KOMBINASI TRANSFORMA TOR DdO DAN Dyl UNTUK MENGURANGI DISTORSI HARMONIK SISTEM TENAGA LISTRIK
Himma Firdaus Pusat Penelitian Sistem Mutu dan Teknologi Pengujian - LIPI Kawasan Puspiptek Gd. 410, Cisauk, Tangerang 15314
INTISARI Arus-arus harmonik yang dibangkitkan oleh beban-beban tak-linier dapat menyebabkan munculnya berbagai masalah dalam sistem tenaga. Hal ini menimbulkan tambahan tekanan mekani/c, tekanan dielektri/c, dan panas lebih. Transformator (trafo) adalah salah satu komponen sistem tenaga yang riskan untuk terbebani lebih dengan adanya harmoni/c,bahkan ia sendiri adalah penghasil harmonik. Namun demikian, trafo mampu mengurangi tingkat distorsi harmonik arus beban dengan memanfaatkan konflgurasi kumparannya. Konflgurasi deltanya mampu mengeblok arus harmonik ketiga. Dan dalam penelitian ini, kombinasi geser fasanya terbukti mampu mengurangi arus harmonik orde 5, 7, 17 dan 19 berturut-turut sebesar 88.6 %,86.4 %,91.0 % dan 88.9 %. Kata kunci: pengurangan harmoni/c, geser fasa,
transformator
ABSTRACT Harmonic currents generated by nonlinear loads cause some problems in power system. These create additional dielectric, thermal, and mechanical stress. Transformer is one of power system components, susceptible to overload because of harmonic current existence, although transformer itself is a harmonic current source. However, transformer can reduce the level of its load current distortion. Its delta configuration blocks the third harmonic current. In this research, the combination of phase shifting is proven to reduce the 5,h, 1h, 11h and /9'h harmonic currents about 88.6 %,86.4 %, 9/.0 % and 88.9 % respectively. Key words: harmonic mitigation, phase shifting, transformer
1
PENDAHULUAN
Sistem tenaga listrik dirancang untuk beroperasi pada frekuensi 50 Hz atau 60 Hz. Namun demikian, ada beberapa tipe beban tertentu menghasilkan arus dan tegangan dengan frekuensi yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasamya. Frekuensi yang lebih tinggi ini merupakan sebuah bentuk polusi listrik yang disebut sebagai harmonik sistem tenaga. Harmonik sistem tenaga bukanlah sebuah fenomena baru. Perhatian terhadap distorsi harmonik telah mengalami pasang surut dalam sejarah ketenagalistrikan. Steinmeltz telah mempublikasikan sebuah buku pada taboo 1916 yang membahas tentang studi harmonik pada sistem tenaga listrik tiga fasa. Ia menekankan perhatiannya pada arus ketiga yang disebabkan oleh saturasi inti besi
rSSN /907-7459, AMTeQ 2006
163
dalam transformator dan mesin-mesin Iistrik. Dialah yang pertama kali mengajukan hubungan delta untuk mengeblok arus harmonik ketiga. Saat ini, sumber-sumber harmonik yang paling besar adalah beban-beban peralatan elektronika daya. Tipe beban ini menggunakan dioda, SC~ transistor daya atau saklar elektronis lainnya untuk memotong bentuk gelombang sinusoidal tegangan. Pemotonganini berfungsi untuk mengendalikandaya atau mengubah sumber AC menjadi DC. Tingginya efisiensi dan kemampuan pengendalian menyebabkan bebanbeban elektronika daya semakin meningkat dan dapat diperoleh pada semua level tegangan dari peralatan rumah tangga sampai konverter tegangan tinggi. Berbagai kesalahan operasi bahkan sampai kerusakan peralatan tenaga listrik dapat teIjadi akibat adanya harmonik yang terlalu besar. Karena harmonik, transformator bisa mengalami kerusakan akibat panas lebih meskipun pembebanannya belum mencapai KVA nominal. Dampak lain dari harmonik adalah berkurangnya kecerahan gambar televisi, kesalahan operasi rele proteksi digital, memberikan tambahan torsi pada kWH meter jenis elektromekanis dan juga menginterferensi sinyal telepon [1]. Besar dan luasnya pengaruh ini menuntut perhatian lebih terhadap penanganan harmonik. IEEE membatasi nilai Total Harmonic Distortion (THD) yang diizinkan pada titik temu beban adalah sebesar 5 % [5]. Oleh karena itu, metode mitigasi harmonik pun terus bermunculan dan terus dalam penelitian para ahli. Meskipun trafo menjadi salah satu komponen sistem tenaga yang sangat terpengaruh dengan adanya harmonik, bahkan sebagai penyumbang harmonik, ia mampu menekan penyebaran harmonik ke seluruh jaringan sistem. Trafo dapat digunakan untuk penekanan harmonik dengan memanfaatkan konflgurasi hubungan kumparan primer dan sekunder. Karakteristik geser fasa trafo mendukung upaya ini. Kombinasi trafo penggeser fasa O~(~-~) dan penggeser fasa - 30~ (~-Y), biasa disebut DdOdan Dyl, diusulkan sebagai sebuah cara mitigasi harmonik sistem tenaga menggunakan trafo. 2
DASAR TEORI
Ada dua teori yang mendasari prinsip mitigasi harmonik dengan kombinasi trafo yaitu teori gelombang periodik dan teori konverter dua bridge. Teori pertama, Joseph Fourier menyatakan bahwa gelombang periodik s(t) dengan periode T dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dari komponen-komponen gelombang sinusoidal ditambah komponen de. Setiap komponen harmonik dapat dinyatakan dalam bentuk vector pada persamaan (1). (I) I
Ih
I
dan
Teori kedua, Arrillaga menyatakan bahwa apabila sebuah konverter terdiri atas dua bridge, dan salah satunya dilayani oleh trafo bintang-bintang atau delta-delta, sedangkan yang lain dengan trafo delta-bintang atau bintang-delta, maka tegangan
164
/SSN /907-7459, AMTeQ 2006
yang berurutan akan tergeser fasanya 30°. Oemikian pula tegangan harmoniknya [1]. Karena fasa 30° pada frekuensi dasar adalah setengah periode dari harmonik ke-7, maka harmonik ini akan saling berlawanan di antara dua bridge tersebut. Pergeseran fasa dapat diperoleh dengan menggunakan transformator. Karakteristik geser fasa transformator dapat diketahui dengan memahami pola hubungan antar kumparannya. Pola hubungan antar kumparan trafo dapat direpresentasikan dalam bentuk diagram fasor, seperti tampak pada Gambar 1 dan 2 [4]. Gambar 1 merepresentasikan pola hubungan kumparan pada trafo OdO. Trafo OdO menjaga sudut fasa arus sekunder sama dengan sudut fasa arus primemya. Gambar 2 menunjukkan bahwa sudut fasa arus sekunder Ia pada trafo konfigurasi Oyl tertinggal 30° terhadap arus primemya IA. A Hi
Xi
a
c
b
B
c
IA
IC
a
ISA
IB Ic Fasor aros
lba
Ib
Gambar 1. Konfigurasi dan fasor arus trafo DdO A Hi
IA
c a c2 ...J 81c"
n'
IC
ISA
IC1
Ib
Gambar 2. Konfigurasi daD fasor arus trafo Dyl
Adapun model konfigurasi jaringan listrik yang digunakan untuk memanfaatkan geseran fasa trafo untuk mengurangi distorsi harmonik, ditunjukkan pada Gambar 3. Busbar Primer
Beban Harmonik
Gambar 3. Kombinasi DdO dan Dyl untuk mitigasi harmonik
ISSN 1907-7459. AMTeQ 2006
165
Busbar primer merupakan titik temu arus keluaran sisi primer trafo DdO dan Dyl. Pengurangan hannonik terjadi pada titik ini. Beban hannonik 1 dan 2 adalah rangkaian penyearah tiga fasa 6 pulsa berbeban resistor. Dari gambar di atas, arus hannonik pada primer dan sekunder trafo serta busbar primer akan dianalisis sebagai berikut:
.
Arus harmonik pada sisi sekunder trafo Sumber hannonik 1 dan 2 menghasilkan arus kompleks periodik yang sama. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa konverter 6 pulsa meniadakan trip/en hannonik, yaitu
hannonik urutan nol, dan menghasilkanhannonik orde 6k
:f:
1 dengan k adalah
bilangan bulat positif. Harmonik orde 6k + 1 adalah urutan positif sedangkan 6k - 1 adalah urutan negatif. Oleh karena itu, arus terdistorsi pada beban hannonik 1 dan 2 diasumsikan membentuk deret Fourier pada persamaan (2).
dengan: Idadalah arus DC [3]. Deret tersebut mempresentasikan arus saluran fasa a pada sisi sekunder trafo DdO.
.
Arus harmonik pada sisi primer trafo Trafo DdO tidak menggeser fasa arus sekunder. Dengan perbandingan lilitan trafo N. : N2 = 1 : I, arus di sisi primer memiliki bentuk gelombang dengan amplitudo dan
fasa yang sarna dengan arus di sisi sekunder, sehingga komponen hannonik arusnya terdiri atas hannonik 1,5, 7, 11, 13, 19 dan seterusnya, kelipatan dari 6k:f:1dengan k bilangan bulat positif. Semakin tinggi orde hannonik, semakin kecil magnitudenya. Mitigasi yang dihasilkan tidak signiftkan dalam menurunkan nilai THD, oleh karena itu pembahasan penelitian ini lebih fokus pada harmonik-harmonik terbesar. Trafo Dyl menggeser fasa tegangan dan arus sekunder sejauh -30°, sehingga bentuk gelombang arus di sisi primer dan sekunder berbeda. Arus fasa A pada sisi primer Dyl didefinisikan sebagai persamaan (3) [6]. I A = (Ia - Ib)x rasio kumparan trafo
(3)
dengan: Iadan Ibadalah arus fasa a dan fasa b di sekunder trafo Dy1 Apabila rasio kumparan trafo: N2 k = N I = 1 maka IA= (Ia- Ib). Analisis vektor dari arus sisi primer trafo ini dapat dilihat pada Gambar 4. Arus Ia tergeser sejauh -30°, dan -Ib tergeser +30° dengan IA sebagai vektor acuan. Aturan pergeseran gelombang menyatakan bahwa apabila sebuah gelombang digeser sejauh 9 diukur menurut periode fundamental, maka gelombang harmonik akan 166
ISSN /907-7459, AMTeQ 2006
tergeser sejauh h9 menurut ukuran periode harmonik ke-h. Harmonik urutan negatif digeser searah arab jarum jam sejauh h9 sedangkan harmonik urutan positif digeser sebaliknya. Harmonik urutan nol dalam sistem tiga fasa selalu dalam kondisi sefasa [I]. Magnitude, fasa dan pergeseran fasa dari tiap komponen harmonik dari arus fasa A dan dua arus pembentuknya dapat dilihat pada Tabell. IA
-I BA~-I b +30
ICB
la
~-\ Ie
IBA
IC
IB
Ib
Gambar 4. Fasor arus pembentuk arus primer fasa A trafo Dyl
Tabell.
Komponen arus harmonik di sisi primer trafo Dyl SudutGau r.sa (8)
Urutan
f. thd f.
daD Orde
-Ib thd -Ib
f.
-fb
+1
lLOO (/5)L 1800 0/7) LO° (1/11) L180° (1/13) LOO (/17) L180° 0/19) LO°
-300 +1500 -2100 +3300 -3900 +5100 -5700
+300 -1500 +2100 -3300 +3900 -5100 +5700
-5 +7 -II +13 -17 +19
Terhadap fA f. +1
lLO° (/5)L180° (1/7) LO° (1/11) LI800 (1/13) LO° 0/17) L180° (/19) LO°
-5 +7 -II +13 -17 +19
-300 + 1500 -2100 +3300 -3900 +5100 -5700
rika rasio kumparan trafo dibuat menjadi k = J3, komponenarus harmonikmenjadi ieperti yang ditunjukkan oleh Tabel 2. Tabel 2. KomponeD arus harmonik sisi primer trafo Dyl
Urutan dan Orde
I IA
-I
b
= 8.[3
+1
-5 +7 -II +13 -17 +19 SSN /907-7459. AMTeQ 2006
167
. Arus harmonik pad a Busbar Primer Arus primer DdOdan Dyl bertemu pada Busbar Primer, sehingga terjadi penjumlahan dua vektor arns yang berbeda. Persamaan (4) adalah persamaan matematis yang berlaku untuk penjumlahan dua vektor, A dan B, yang menghasilkan vektor barn C. ALa. + BLI3 = (A cos a. + B cos 13)+ j (A sin a. + B sin 13)= CL9
(4)
Jika selisih (a. -13) =180° dan A = B , maka C = O.
Tabel 4 adalah tabel penjumlahan beberapa komponen harmonik di busbar primer. Tabel 4. Penjumlahan komponen harmonik di sisi primer trafo DdOdan Dyl Urutan
IAdi
IAdi
Penjumlahan Arus Fasa A
dan Orde
Primer DdO
Primer DyI
Primer DdOdan DyI
+1
I LO°
-5
(1I5) L180°
+7 -II
(1/7) LO° (III I) L180°
+13 -17
(1/13) Loo
+19
(1I17) L180° (1/19) Loo
I Loo
2 Loo 0
(1I5) Loo (1I7) L180°
0
(III I) L180°
(2/11) L180°
(1/13) LOo (1/17) Loo (1I19) L180°
(2/13) LOo 0 0
Kebanyakan beban-beban harmonik menghasilkan harmonik ke-5, 7, 11 dan 13, sehingga keempat komponen ini merupakan harmonik yang paling dominan pada jaringan sistem tenaga listrik. Tabel 4 menunjukkan bahwa ada dua komponen harmonik terbesar mampu dimitigasi dengan sangat signifikan menggunakan metode kombinasi trafo ini, yaitu orde 5 dan 7, dan dua komponen harmonik yang lain yaitu orde 17 dan 19. Hal ini dapat mengurangi nilai THD yang terukur pada titik temu beban tanpa harns memasang filter ~~onik khusus.
3
METODEDANTEKNIKPENGUKURAN
Metodologi penelitian yang ditempuh adalah studi eksperimental yaitu pengujian secara langsung pada konfigurasi trafo yang akan diteliti dan mengukur besaranbesaran yang dibutuhkan untuk keperluan analisis selanjutnya.
3.1
Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut :
1. Trafo Trafoyangakan diujimemilikispesifikasisebagaiberikut: KapasitasNominal : 3 KVA 168
/SSN /907-7459. AMTeQ 2006
Rating Tegangan
:240V
Trafo yang digunakan telah dirancang secara khusus oleh TecQuiptment Ltd. untuk keperluan penelitian berbagai karakteristik dan unjuk kerja trafo daya dan trafo distribusi di laboratorium. 2. Beban Beban yang digunakan meliputi : Penyearah tiga fasa gelombang penuh dengan menggunakan 6 buah diode berkapasitas beban total 1350 VA. 3. Regulator Tegangan Regulator tegangan tiga fasa memiliki rentang tegangan 0-240 V.
3.2
Konfigurasi Pengukuran
Peralatan utama yang dipakai untuk mengambil data pengukuran adalah Universal Power Analyzer PM3000A (upA PM3000A). UPA PM3000A adalah alat ukur besaran-besaran listrik 1 fasa dan 3 fasa. Besaran masukan analog diubah menjadi digital dan selanjutnya diproses oleh mikroprosesor untuk menghitung besaranbesaran listrik yang diinginkan. PM300A akan mengukur kandungan harmonik tegangan dan arus beserta sudut fasanya sampai harmonik ke-99. Konfigurasi pengukuran, PM3000A dengan trafo dan sumber tegangan adalah seperti pada Gambar 5.
Sumber 3Fasa
Trafo 3Fasa
Y atau6.
Gambar 5. Konfigurasi pengukuran, PM3000A dengan trafo dan sumber tegangan
3.3
Metode Pengukuran
Pengambilan data dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu: 1. Perhitungan rasio kumparan trafo dan pengujian jam trafo meliputi trafo DdOdan Dy!. 2. Pengujian watak harmonik tegangan sumber. ISSN 1907-7459, AMTeQ 2006
169
3. Pengujian watak arus hannonik pada primer trafo DdO dan Dyl berbeban penyearah 1350 VA 4. Menjumlahkan arus di sisi primer trafo DdOdan DdO,Dyl dan Dyl, DdOdan Dyl berbeban penyearah dengan menggunakan Microsoft Excel. 5. Membuat grafik arus komponen hannonik beserta sudut fasanya. . 4
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Rasio Kumparan dan Pengujian Jam Trafo
4. 1.1 Perhitungan Kumparan Hal yang ingin diperoleh dari perhitungan rasio kumparan trafo adalah kesamaan antara nilai arus yang mengalir pada primer trafo DdO dengan Dy I. Kesamaan ini menjadi faktor utama dalam memaksimalkan mitigasi hannonik sesuai dengan prinsip kerja yang telah dijelaskan sebelumnya. Trafo uji memiliki jumlah kumparan primer (NI) dan sekunder (N2) berturut-turut sebanyak 240 dan 120 lilit. Keduanya memiliki beberapa tap untuk mengatur jumlah lilitan yang digunakan. Trafo DdO dipakai sebagai acuan untuk menentukan rasio kumparan trafo Dy!. Dengan mempertimbangan tegangan input trafo sebesar 240 V, maka kumparan primer trafo DdO dipilih sebanyak 240 lilit dan sekunder ditentukan sebanyak 120 lilit, sehingga rasio kumparan per fasa adalah: N1
N2
= 240 =2. 120
Pada trafo hubungan Delta-delta berlaku: N2 I I =-xI P
NI
2
P
=-I1 2
2
P
(5)
dengan: Ipl = arus Ip2 = arus
fasa primer fasa sekunder
dan Iu =.J3 Ip2
(6)
dengan: ILl
= arus saluran primer
Iu = arus saluransekunder sehingga: 170
/SSN /907-7459, AMTeQ 2006
(7) Arus saluran primer merupakan setengah dari arus saluran sekunder. Untuk memperoleh perbandingan arus saluran primer dan sekunder pada trafo Dyl sarna dengan DdO, maka rasio kumparan per fasa untuk trafo Dy1 harus dihitung. Perbandingan arus saluran primer (Ill) dengan arus saluran sekunder (Ill) adalah:
(8) Pada trafo hubungan Delta-bintang berlaku: Iu
= Ip2
dan
ILl
=..fj
Ip,
(9)
sehingga rasio arus dapat ditulis : III Iu
=..fjIp, Ip2
=.!.. 2
(10)
Dari persarnaan di atas dapat diketahui rasio kumparan trafo Dyl yaitu:
(11) Dengan mempertimbangkan tegangan masukan trafo Dyl sebesar 240 V, jumlah Nl ditentukan 240 lilit. Untuk mendapatkan rasio 2..fj maka jumlah kumparan sekunder Dyl dapat dihitung berdasarkan persarnaan (11): 1 1 N2 = r;;N, = r;;x 240= 69.28 2,,3 2,,3 (12) Jumlah kumparan sekunder Dyl ditentukan sebanyak 69lilit. Dengan perbandingan ILi/ILlpada Dyl dan DdO bernilai sarna yaitu Y2maka kedua konfigurasi trafo menghasilkan arus harmonik yang sarna besar pada sisi primer, sehingga pengurangan yang diperoleh dengan kombinasi kedua trafo ini dapat mencapai maksimum. .
4.1.2
Pengujian Jam Trafo
Pengujian jarn trafo ini bertujuan untuk meyakinkan bahwa konfigurasi trafo yang dirangkai sesuai dengan karakteristik tegangan untuk trafo DdO dan Dy1, sehingga sudut pergeseran gelombang harmonik sesuai dengan yang diinginkan. Metode yang
ISSN /907-7459. AMTeQ 2006
171
digunakan yaitu dengan mengukur tegangan beberapa titik uji. Nilai ini kemudian dibandingkan dengan nilai tegangan hasil perhitungan untuk membuktikan bahwa konfigurasi trafo uji sesuai dengan diagram vektor tegangannya. Acuan penentuan titik pengujianjam trafo ini didasarkan pada Gambar 6. Ai a14
81 81
C1
Gambar 6. Diagram fasor tegangan untuk trafo DdOdan Dyl standar
Sisi primer trafo diberi tegangan (E) sebesar 24 V, sehingga tegangan yang muncul di sisi sekunder (e) sebesar 11.5 V. Tabel 5 berisi perbandingan antara data hasil pengukuran tegangan dengan perhitungan berdasarkan Gambar 6. Tabel 5. Pengujian jam trafo DdOdan Dyl Nilai Tegangan (V) Untuk Trafo DdO Titik-titik yang ditinjau BI-bI4
Hasil Pengukuran
Hasil Perhitungan
11.5
= 24 - 11.5 = 12.5
11.8 19
= 24 - 11.5 = 12.5
Bl-cl4 Cl - b14
18.4
CI
- c14
Nilai Tegangan (V) Untuk Trafo Dyl Hasil Hasil Perhitungan Pengukuran 14.5 =b.r +11.52-./3x24xl 1.5=lil7
=b.r+ 11.52-./3 x24xll.5 = li17
-.J242 + 11.52- 24 x 11.5 = 20.79
14.5 27
-.J242 +11.52 =26.61
-.J242 + 11.52- 24x 11.5 = 20.79
13.8
-b.r
+11.52-./3x24xl1.5
= lil7
Hasil pengukuran rata-rata tegangan antar titik uji pada trafo DdO memiliki rentang kesalahan di bawah 20 % dan Dy1 dibawah 2 %. Kesalahan ini masih dalam batas toleransi karena tidak lebih dari 70%. Apabila terjadi kesalahan sampai dengan 70% untuk DdO dan 25% untuk Dyl, maka konfigurasi yang dibuat tidak tepat. Kemungkinan konfigurasi yang terbentuk adalah Dy5 atau Dd6 yang karakteristik pergeseran fasanya berbeda dengan DdOdan Dyl. Hasil perhitungan dan pengukuran tersebut menunjukkan bahwa hasil pengujian jam nol untuk konfigurasi Delta-delta dan jam satu untuk konfigurasi Delta-bintang dinyatakan benar.
172
ISSN /907-7459, AMTeQ 2006
4.2
Watak Harmonik Tegangan Sumber
Hasil pengukuran tegangan menunjukkan adanya ketidakseimbangan pada tegangan sumber, yakni berturut-turut untuk fasa R, S dan T sebesar: 220.7L - 328.6°, 223.6L - 208.8°, 222.8L - 88.10. Hasil pengukuran tegangan harmonik ditampilkan dalam bentuk diagram spektrum harmonik tegangan seperti pada Gambar 7. - 2.4
~GI 2.22 g 'C 1.6
"
-
1.8
§
-----------------._-.
"..-------------------------------------------
-- -
-.---------.--------.
,------------------------------------------.8FaseR
1.4
._-.-------.-..------_._----------------------_..--_..
U. 1.2
"-----------
Ii 1 'C 0.8 ~ 0.6
------------------------------.--._----._-.--.-......----.-.-
DFaseT DFaseS
Ii; 0.4
~
e;:::
0.2 0
2
4
6
8
ro n
M
re re ~
~
~
~
~
~
OrelaHannonlk
Gambar 7. Spektrum tegangan sumber
Selain itu, tegangan sumber juga mengandung komponen harmonik. Tegangan harmonik terbesar adalah harmonik ke-5, diikuti oleh harmonik ke-7, 3, 13, 11, dan 17. Dari hasil perhitungan, THD tegangan sumber untuk fasa R, T, dan S berturut-turut terukur sebesar 1.26 %, 1.28 %, 2.03 % . Nilai ini masih dalam batas yang ditetapkan standard sebesar 5 %.
4.3
Watak Harmonik Arus Primer Trafo Berbeban Penyearah Tiga Fasa
Trafo dibebani hingga meneapai 48.6 % dari KVA nominalnya dengan menggunakan penyearah tiga fasa untuk menghindari dominasi harmonik yang dihasilkan trafo. Pada kondisi beban keeil, komponen harmonik akibat magnetisasi inti besi akan tampak lebih dominan pada sisi pimer trafo. Hasil pengukuran arus harmonik sisi primer trafo DdOdan Dyl untuk fasa T yang ditunjukkan oleh Gambar 8. Ada kesamaan antara magnitude arus komponen harmonik pada sisi primer trafo DdO dengan Dy!. Keduanya memiliki empat komponen harmonik terbesar yaitu orde 5, 7, 11 dan 13. Dua komponen yang pertama merupakan komponen yang akan dieliminasi, sedangkan dua komponen selanjutnya dimitigasi dengan tidak signiftkan. Demikian juga orde 17, 19, 23 dan 25. Untuk melihat seberapa besar efektifitas pengurangannya, kita perlu melihat sudut fasa harmonik yang terbentuk. Sudut yang dibentuk antara komponen harmonik ganjil pada sisi primer trafo DdOdan Dyl dapat ditampilkan seperti dalam Gambar 9.
/SSN /907-7459, AMTeQ 2006
173
1.00 0.90+--- --- - -- ---- -- - --- --. --. ----. --. ---------- . --- ------- . --- -- -------. ----_._-----------------------_.._----.---.------.----.-----0.80 ----------.---.-.._.._---_.._------------------------------0.70
3:0.60
:;
0.50 oC 0.40
---------------------------------------------.---------
0.30 0.20 0.10 0.00 2
4
8
8
ro
~
w 0nIe
~
~
20
~
~
~
~
30
Harmonik
Gambar 8. Spektrum harmODikarus sisi primer trafo DdOdaDDyt
i"180 e160 !14O . 120
-
- ----
: 100
-g (/I
i m
-
- _A. - __ .__- - ____
--....-----.----------------------------------------------------------.-----.----
II. ;;
-
-----.--...----.-.---
80 60 40 20
--------------------------------------... ------------------------------------------.--.-.---.--------.
-----------------
0
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Onte Harmonlk
Gambar 9 Beda fasa arus harmoDik pada sisi primer trafo DdO daD Dyt
Komponen hannonik ke-3 dan hannonik orde 5, 7, 17, 19 dan seterusnya (6k:i:I, dengan k=I,3,5, ...) dari arus primer DyI memiliki beda sudut fasa mendekati 180° (lebih dari 160°) terhadap komponen hannonik yang bersesuaian pada arus primer trafo DdO. Semakin mendekati 180°. sudutnya, semakin besar efektifitas pengurangnya. Berdasarkan pada garnbar 8 dan 9 di atas, arus dengan magnitude sarna dan dengan sudut fasa yang saling bertolak belakang apabila digabungkan akan saling mengurangkan, sehingga penjumlahan kedua arus primer trafo akan menghasilkan pengurangan cukup signifikan pada hannonik ke-3, 5, 7, 17 dan seterusnya sebagaimana ditunjukkan oleh Garnbar 11. Sedangkan harmonik orde 11, 13 (6k:i:I, dengan k=2,4,6,...) dari kedua arus tersebut cenderung membentuk sudut mendekati 0° (kurang dari 15°) satu sarna lain, oleh karena itu pengurangan arus hannonik orde-orde tersebut tidak signifikan. Garnbar 10 menunjukkan perbandingan spektrum hannonik hasil penjumlahan arus dari kedua primer trafo antara kombinasi dua trafo DdO,dua trafo DyI, dan kombinasi trafo DdO dan Dy1. Persentase pengurangan komponen hannonik orde 6k:i:1 yang diperoleh dengan menggunakan kombinasi trafo DdOdan Dy1 lebih besar dibandingkan dengan dua kombinasi yang lain. Presentase ini dapat dilihat pada Garnbar 11. Secara teoritis, orde 5, 7, 17, dan 19 seharusnya berkurang 100% (hilang sarna sekali). Narnun hasil penelitian ini hanya menghasilkan rata-rata pengurangan hannonik orde 5, 7, 17 dan 19 berturut-turut sebesar 88.6 %, 86.4 %, 91.0 % dan 88.9 %. Komponen-komponen hannonik yang masih tersisa merupakan arus hannonik yang bersumber dari hannonik sumber tegangan, hannonik trafo dan sebagian keeil dari
174
ISSN 1907-7459, AMTeQ 2006
harmonik penyearah akibat ketidakseimbangan sudut fasa tegangan sumber, sehingga penggeseran fasa oleh trafo tidak sempuma.
1.8 1.6
. -. . - - .. -. - - - - . - - - - ~.. - -. - - - - - - -. . - - -. - - - - - - - - - -. - - - . - - -. -. - - - - - - - - - - - - -. - - . - - -. -. - - - - --
1.4
-----.--------------.-..-..---------.-.-----------..--.--------------.----------....----
1.2
.
1
_ _ __ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _
_ _. _ __ __ ___ __ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _. _ _ _, I.
DdO
+ DdO
[J Dy1 + Dy1
2 0.8
- - - - - - __ - _u_
«
_ _ _ u
_ __ _ _ __ _ _ u
u_
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ u_
_ _ _ _ u
_ _ _ _ _ _ _ _ u
_ _ - - - - - - - - - - - - - - -II
[JDdO + Dy1
0.6
------..-------------.-----.---...----------------.---------.--.-...--.--..-......-
0.4
-------------..---------------------------------------._----_.------------.------
0.2 0 2
6
4
8
10
12
14
18
18
20
22
24
26
28
30
Orde Harmonlk
Gambar 10. Perbandingan arus harmonik primer kombinasi dua trafo DdO, dua trafo Dyl, dan DdOdengan Dyl 100 90
N
u
70
1 §
J" f
-
60 50
l; 40 30
---------.--...-----.--......------------
u
.-.--------.-.--.....
u
0
.,. -10
-------_.-------..---.-----------------. --..--------.......--
--
--
20 10
i
.--.-----.-----.----------------
-----
80
--.----.---------..
-------.-"-----------------.--------.---------.-..----. I 8F... R
u
-----...--.-------.----..--.------...-.---------_...---
--
.-----------.-.----
u
---_._----_.-._-.--.----..---------.--.-
u
_ _ ....r;....,
___ ________!. ____ __ _11 U_ ___ _H_ ___...
.-.-
-.. ---
- __uu -- uu H_ U ___ __1_9_ _____V
__2
OF.s. T CF... S
n --___
-20 Orde Harmonilt
Gambar 11. Persentase pengurangan komponen harmonik yang diperoleh dengan kombinasi trafo DdO dan Dyl
5
KESIMPULAN
Hasil penelitian ini membuktikan bahwa pengurangan yang dihasilkan dengan kombinasi trafo Ddo dan Dy1 berturut-turnt untuk arus harmonik orde 5, 7, 17, dan 19 sebesar 88.6 %, 86.4 %, 91.0 % dan 88.9 %. Sedangkan pengurangan komponen harmonik orde 11 dan 13 hanya sebesar 2.0 % dan 3.8 %. Pengurangan dua komponen harmonik terbesar dalam sistem tenaga listrik ini ditambah dua harmonik lainnya merupakan satu metode untuk menurunkan nilai Total Harmonic Distortion (THD) langsung dari titik sumber harmonik tanpa harns memasang filter khusus untuk memitigasi dua orde harmonik tersebut sehingga dapat memenuhi batas THD berdasar standar IEEE 519-1992 sebesar 5 % pada titik temu beban. Beberapa persyaratan yang harns dipenuhi dalam penggunaan kombinasi trafo DdO dan Dy1 untuk mitigasi harmonik adalah:
ISSN 1907-7459, AMTeQ 2006
175
(a) Beban harmonik yang dilayani oleh kedua trafo yang dikombinasikan tersebut memiliki karakteristik harmonik yang sarna dan komponen harmonik terbesarnya adalah, dengan k bilangan bulat ganjit. 1 (b) Rasio kumparan trafo Dyl sebesar
J3 rasio kumparan
DdO.
Apabila persyaratan tersebut dapat dipenuhi, komponen harmonik orde orde 6k:l::l(5, 7, 17, ...) akan dapat dikurangi secara signifikan sehingga tidak akan mengalir dan menyebar ke seluruhjaringan sistem tenaga listrik. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4]
[5]
[6]
Arillaga, J., D.A. Bradley, P.S. Bodger, 1985, Power System Harmonics, John Wiley and Sons, Singapore. Christophe Preve, Robert Jeannot, Industrial Electrical Network Design Guide, volume 2, Groupe Schneider, 1997. Cyril W.Lander, 1993, Power Electronic, McGraw-Hill Book Company, New York. IEEE, 1978, An American National Standard: IEEE Guidefor Application of Transformer Connections in Three-Phase Distribution Systems (ANSUIEEE C57.105-1978), Published by the Institute of Electrical and Electronics Engineer, Inc., New York. IEEE, 1993, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems (IEEE Std 519-1992), Published by the Institute of Electrical and Electronics Engineer, Inc., New York. Kimbark, Edward W., 1971, Direct Current Transmission, Wiley-Interscience, New York.
Nama Penanya Instansi
: Dwi Mandaris : Pusat Penelitian Sistem Mutu dan Teknologi Pengujian LIPI
-
Pertanyaan: 1. Apakah ada fasa-fasa lain? 2. Kenapa fasa A yang dikurangi harmoniknya? Jawab: Ada 3 fasa RST tetapi mirip sehingga diarnbil satu, yaitu fasa A
176
/SSN /907-7459, AMTeQ 2006
