ANALISIS PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN DAN HARMONISA TERHADAP PEMBEBANAN DI KAWAT NETRAL DAN RUGI DAYA TRANSFORMATOR

ANALISIS PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN DAN HARMONISA TERHADAP PEMBEBANAN DI KAWAT NETRAL DAN RUGI DAYA TRANSFORMATOR Iwa Garniwa M K, Pursito Departemen Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Indonesia ABSTRAK Transformator merupakan salah satu komponen pentig dalam sistem tenaga listrik.Dalam penggunaaannya banyak ditemui kasus pembebanan yang tidak seimbang untuk setiap fasanya.Ketidakseimbangan beban tersebut mengakibatkan pembebanan pada kawat netral yang mengakibatkan losses pada transformator.Selain itu banyaknya penggunaan beban nonlinier mengakibatkan adanya distorsi harmonik yang menimbulkan peningkatan frekuensi yang lebih besar dari frekuensi fundamentalnya.Adanya distorsi harmonik ini juga berkontribusi dalam peningkatan losses yang terjadi pada transformator.Dari hasil pengujian diperoleh kesimpulan bahwa semakin tinggi tingkat ketidakseimbangan beban dan distorsi harmonik maka semakin tinggi tingkat pembebanan di kawat netral yang mengakibatkan meningkatnya rugi-rugi transformator. Pada pengujian diperoleh nilai ketidakseimbangan sebesar 52,7746 % dan THD arus fasa R sebesar 132.81 %, fasa S sebesar 135.38 % dan fasa T sebesar 111.04 % dengan besarnya arus di netral sebesar 0,6298 A. Kata kunci: Transformator, harmonik, beban tidak seimbang, losses, Efisiensi

ANALIYSIS OF INFLUENCE OF IMBALANCE LOAD AND HARMONIC AGAINST IMPOSITION IN NEUTRAL WIRE AND POWER TRANSFORMER LOSS ABSTRACT The transformer is one trivial component in the power system. unbalanced load often occurs in the use of transformers. Unbalanced load results in the imposition of the neutral wire that resulted in losses in the transformer. In addition to the use of non-linear loads cause harmonic distortion which gives rise to a greater frequency of the fundamental frequency. Harmonic distortion is also contributing to enhancement of losses that occurred in the transformer. From the tests result can be inferrd that higher level unbalanced load and harmonic distortion, higher level of neutral wire loading will be. The higher neutral wire loading will cause the increase of transformer’s loss. The tests result show the unbalanced level of 52,7746 %, THD of phase R current of 132.81 %, THD of phase S current of 135,38 %, THD of phase T current of 111,04 % as the neutral current is 0,06298 A. Keyword: Transformer, harmonic, unbalance load, losses, efficiency

1

Analisis pengaruh ..., Pursito, FT UI, 2013

Universitas Indonesia

I. LATAR BELAKANG Dalam sistem distribusi di Indonesia, digunakan transformator dengan hubungan deltabintang untuk menyuplai listrik ke beban melalui jaringan tegangan rendah. Beban dalam hal ini pelanggan memperoleh suplai listrik satu fasa, sehingga setiap pelanggan belum tentu memperoleh suplai dari fasa yang sama dari jaringan tegangan rendah. Dengan karakteristik beban dan jumlah langganan daya yang berbeda untung setiap pelanggan, menyebabkan adanya ketidakseimbangan beban pada fasa-fasa jaringan.Sebagai akibatnya terjadi pembebanan pada kawat netral. Sistem tenaga listrik si Indonesia telah dirancang untuk bekerja dengan frekuensi fundamental 50 Hz. Sehingga listrik yang diterima oleh beban (pelanggan) empunyai gelombang dengan frekuensi 50 Hz. Dengan kemajuan teknologi saat ini memicu pesatnya perkembangan perangkat elektronika. Didukung oleh perkembangan ekonomi yang sebanding dengan perkembangan teknologi ini, sehingga daya beli masyarakat juga meningkat.Hal ini ditandai banyak perangkat elektronika yang banyak digunakan oleh pelanggan listrik di Indonesia. Perangkat elektronika tersebut merupakan beban non-linier.Diketahui bahwa beban non-linier menimbulkan perubahan gelombang keluaran arus dan tegangan dari karakteristik fundamentalnya.Perubahan ini disebut dengan distorsi harmonik. Distorsi harmonik ini mengakibatkan rusaknya gelombang fundamental sehingga frekuensi gelombang listrik mengalami peningkatan dan tidak lagi sama dengan 50 Hz. Kenaikan frekuensi ini mengakibatkan timbulnya efek permukaan (skin effect) yang dsapat memicu peningkatan rugi tembaga (copper losses) dan rugi arus eddy (eddy current losses) pada transformator daya. Selain itu juga dapat mengakibatkan pembebanan lebih pada kawat netral. Dengan peningkatan ketidakseimbangan beban dan distorsi harmonik yang ditimbulkan oleh beban yang disuplai, mengakibatkan penurunan efisiensi transformator daya yang digunakan.Selain itu, penurunan kapasitas transformator atau derating juga dapat terjadi sehingga dapat mengakibatkan penurunan kinerja bahkan kerusakan pada transformator.

II. TRANSFORMATOR DAN HARMONIK A.

TRANSFORMATOR Transformator merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk menaikkan level

tegangan maupun arus tanpa mengubah daya dan frekuensi dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetis. Transformator bekerja pada listrik arus bolak-balik AC. 2



Transformator dalam bidang Ketenagalistrikan digunakan secara luas mulai dari pengukuran hingga digunakan sebagai salah satu komponen dalam sistem tenaga listrik.Dalam sistem tenaga listik transformator digunakan sebagai penaik tegangan maupun penurun tegangan.Transformator daya digunakan pada gardu induk maupun gardu-gardu distribusi. Selain itu terdapat transformator arus yang digunakan sebagai salah satu input relay dalam sistem proteksi tenaga listrik.

B.

PEMBEBANAN TIDAK SEIMBANG PADA TRANSFORMATOR Dalam penggunaannya transformator tiga fasa tidak selalu dibebani dengan seimbang

di ketiga fasanya.Sebagai contoh dalam sistem distribusi terjadi ketidakseimbangan beban akibat karakteristik beban yang terhubung pada transformator berbeda-beda untuk ketiga fasanya. Yangdimaksuddengankeadaan seimbangadalahsuatukeadaandimana: 1.) Ketigavektorarus/tegangansamabesar. 2.) Ketigavektorsalingmembentuksudut120osatusamalain. Sedangkanyang dimaksud dengan keadaan tidakseimbangadalahkeadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada3, yaitu: 1.) Ketigavektorsamabesartetapitidakmembentuksudut120osatusamalain. 2.) Ketigavektortidaksamabesartetapimembentuksudut120osatusamalain. 3.) Ketigavektortidaksamabesardantidakmembentuksudut120o satusama lain.

Gambar 1 Diagram Vektor Arus Beban

3



Gambar 1a menunjukkan penjumlahan ketiga vector arusnya (IR, IS, IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 1b menunjukkan vector diagram arus yang tidak seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vector arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan nol sehingga muncul arus netral (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya. C.

HARMONIK Seperti yang telah diketahui bahwa beban nonlinier merupakan penyebab utama

timbulnya harmonik.Beban nonlinier mengakibatkan bentuk gelombang arus tidak menyerupai bentuk gelombang tegangan yang diterima oleh beban tersebut. Gelombang arus akan mengalami distorsi sehingga tidak proporsional terhadap bentuk gelombang tegangan karena arus yang mengalir menyesuaikan dengan karakteristik beban yang tidak linier tersebut. Selain itu nilai peak dari gelombang arus juga mengalami peningkatan jika dibandingkan dengan arus yang mempunya gelombang yang proporsional terhadap tegangannya.Gambar dibawah ini dapat menggambarkan pengaruh beban linier terhadap gelombang arus yang terbentuk.

Gambar 2 Distorsi gelombang arus [1]

Saat terdapat gelombang dengan bentuk identik di setiap siklusnya, dapat disimpulkan bahwa gelombang tersebut merupakan penjumlahan dari beberapa gelombang sinusoidal murniyang mempunyai frekuensi dari hasil perkalian bilangan bulat dari frekuensi fundamental yang telah terdistorsi.Kelipatan interger pada frekuensi fundamental ini yang disebut dengan harmonik. Untuk memecahkan penjumlahan gelombang dari siklus ke siklus dapat digunakan deret fourier. Berikut merupakan representasi deret fourier dari gelombang terdistorsi.

4



Konsep deret fourier selanjutnya akan digunakan untuk menganalisa harmonik. Dimana analisa dilakukan secara terpisah untuk setiap orde frekuensinya dan diakhir akan dijumlahkan hasil keluaran dari hasil analisa terpisah tersebut sehingga diperoleh gelombang akhirnya.

Gambar 3 Representasi deret fourier dari gelombang terdistorsi [1]

Gelombang yang telah terdistorsi dapat diperoleh dengan menjumlahkan secara aljabar gelombang dasar dengan gelombang yang dihasilkan disetiap siklus dimana memiliki frekuensi dan amplitudo yang berbeda-beda.

= + √2 sin2 − 2.1

Y0

: Amplitudo dari komponen arus searah, dalam jaringan distribusi bernilai nol

Yn

: Nilai rms dari komponen harmonik ke-n

f

: Frekuensi fundamental (50 Hz)

φn

: Sudut fasa dari komponen harmonik ke-n

Persamaan fourier ini dapat digunakan untuk memecah gelombang yang telah terdistorsi menjadi gelombang fundamental dan gelombang harmonik. Hal ini menjadi dasar untuk menganalisa harmonik pada sistem tenaga listrik.

D.

EFEK DISTORSI HARMONIK PADA TRANSFORMATOR DAYA Transformator dibuat untuk memikul beban dengan daya yang tersalurkan mempunyai

losses yang sekecil mungkin pada frekuensi fundamental.Distorsi harmonik pada arus dan tegangan

aakan

menyebabkan

efek

yang

signifikan

terhadap

pemanasan

pada

transformator.Secara umum suatu transformator dengan nilai distorsi melebihi 5 persen adalah tanda bahwa transformator tersebut mengalami derating akibat harmonik [1]. 5



1) Terdapat tiga hal yang dapat menimbulkan adanya peningkatan pemanasasn pada transformator yang merupakan pengaruh adanya distorsi harmonik : 2) Kenaikan arus rms. Saat komponen harmonik turut serta mengalir dengan arus beban, nilai rms dari arus beban akan mengalami peningkatan. Hal ini dapat menyebabkan arus yang mengalir pada transformator melebihi arus ratingnya. Kenaikan nilai rms arus menyebabkan peningkatan losses pada konduktor penghantar. 3) Peningkatan rugi-rugi arus eddy. Arus eddy merupakan arus induksi yang disebabkan oleh fluks magnetik. Arus tersebut mengalir pada seluruh bagian transformator yang terbuat dari bahan penghantar sehingga menyebabkan pemanasan tambahan. Nilai losses ini sebanding dengan kuadrat dari frekuensi-frekuensi arus harmonik. 4) Kenaikan nilai rugi inti biasanya bernilai tidak terlalu besar. Hal ini tergantung dari jenis laminasi ini yang digunakan dan juga desain dari ini transformator itu sendiri. Rugi-rugi pada transformator terdapat dua jenis yaitu rugi tanpa beban atau no load loss (PNL) dan rugi oleh beban atau load-related loss (PLL).PLL merupakan fungsi dari arus beban, sehingga dapat dibagi menjadi rugi tembaga (PR) dan stray losses (PST). Salah satu penyebab adanya stray losses adalah rugi arus eddy (PEC). Dengan demikian untuk suatu keadaan dimana distorsi harmonik terjadi di luar batas wajar, PEC menjadi cukup dominan sehingga harus dipisahkan dari stray losses[1]. = + 2.2 = +

!

+ " 2.3

Berdasarkan uraian di aas, rugi-rugi yang dapat berpengaruh secara signifikan akibat pengaruh adanya komponen harmonik pada tegangan maupun arus beban adalah pad arugirugi tembaga, rugi stray atau histeresis dan rugi arus eddy.

III. DESAIN DAN HASIL EKSPERIMEN PENGUJIAN A. DESAIN EKSPERIMEN Untuk menganalisa rugi-rugi (losses) yang terjadi dilakukan dengan membandingkan daya yang disuplai ke transformator dan daya keluaran transformator. Untuk mengukur daya yang masuk ke transformator dilakukan dengan mengukur daya yang masuk pada sisi primer transformator. Begitu pula yang dilakukan untuk mengukur daya keluaran pada transformator 6



yaitu dengan mengukur daya pada sisi sekunder transformator. Alat pengukur daya yang digunakan adalah HIOKI Power Quality Analyzer 9625. Dengan menggunakan alat tersebut akan didapatkan nilai-nilai paramater yang dibutuhkan untuk menganalisis pengaruh beban tidak seimbang dan distorsi harmonik terhadap nilai rugi-rugi daya pada transformator. Parameter-parameter tersebut adalah nilai tegangan [V]; arus [A]; daya [W, VAR, VA]; faktor daya; frekuensi sistem [Hz]; THD [%]; dan sudut fasa [ᵒ] komponen harmonik arus; komponen harmonik tegangan, serta bentuk gelombang arus dan tegangan sistem.

Gambar 4 Transformator Lab-volt EMS 8512-05

Objek penelitian dalam penulisan skripsi ini adalah transformator tiga fasa sebagai representasi dari transformator yang digunakan pada gardu distribusi dalam sistem tenaga listrik.Namun, transformator tiga fasa yang digunakan di sini merupakan susunan dari tiga buah transformator satu fasa yang dirangkai sehingga berfungsi seperti transformator tiga fasa.Transformator yang digunakan adalah transformator satu fasa buatan Lab-volt seri EMS 8512-05. Transformator ini mempunyai rating 420 VA dengan tap tegangan yang digunakan adalah 220V/190V. Hal ini bertujuan agar beban yang digunakan masih mampu bekerja walaupun tidak pada tegangan nominalnya, karena selisih tegangan yang diberikan tidak terlalu jauh dari tegangan nominalnya.

7



Gambar 5 Rangkaian Pengujian Pembebanan Transformator Beban No R

S

T

1

LP 50W

LP 50W

LP 50W

2

LP 50W

LP 20W

LP 30 W

3

LP 50W

LP 75W

LP 20 W

4

LHE 50W

LHE 50W

LHE 50W

5

LHE 50W

LHE 20W

LHE 30W

6

LHE 50W

LHE 75W

LHE 20W

7

LP 25W + LHE 25W

LP 25W + LHE 25W

LP 25W + LHE 25W

8

LP 25W + LHE 25W

LP 10W + LHE 10W

LP 10W + LHE 20 W

9

LP 25W + LHE 25W

LP 50W + LHE 25W

LP 10W + LHE 10 W

Tabel 1 Skenario Pembebanan Pengujian Pembebanan Transformator

B. PELAKSANAAN EKSPERIMEN Pelaksanaan pengujian dilakukan dengan mengukur parameter-parameter kelistrikan yang dibutuhkan dalam analisa meliputi daya, arus, harmonisa dan tegangan dari pengujian yang dilakukan.Beban yang digunakan sesuai dengan skenario yang telah ditentukan dalam perencanaan.Data direkam dengan menggunakan power quality analyzer, dengan durasi pengujian selama satu menit untuk setiap variasi beban.Berikut ini adalah beberapa dokumentasi pelaksanaan pengujian.

8



Gambar 6 Pelaksanaan Pengujian Pembebanan Transformator Tabel 2 Data Arus Hasil Pengujian Pembebanan Transformator No

Beban R

S

T

Arus (A) R S

T

N

1

LP 50W

LP 50W

LP 50W

0.2019

0.1706

0.1663

0.0299

2 3

LP 50W LP 50W

LP 20W LP 75W

LP 30 W LP 20 W

0.2023 0.2025

0.1209 0.264

0.1678 0.1325

0.0637 0.1028

4

LHE 50W

LHE 50W

LHE 50W

0.3937

0.3773

0.3667

0.5914

5

LHE 50W

LHE 20W

LHE 30W

0.2824

0.1094

0.2114

0.4111

6

LHE 50W

LHE 75W

LHE 20W

0.3793

0.5341

0.1354

0.6298

7

LP 25W+ LHE 25W LP 25W+ LHE 25W LP 25W+ LHE 25W

LP 25W + LHE 25W LP 10W + LHE 10W LP 50W + LHE 25W

LP 25W+ LHE 25W LP 10W+ LHE 20 W LP 10W+ LHE 10 W

0.2361

0.1873

0.2309

0.2467

0.2375

0.1517

0.2458

0.2161

0.2347

0.2805

0.1704

0.2282

8 9

Tabel 3 Data THD Arus Hasil Pengujian Pembebanan Transformator No

Beban

1

R LP 50W

S LP 50W

T LP 50W

R 2.74

THD Arus (%) S 2.27

T 1.98

2

LP 50W

LP 20W

LP 30 W

2.7

1.93

2.24

3 4

LP 50W LHE 50W

LP 75W LHE 50W

LP 20 W LHE 50W

2.71 129.35

2.09 124.59

2.14 123.81

5

LHE 50W

LHE 20W

LHE 30W

129.76

148.6

118.25

6

LHE 50W

LHE 75W

LHE 20W

132.81

7

LP 25W + LHE 25W LP 25W + LHE 25W LP 25W + LHE 25W

LP 25W + LHE LP 25W + LHE 60.52 25W 25W LP 10W + LHE LP 10W + LHE 61.09 10W 20 W LP 50W + LHE LP 10W + LHE 61.14 25W 10 W

8 9

135.38

111.04

70.52

58.34

41.77

55.19

44.59

35.16

9



C. SKENARIO ANALISIS Analisis yang akan dilakukan adalah analisa data pengujian dan analisa hasil pengolahan data pengujian yang telah dilakukan. Berikut ini adalah analisa-analisa yang akan dilakukan. 1) Analisa Pembebanan Dari hasil pengukuran dapat diketahui besarnya beban yang diberikan pada transformator.Hal ini dapat dilihat dengan menghitung arus yang terdapat pada setiap fasa yang merepresentasikan beban di setiap fasa tersebut sehingga diperoleh presentase pembebanan transformator.

&

$% =

√3 × (

3.1

$)*)+, = $ + $ + $" 3.2 % ./01/122 =

$)*)+, × 100% 3.3 $%

2) Analisa Ketidakseimbangan Setelah di ketahui besarnya arus di setiap fasanya dan besarnya beban maksimum transformator dapat diketahui presetase ketidakseimbangan beban yang terjadi pada pembebanan transformator tersebut. % 4/56247/501282 =

9:;7 272 /:1/72: < 100% 3.4 2:;7 272 :22 − :22

3) Analisa THD Arus dan Tegangan Dari alat ukur yang digunakan juga diperoleh besarnya THD yang telah direkam selama pengujian dilakukan.Dari data tersebut dapat dibandingkan dengan standar batas harmonik yang terdapat pada IEEE standards 519-1992. Berikut merupakan batas toleransi THD tersebut Tabel 4 Standar THD arus IEEE Distorsi Arus Harmonik Maksimum dalam % Nilai Fundamental Isc/IL

THD

< 20

5

20-50

8

50-100

12

100-1000

15

> 1000

20

10



Tabel 5 Standar THD tegangan IEEE D isto rsi T eg ang an H armo nik dala m % N ilai F unda menta l

Sistem T ega nga n

< 6 9 kV

69 -13 8 kV

> 13 8 k V

T HD

5

2.5

1.5

4) Analisa Pengaruh Harmonisa Dari penjelasan yang ada di bab-bab sebelumnya diketahui bahwa adanya distorsi harmonik mengakibatkan adanya peningkatan nominal arus di kawat netral dan peningkatan rugi-rugi yang terjadi. Berikut adalah analisanyanya: • Terhadap Netral Arus tiap orde harmonik $ = $> sin 3?) 3.5

$ = $> sin3?) + 120ᵒ 3.6

$" = $> sin3?) + 240ᵒ 3.7 Arus Netral $D)E+,F> = $ + $ + $" 3.8 $ =

1

√2

I I I H$> + $>I + $>J + ⋯ + 1I> 3.9

• Terhadap Rugi-rugi = $> I + M $> I × ℎI O

!F 3.10

I

∆$ I Q = R$> I − $> S:6/1 3.11

∆TU − Q = VR$> I × ℎI W ×

!F 3.12

IV. HASIL EKSPERIMEN A. PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL Dari data yang diperoleh juga dapat diketahui bahwa adanya ketidakseimbangan beban mengakibatkan adanya arus yang mengalir di kawat netral. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada data berikut:

11



Tabel 6 Hubungan Ketidakseimbangan terhadap Arus Netral

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9

R LP 50W LP 50W LP 50W LHE 50W LHE 50W LHE 50W LP 25W + LHE 25W LP 25W + LHE 25W LP 25W + LHE 25W

Beban S LP 50W LP 20W LP 75W LHE 50W LHE 20W LHE 75W LP 25W + LHE 25W LP 10W + LHE 10W LP 50W + LHE 25W

T LP 50W LP 30 W LP 20 W LHE 50W LHE 30W LHE 20W LP 25W + LHE 25W LP 10W + LHE 20 W LP 10W + LHE 10 W

% ketidakseimbangan

IN (A)

12.4165 23.6049 32.2204 3.8147 40.4509 52.7746

0.0299 0.0637 0.1028 0.5914 0.4111 0.6298

8.2531

0.2467

16.1260

0.2161

22.7392

0.2282

Data di atas menunjukkan hubungan antara komposisi variasi pembebanan terhadap tingkat ketidakseimbangan serta arus netral yang dihasilkan. Dari data di atas diketahui bahwa ketidakseimbangan beban mengakibatkan adanya arus yang mengalir di kawat netral. Hal ini disebabkan oleh perbedaan besarnya beban yang terhubung disetiap fasa mengakibatkan besarnya arus yang mengalir di setiap fasa berbeda. Selain itu arus di setiap fasa tidak lagi mempunyai beda sebesar 120ᵒ lagi. Kondisi ini mengakibatkan nilai arus netral tidak lagi sama dengan nol. Semakin tinggi tingkat ketidakseimbangan beban yang terjadi maka semakin besar pula arus yang mengalir di netral. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 7 Grafik Hubungan Ketidakseimbangan terhadap Arus Netral

12



Untuk menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap tingkat pembebanan di kawat netral, dapat dilihat tren grafik untuk beban nomor 1 hingga nomor 3 saja. Hal ini disebabkan oleh karena beban nomor 4 hingga nomor 9 merupakan beban nonlinier, sehingga arus netral yang dihasilkan bukan hanya pengaruh ketidakseimbangan beban saja namun juga adanya harmonisa. Dari tren grafik beban nomor 1 hingga nomor 3 diketahui bahwa semakin tinggi tingkat ketidakseimbangan beban maka semakin besar pula tingkat pembebanan di kawat netral.

B. ANALISA THD ARUS DAN THD TEGANGAN TERHADAP STADAR IEEE Pengujian pembebanan juga mengamati harmonisa yang terjadi dengan merekam besarnya IHD dan THD pada seriap variasi beban.Dari setiap variasi beban diperoleh IHD dan THD untuk arus maupun tegangan.Sesuai tabel 3.15 dan tabel 3.16 diketahui batas tingkat THD arus maupun tegangan yang ditetapkan oleh IEEE sesuai dengan IEEE standards 5191992.Dari tabel tersebut untuk sistem yang digunakan dalam penelitian ini adalah THD tegangan maupun arus sebesar 5%.Berikut adalah data hasil pengukuran yang telah dibandingkan dengan standar IEEE. Dari kedua tabel di atas diketahui untuk semua variasi beban memiliki THD tegangan yang belum melampui ambang batas yang ditentukan oleh IEEE.Namun untuk THD arus yang terjadi sangan besar untuk variasi beban yang memiliki komposisi beban non-linier.Hal ini menunjukkan bahwa lampu hemat energi yang menggunakan lighting ballast mengaibatkan distorsi harmonik yang sangat besar.Sedangkan beban non-linier yang digunakan merupakan lampu hemat energi yang ada di pasaran yang sering digunakan oleh konsumen rumah tangga. Hal ini juga menunjukkan bahwa sistem distribusi listrik PLN mengalami distorsi harmonik yang kurang lebih sama bahkan lebih besar mengingat terdapat beban-beban perangkat elektronik yang merupakan sumber harmonisa.

13



Tabel 7 THD Arus Variasi Beban terhadap Standar IEEE 519-1992

Beban

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Fasa

THD Arus Pengukuran (%)

Standar THD Arus (%)

Keterangan

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

2.74 2.27 1.98 2.7 1.93 2.24 2.71 2.09 2.14 129.35 124.59 123.81 129.76 148.6 118.25 132.81 135.38 111.04 60.52 70.52 58.34 61.09 41.77 55.19 61.14 44.59 35.16

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Tidak melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar Melebihi standar

Tabel 8 THD Tegangan Variasi Beban terhadap Standar IEEE 519-1992

Beban

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Fasa R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

THD Tegangan Pengukuran (%) 2.06 1.58 1.93 2 1.71 2 2.01 1.67 1.92 3.51 3.08 3.08 3.23 1.76 2.42 3.21 3.81 2.1 2.27 1.87 2.12 2.24 1.61 2.15 2.16 1.79 1.85

Standar THD Arus (%)

Keterangan

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak Tidak

melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar melebihi standar

14



C. PENGARUH HARMONISA TERHADAP ARUS NETRAL Dari pengolahan data pada tabel 2 dan 3 dengan menggunakan persamaan 3.5 hingga 3.9 diperoleh data di bawah ini. Tabel 9 Tabel Pengaruh THD Arus terhadap Arus Netral Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 9

THD Arus (%) R S 2.74 2.27 2.7 1.93 2.71 2.09 129.35 124.59 129.76 148.6 132.81 135.38 60.52 70.52 61.09 41.77 61.14 44.59

T 1.98 2.24 2.14 123.81 118.25 111.04 58.34 55.19 35.16

Total 6.99 6.87 6.94 377.75 396.61 379.23 189.38 158.05 140.89

IN-hitung 0.033244 0.028813 0.026278 0.42174 0.25985 0.415217 0.168407 0.143471 0.146904

Gambar 8 Diagram Perbandingan Arus Netral Variasi Beban Seimbang 50W

Gambar 9 Diagram Perbandingan Arus Netral Variasi Beban Tidak Seimbang 50W – 20W – 30W

Dari tabel di atas diketahui bahwa besarnya THD sebanding dengan peningkatan nilai arus yang mengalir di kawat netral. Sesuai dengan teori yang telah diketahui bahwa harmonik akan meningkatkan nilai rms arus fasa, sedangkan arus fasa ini nantinya akan memiliki gelombang yang sefasa, sehingga arus dinetral merupakan penjumlahan dari nilai arus yang

15



mengalir di ketiga penghantar. Hal inilah yang mengakibatkan meningkatnya arus yang mengalir di kawat netral di saat THD yang terjadi meningkat pula.

Gambar 10 Diagram Perbandingan Arus Netral Variasi Beban Tidak Seimbang 50W – 75W – 20W

D. PENGARUH HARMONISA TERHADAP RUGI BEBAN Rugi akibat adanya beban (PLL) merupakan rugi transformator akibat adanya arus beban. Arus beban ini akan menimbulkan adanya rugi tembaga (I2R) dan rugi arus eddy (PECR).

Dari data yang diperoleh selama pengujian, dapat diketahui besarnya PLL yang terjadi saat

transformator dibebani selama penelitian.Untuk menghitung PLL dalam per unit dapat digunakan rumus 3.15. Selain itu, juga dapat diketahui besarnya pertambahan rugi tembaga (∆I2R) dan pertambahan rugi arus eddy (∆PEC-R). Berikut ini adalah tabel ringkasan hasil perhitungannya. Tabel 4.13 Pengaruh Besarnya THD Arus terhadap PLL Beban

Fasa

1

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

2

3

4

5

6

7

8

9

TH D Arus (%) 2.74 2.27 1.98 2.7 1.93 2.24 2.71 2.09 2.14 129.35 124.59 123.81 129.76 148.6 118.25 132.81 135.38 111.04 60.52 70.52 58.34 61.09 41.77 55.19 61.14 44.59 35.16

PL L (pu)

? I2R (pu)

? P EC- R (pu)

0.46877 0.331719 0.316512 0.468239 0.166963 0.322392 0.468768 0.792598 0.202006 38.21131 29.63809 44.06538 32.3389 4.240178 13.58792 32.17696 49.49751 4.781653 8.903498 7.546848 8.321535 9.052347 2.918566 8.606125 8.817671 7.66653 3.093504

0.00003065 0.00001495 0.00001099 0.00003005 0.00000546 0.00001413 0.00002998 0.00002836 0.00000831 0.09982306 0.08856991 0.08455266 0.09223615 0.00823157 0.02606490 0.08906924 0.17626591 0.00992816 0.01495702 0.01165583 0.01353210 0.01533370 0.00278866 0.01410772 0.01498945 0.01216372 0.00319383

0.01067821 0.00465824 0.00573395 0.00833118 0.0027084 0.00597974 0.00795108 0.00939552 0.00471813 36.36976 27.9498755 42.4698047 31.3505157 4.09745753 13.059675 30.4712412 46.1157459 4.5657149 8.26215412 7.14098335 7.70890477 8.40317668 2.65718113 7.91310457 8.18370185 6.77023626 2.76403095

16



Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa semakin besar THD arus yang terjadi maka semakin besar pula PLL yang dihasilkan. Pada data keenam fasa S, PLL mencapai nilai terbesar yaitu sebesar 49,49751. Pada beban ini THD arus yang terjadi bukan merupakan nilai terbesar jika dibandingkan dengan data yang lain, namun pada pembebanan ini fasa S dibebani dengan daya paling besar yaitu sebesar 75W yang mengakibatkan besarnya arus yang mengalir lebih besar jika dibandingkan data yang lain. Pada data keempat fasa S juga terjadi peningkatan rugi arus eddy terbesar dibandingkan data yang lainnya yaitu sebesar 46.1157459. Hal ini juga disebabkan oleh fasa S pada data keenam dibebani oleh daya paling besar yaitu 75W.Jika dilihat pada data kelima fasa S, data ini memiliki THD arus terbesar yaitu sebesar 148.6 %.Namun, pada data ini fasa S dibebani dengan daya terkecil yaitu sebesar 20W saja. Sehingga arus yang mengalir juga lebih kecil jika dibandingkan dengan data yang lain, maka dari itu besarnya PLL maupun ∆PEC-R yang dihasilkan tidak terlalu besar. Dari pengujian ini diketahui bahwa seiring meningkatnya distorsi harmonik yang dialami transformator maka meningkat pula besarnya rugi beban yang terjadi serta bertambahnya rugi arus eddy. Hal ini sesuai dengan konsep harmonisa yang telah diketahui bahwa harmonisa mengakibatkan adanya efek permukaan (skin effect) sehingga arus eddy akan mengalir di sekitar lapisan terluar dari inti transformator yang akan menimbulkan panas lebih akibat adanya interaksi fluks magnetik kumparan transformator dengan arus eddy ini.

E. Kontribusi Ketidakseimbangan Beban Dan Harmonisa Terhadap Besarnya Arus Netral Pada subbab sebelumnya telah dijelaskan analisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap besarnya arus netral dan pengaruh harmonisa terhadap arus netral secara tersendiri. Sekarang akan dilihat bagaimanakah kontribusi ketidakseimbangan beban dan harmonisa terhadap besarnya arus netral jika keduanya terdapat dalam suatu sistem. Berikut merupakan data yang telah diperoleh: Tabel 4.22 Pengaruh Ketidaksehimbangan Beban dan THD Arus terhadap Arus Netral Beban

% Ketidakseimbangan

1 2 3 4 5 6 7 8 9

12.4165 23.6049 32.2204 3.8147 40.4509 52.7746 8.2531 16.1260 22.7392

R 2.74 2.7 2.71 129.35 129.76 132.81 60.52 61.09 61.14

THD Arus (% ) S T 2.27 1.98 1.93 2.24 2.09 2.14 124.59 123.81 148.6 118.25 135.38 111.04 70.52 58.34 41.77 55.19 44.59 35.16

Total 6.99 6.87 6.94 377.75 396.61 379.23 189.38 158.05 140.89

17


IN (A) 0.0299 0.0637 0.1028 0.5914 0.4111 0.6298 0.2467 0.2161 0.2282


Grafik 10 Grafik Perbandingan Arus Netral seiring Variasi Komposisi Beban

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa harmonisa lebih berkontribusi dalam mempengaruhi tingkat pembebanan di kawat netral.Karena pada sampel data 9 walaupun terjadi penurunan tingkat ketidakseimbangan beban namun terjadi peningkatan tingkat pembebanan di kawat netral yang sangat tinggi.Selain itu, pada sampel data 6 menunjukan bahwa semakin tinggi tingkat ketidakseimbangan beban dan semakin tinggi harmonisa yang terjadi maka semakin besar tingkat pembebanan di kawat netral. V. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut. • Semakin tinggi tingkat ketidakseimbangan beban maka semakin besar pembebanan di kawat netral. Dari data pengujian diperoleh nilai ketidakseimbangan beban paling tinggi sebesar 52,7746 % dengan arus netral 0,6298 A. • Untuk seluruh pengujian dengan beban non-linier THD arus yang dihasilkan melebihi standar yang ditentukan oleh IEEE. • Semakin tinggi THD arus dan daya yang dimiliki beban maka semakin besar pembebanan di kawat netral. Dari data pengujian diperoleh nilai arus netral 0,6298 A pada beban kombinasi fasa dan THD arus R, S, dan T berurut-urut 50W dengan 132.81 %, 75W dengan 135.38 % dan 20W dengan 111.04 % . • Semakin tinggi daya beban dan THD arus semakin tinggi pula rugi beban (PLL) yang diakibatkan. Dari data pengujian diperoleh PLL terbesar 49.49751pu pada beban lampu hemat energi 75W dengan THD arus 135.38 %. • Harmonisa lebih berkontribusi dalam mempengaruhi pembebanan tingkat pembebanan di kawat netral jika dibandingkan ketidakseimbangan beban, contoh pada variasi beban seimbang 50W dari hasil pengujian ditemui kasus walaupun terjadi penurunan tingkat 18



ketidakseimbangan beban sebesar 8,6018 % namun terjadi peningkatan pembebanan di kawat netral sebesar 1877,926 % karena THD yang terjadi mengalami peningkatan yang sangat tinggi di tiap fasanya. • Ketidakseimbangan

beban

dan

distorsi

harmonik

memiliki

kontribusi

saling

menambahkan. Pada data pengujian diperoleh arus netral terbesar 0,6298 A dengan ketidakseimbangan 52,7746 % dan THD arus fasa R sebesar 132.81 %, fasa S sebesar 135.38 % dan fasa T sebesar 111.04 %. REFERENSI [1]

Roger C. Dugan, et al., Electrical Power System Quality, McGraw Hill, New York, 2002

[2]

Chapman, Stephen J., Electrical Machinery and Power System Fundamental International Edition, McGraw Hill, Singapore, 2002

[3]

IEEE Std. 519-1992 : Recommended Practices an Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems

[4]

I Wayan Sudhiarta, “Pengaruh Harmonisa terhadap Rugi-rugi Transformator pada Trafo Distribusi Gardu Tiang SI 149 padaPenyulang Lebih”, Jurnal Logic Vol. 11 No. 3, 2011

19



ANALISIS PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN DAN HARMONISA TERHADAP PEMBEBANAN DI KAWAT NETRAL DAN RUGI DAYA TRANSFORMATOR

Recommend Documents