ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN (Zulhajji)
45
ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN (Zulhajji)
ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN Zulhajji Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM
Abstrak Harmonisa yang ditimbulkan beban non linier dapat menyebar ke seluruh bagian sistem tenaga listrik. Distorsi bentuk gelombang tegangan dan arus yang ditimbulkan akan menjadi potensi gangguan yang serius bagi peralatan supply maupun beban listrik yang terhubung secara bersama bila melebihi batas yang ditetapkan. Data diambil melalui pengukuran harmonisa baik IHD maupun THD pada setiap bus. Pengelompokan beban atas tingkatan bus pada kasus ini dipandang cara yang cukup baik untuk mengamati perambatan harmonisa pada sistem. Melalui penelitian ini didapatkan penekanan nilai distorsi terutama pada arus harmonisa pada bus pertama sebesar THDi 2,12%, bus kedua sebesar THDi 4,13%, bus ketiga sebasar THDi 3,98% dan bus ke empat sebesar THDi 5,78%. Kata kunci : Distorsi , harmonisa-harmonisa sistem , arus harmonisa distorsi (IHD), dan tegangan harmonisa distorsi (THD). semakin
peralatan listrik seperti meteran, relay proteksi,
beragamnya peralatan listrik khususnya beban non
kapasitor dan lain-lain pada konsumen tersambung.
linier berbanding lurus dengan potensi gangguan
Penyelesaian
kualitas daya listrik. Wacana tentang jaminan kualitas
bawah/beban (down stream) akan membawa dampak
listrik selama ini masih ditujukan pada perusahaan
yang sangat berarti pada tingkat atas (up stream).
Pertumbuhan
konsumen
dan
masalah
harmonic
pada
level
pemasok listrik. Bagi kalangan konsumen isu kualitas
Manfaat dari studi ini antara lain mendeteksi
daya belum begitu popular, karena pengaruhnya
potensi gangguan akibat harmonik pada jaringan
dianggap
distribusi konsumen dan mengetahui bagaimana
tidak
signifikan
sebagai
upaya
prosedur penanganannya secara mudah dan tepat.
meningkatkan efisiensi suatu produksi. PT. Pura Nusa Persada adalah konsumen
Bagi perusahaan listrik dapat dipakai sebagai dasar
dengan daya terpasang 5000 kVA merupakan salah
untuk
satu perusahaan milik PT. Pura Group Kudus. Selama
akumulasi perambatan harmonik tinggi pada jaringan
ini gangguan masalah kelistrikan ditangani dengan
distribusi
pola kuratif, saat terjadi gangguan baru dilakukan
diantaranya adalah :
perbaikan
a.
atau
penggantian
peralatan
yang
melakukan
utilitas.
tindakan
Beberapa
preventi
tujuan
terhadap
studi
ini
Besarnya potensi harmonik dengan sumber
bermasalah. Akibatnya gangguan sering terulang
harmonic
terjadi
memonitor pada setiap tingkatan bus jaringan
karena
penyebab
masalahnya
tidak
karena keterbatasan
dan
beragam
b.
Hasil evaluasi potensi harmonic berdasarkan standar IEEE 519-1992 dan penyelesaian masalah
alat dan sumber daya manusia. Oleh karena itu evaluasi kualitas daya dapat
harmonic dengan menerapkan pendekatan yang
dilakukan sebagai slternatif mendapatkan informasi
direkomendasikan IEC dan IEEE
mengenai
bersamaan melalui simulasi.
potensi
sumber
dengan
listrik PT. Pura Nusa Persada.
dihilangkan. Diduga hal ini disebabkan sumber gangguan tidak teridentifikasi
banyak
gangguan.
Fokus
pengamatan akan ditekankan pada masalah harmonic.
secara
Aliran daya harmonic dalam sistem tenaga
Sementara itu pengaruh harmonisa baik secara
diilustrasikan
kuantitatif maupun
aliran daya fundamental dan aliran daya harmonic
46
kualitatif berpengaruh
pada
dan dipakai untuk mengapresiasikan
ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN (Zulhajji)
(Arillaga dkk, 1985). Generator G merupakan sumber tegangan
sinusoidal
dasar
dan
mencatu
suatu
a.
Total Harmonic Distortions (THD)
THD tegangan :
konverter statis terkendali beban resistif melalui impedansi sistem (Rs + JXs). Generator mencatu daya
¥
dasar Pgi melalui PCC. Sebagian besar daya ini
THDV =
mengalir ke beban, dan sebagian kecil mengalir ke converter. Selain itu juga rugi yang dicatu ke resistansi sistem.
åV
2 h
h= 2
x100
V1
THD arus :
Tegangan generator adalah sinusoidal pada ¥
frekuensi dasar, sehingga dayanya juga berfrekuensi dasar dan dalam diagram ini terlihat sebagai
THD I =
pembangkit arus harmonic. Sedangkan converter
åI
2 h
h= 2
x100
I1
terlihat sebagai pembangkit arus harmonik. Sebagian kecil daya dasar ditransformasikan menjadi daya
Yang didefinisikan sebagai perbandingan
harmonik , yaitu Psh dan Pgh yang kembali menuju
nilai rms komponen harmonic terhadap komponen
resistansi sistem dan generator. Sebagian besar daya
dasar dan biasanya dalam persen. Indeks ini
harmonik mengalir menuju beban Plh. Karena Rs dan
digunakan untuk mengukur penyimpangan dari
R1 terhubung seri, maka perbandingan antara Plh
bentuk gelombang satu periode yang mengandung
/(Psh + Pgh) juga dapat diekspresikan sebagai R1/(Rs
harmonic pada satu gelombang sinus sempurna.
+ Rg). Dalam prakteknya , R1/(Rs + Rg) adalah
Untuk satu gelombang sinus sempurna pada frekuensi
sangat besar, dan untuk alas an ini bagian daya
dasar, THD adalah nol. Demikian pula, pengukuran
harmonic yang mengalir dalam sistem arus bolak-
distorsi harmonic individual untuk tegangan dan arus
balik adalah kecil, dan arus akan terdistorsi. Rugi total
pada orde ke-h didefinisikan sebagai Vh/V1 dan Ih/I1.
dalam impedans sistem terdiri atas rugi-rugi dasar Ps1, dicatu dari generator, dan rugi daya harmonic
b.
Total Demand Distortions (TDD)
dari converter , Psh + Pgh. Rugi ini dalam sistem ¥
adalah lebih besar dengan perbandingan dalam hubungannya dengan rugi yang diakibatkan oleh
TDD =
beban liniar. Impedans sistem pencatu biasanya jauh
åI
2 h
h =2
I1
x100
lebih kecil dari bagian paralel beban takliner. Bagaimanapun, arus harmonic akan terbagi sesuai
dalam 15 atau 30 menit dalam frekuensi
dengan perbandingan impedans. Dalam evaluasi harmonic bebebrapa indeks penting
berikut
digunakan
Dengan Il, adalah permintaan arus beban maksimum,
untuk
melukiskan
pengaruh harmonic pada komponen sistem tenaga.
Menurut
rekomendasi
IEC
setiap
dasar.
peralatan
disyaratkan memenuhi batas persyaratan harmonic. Sedangkan menurut rekomendasi IEEE pada setiap PCC
masing-masing
konsumen
yang
perlu
disyaratkan. Efek
harmonic
dapat
diminimisasi
dengan
mempergunakan tapis pasif yang dipasang secara shunt pada beban. Jenis tapis ada kekhasan yakni pembuatannya
dengan mengatur impedansi pada
47
ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN (Zulhajji)
tapis. Impedansi yang didapat diperoleh pada keadaan
METODE
mendekati frekuensi resonansi. Tapis jenis ini dapat melaksanakan pengurangan harmonic untuk satu
Tahapan – tahapan penelitian sebagai berikut :
frekuensi tunggal secara efektif. Tujuan utama
a.
Pembuatan
model
pemasangan tapis pasif parallel adalah :
konsumen
industri
a. Untuk mengurangi tegangan harmonic dan arus
pengukuran beban linier dan nonlinier.
harmonic dalam jaringan ac pada level yang
b.
sistem dengan
distribusi data
listrik
jaringan,
Analisis dan evaluasi hasil perhitungan THDv di bus dan THDi di branch pada setiap virtual PCC
diizinkan.
yang ditentukan sesuai dengan standar IEEE.
b. Menyediakan seluruhnya atau sebagian daya reaktif yang dibutuhkan oleh beban takliniar
c.
virtual PCC yang memiliki THD melebihi batas
merupakan langkah awal penalaran tapis.
standard an pengujian kembali nilai THDv dan
Faktor kualitas suatu tapis pasif parallel
THDi-nya.
merupakan ketajaman penalaran, dan merupakan perbandingan antara induktansi atau kapasitansi
Mendisain tapis untuk bus/branch pada lokasi
d.
Memonitor pengaruh harmonic baik sebelum dan
dengan resistansinya pada saat beresonansi. Tapis
sesudah virtual PCC dipasang tapis pada lokasi
pasif parallel dengan Q tinggi ditala pada satu
dan jenis tapis yang memberi pengurangan secara
harmonic berfrekuensi rendah, misalnya harmonic ke
efektif.
-5 dan nilai Q-nya berkisar antara 30 dan 60, tapis ini disebut single tuned filter. Tapis ini merupakan untai RCL seri, yang ditala pada satu frekuensi harmonic (harmonic
orde
rendah)
dengan
HASIL DAN PEMBAHASAN
persamaan Sumber harmonic pada PM 7.1 adalah
impedansinya adalah :
kontribusi dari berbagai bus antara lain MCC 71
1 ö æ Z = R + j ç wL ÷ wC ø è
dengan beban 187.2 kVA dan PF 0,47 dengan THDv 1,67% dan THDi 3,64%, MCC 72 dengan beban 192,6 kVA dan PF 0,81 dengan THDv 1,96% dan
Yang pada frekuensi resonansinya (fr) direduksi
THDi 14,65% dan MCC 73 dengan beban 571,4 kVA
menjadi R.
dan PF 0,85 dengan THDv 2,89%, THDi 9,44%.
fr =
1
Potensi harmonic terdapat pada bus MCC.72 dan
2p LC
MCC. 73 dimana THDi-nya melebihi batas 5%. Sumber harmonic ini berimbas pada bus PM. 71 atau
Ada dua parameter pokok yang harus
virtual PCC.A dimana hasil evaluasi menunjukkan
dipertimbangkan untuk menentukan R, C, dan L yaitu
nilai THDv sebesar 1,13% dan THDi-nya sebesar
factor kualitas Q, dan revisi frekuensi tala. Q untuk
3,10%.
STF (single Tuned Filter) dihitung dengan persamaan
menunjukkan kontribusi harmonic yang signifikan
sebagai berikut :
pada sistem karena dari evaluasi tidak ditunjukkan
Q=
Xo R
Secara
parsial
pada
PCC.A
tidak
nilai yang melebihi batas. Bentuk gelombang arus yang
ditunjukkan
tidak
begitu
baik.
Simulasi
Dengan Xo adalah induktans L atau kapasitans C saat
pemasangan filter menentukan pada bus MCC.71
frekuensi resonans.
perlu dipasang filter single tuned dengan nilai XL 0,007 ohm dan XC 0,138 ohm. Begitu pula pada bus
48
ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN (Zulhajji)
PM.71 perlu dipasang filter dengan nilai R 0,001
lain. Koordinasi filter yang tepat memberikan
ohm, XL 0,014 ohm dan XC 0,262 ohm.
pengaruh positif pada sistem ditunjukkan penurunan
Mempertimbangkan pula pemasangan filter
yang berarti pada bus Pm.71 memiliki THDi 2,12%
adalah
bus PM.72 memiliki THDi 4,13% bus PM.81
perubahan pada PCC.A adalah nilai THDv sebesar
memiliki THDi 3,98% dan bus PM.82 memiliki THDi
1,29% dan THDi-nya 2,12 %. Sumber harmonic pada
5,78%.
pada lokasi lain, hasil yang dapat diamati
PM 72 adalah kontribusi dari berbagai bus antara lain
Perlu dikembangkan lagi pemodelan dan
: MCC.74 dengan beban 202,7 kVA dan PF 0,84
simulasi distorsi harmonic pada bus dengan sistem
dengan THDv 3,29% dan THDi 7,91%, MCC.76
tiga fasa yang tidak seimbang dengan sumber
dengan beban 203,8 kVA dan PF 0,74 dengan THDv
harmonic yang tidak seimbang pula pada setiap
3,57% dan THDi 4,03% dan MCC.77 dengan beban
fasanya.
278,3 kVA dengan PF 0,84 dengan THDv 3,58% dan THDi 3,02 %. Potensi harmonic terdapat pada
DAFTAR PUSTAKA
MCC.74 THDi-nya melebihi batas 5%. Sumber harmonic ini berimbas pada bus PM.72 atau virtual PCC.B dimana hasil evaluasi menunjukkan nilai THDv sebesar 2,93 % adan THDi sebesar 5,4%. Secara parsial pada PCC.B satu bus diMCCnya mampu memberi kontribusi harmonic yang signifikan pada bus diatasnya ditunjukkan hasil evaluasi yang menunjukkan melebihi batas. Nilai THDi didominasi oleh harmonic ke-5 melebihi batas standar sedangkan
Arrilaga, 2000. Power System Quality Assesment. John Wiley & Sons Ltd. New York. Day Al, Mahmud AA, 1987. Methode of Evaluation of Harmonic Levels In Industrial Plant Distribution systems. IEEE Transc. On Industrial Aplications Vol 1A.23.no. 3, pp.498-503. New York. Emanuel AE, 1993. A Survey of Harmonic Voltages and Currents at The Customers Bus. IEEE Transc. On Power Delivery. New York.
THDv pada semus harmoniknya masih di bawah batas. Simulasi dengan pemasangan filter pada bus PM.72 dilakukan dengan filter single tuned dengan nilai R 0.009 ohm, XL 0,15 ohm dan XC 3,62 ohm.
Sabar Nababan, 2001. Tapis Paralel Pasif Untuk Mengurangi Distorsi Harmonik Beban taklinier. Thesis JTE FT-UGM, Yogyakarta. Suprianto, 2005. Evaluasi harmonic Pada Sistem Tenaga Listrik . Thesis JTE FT –UGM , Yogyakarta.
SIMPULAN DAN SARAN Secara umum perhitungan harmonic yang
Yan Y, 1994. Harmonic Analysis for Industrial Customers. IEEE Transc. On Industrial Aplication. Vol 30. New York.
dilakukan memiliki distorsi tinggi pada nilai THDi disbanding THDv pada virtual PCC. Terhitung pada bus PM.71 memiliki THDv sebesar 1,13% dan THDi 3,10%, bus PM.72 memiliki THDv sebesar 2,93% dan THDi 5,48%, bus PM.81 memiliki THDv sebesar 4,72% dan THDi 22,91% dan bus PM.82 memiliki THDv sebesar 3,57% dan THDi 14,15%. Penentuan
ukuran
filter
perlu
mempertimbangkan pengaruhnya terhadap bus-bus
49
