seiring dengan perkembangan jaman, kebutuhan akan sistem penggerak listrik untuk kendaraan listrik yang efisien, kecepatan torsi yang tinggi, dan perawatan yang murah semakin meningkat. Akan tetapi motor yang sering digunakan saat ini yakni motor DC ataupun motor Induksi belum mampu memenuhi kebutuhan akan hal tersebut dan tidak cocok untuk aplikasi kendaraan listrik. Oleh karena itu, digunakan motor BLDC.

Dalam penggunaan motor BLDC sebagai penggerak kendaraan listrik diperlukan suatu sistem Power Electronics yang handal. Fokus dari Skripsi ini adalah membahas perancangan desain BLDC Motor Control System yang handal dan efisien untuk digunakan sebagai penggerak kendaraan listrik dan membahas pembuatan prototipe BLDC Motor Controller tersebut. Kontroller ini diharapkan mampu berperan sebagai driver motor BLDC yang Robust dan dapat mengendalikan kecepatan, percepatan, dan arah putaran motor. Disamping itu juga memiliki efisiensi yang tinggi dan bersifat fleksibel karena dapat diprogram dan diubah-ubah melalui mikrokontroller.

Untuk rencana penelitian dibagi menjadi 7 langkah dalam 3 tahap. Tahap pertama Riset yaitu mengkaji jurnal dan sumber lain terkait pembuatan BLDC Controller dan mempelajarinya serta Pembuatan Desain Sistem Secara Umum, melakukan simulasi awal, dan membuat draft coding. Tahap kedua yaitu Memilih komponen sesuai spesifikasi dan kebutuhan pembuatan controller sekaligus pemesanan dan pembelian komponen, Menguji kondisi komponen dan membandingkan dengan datasheet, serta Routing, soldering, dan perangkaian sistem secara keseluruhan sampai BLDC motor controller siap untuk digunakan. Sedangkan tahap ketiga atau yang terakhir adalah Pengujian BLDC controller yang dilakukan di dalam Laboratorium menggunakan osiloskop dan test drive kendaraan listrik serta Melakukan analisa dan evaluasi berdasarkan hasil pengujian BLDC motor controller.

8. Mesin Stirling Sebagai Penggerak Mula Bagi Pembangkitan Listrik Skala Kecil

Ginas Alvianingsih (Mahasiswa S1 EPES UI)

Energi listrik telah menjadi kebutuhan mendasar manusia di seluruh dunia termasuk bagi rakyat Indonesia. Namun masih banyak desa-desa di pelosok Indonesia yang belum mendapatkan listrik. Padahal, listrik sangat berpengaruh pada produktivitas suatu wilayah. Stirling engine merupakan mesin yang dapat mengubah energi panas menjadi energi mekanik dengan memanfaatkan kompresi dan pemuaian dari gas pada temperatur yang berbeda. Dengan input berupa panas, mesin stirling menghasilkan suatu gerak yang dapat dimanfaatkan sebagai penggerak generator untuk membangkitkan listrik. Salah satu kelebihan mesin stirling adalah dapat memanfaatkan berbagai sumber panas. Untuk pemanfaatan mesin stirling di pedesaan, dapat digunakan bahan bakar berupa briket biomasa (daun, ranting, dll). Keunggulan dari penggunaan briket ini adalah bahan biomasa yang mudah didapat dan tidak memerlukan biaya. Karena latar belakang tersebut, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis penggunaan mesin striling dalam pembangkitan listrik skala kecil. Metode yang penulis gunakan yaitu dengan mempelajari dasar teori tentang termodinamika dan mesin stirling, studi literatur tentang pengaplikasian mesin stirling sebagai penggerak mula bagi generator yang sudah pernah dilakukan sebelumnya, dan dilakukan perancangan sistem. Sistem yang akan dibuat adalah mesin stirling dengan konfigurasi gamma yang dikopel dengan generator brushless DC dan beberapa komponen pendukung. Terakhir, dilakukan analisis tentang pengaruh besar perbedaan suhu input pada mesin stirling ketika digunakan sebagai penggerak mula dalam pembangkitan listrik skala kecil. Tujuan akhirnya, akan didapatkan estimasi seberapa besar perbedaan suhu yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi listrik dengan amplitudo tertentu dan setelah alat benar-benar menunjukkan kinerja yang sesuai dengan yang diinginkan, maka besar harapan agar alat ini nantinya dapat dipergunakan oleh masyarakat di daerah terpencil Indonesia sehingga produktivitas masyarakat.