Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri

ISBN 978-979-3733-69-2

Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri PENGARAH Dr. Ir. Marzan Aziz Iskandar, M.Sc. Kepala BPPT Dr. Ir. Unggul Priyanto, M.Sc. Deputi Kepala Bidang TIEM PENANGGUNG JAWAB Dr. M.A.M. Oktaufik, M.Sc. Direktur PTKKE TIM PENYUSUN Dr. Ferdi Armansyah Prof. Dr. Ir. Hamzah Hilal, M.Sc. Ir. Ifanda, M.Sc. Ir. Achmad Hasan, M.Eng. Ir. M. Iksan Dra. Endang Sri Hariatie Budi Ismoyo, S.T. Suhraeni Syafei ,S.T. A. Putri Mayasari, A.Md. Kornelis Kopong Ola, S.T. AgusSuhendra, A.Md. DesainCover :AWeS INFORMASI Bidang Rekayasa Sistem Pusat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Gedung BPPT II, lantai 20 Jl. M.H. Thamrin No. 8, Jakarta 10340 Tlp. (021) 316 9754 Fax. (021) 316 9765

Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri

DAFTAR ISI Pengantar............................................................................................................................ 1 1

Pendahuluan............................................................................................................ 2

2 2.1 2.2 2.3 2.4

Gejala Kualitas Daya dan Efek Terhadap Peralatan............................................... 5 Tinjauan Umum........................................................................................................ 5 Kompatibilitas Elektromagnetik................................................................................ 5 Fenomena Klasifikasi Umum................................................................................... 5 Uraian Rinci Fenomena........................................................................................... 7 2.4.1 Transien....................................................................................................... 7 2.4.1.1 Transien Impulsif........................................................................... 9 2.4.1.2 Osilasi Transien............................................................................. 9 2.4.2 Penyimpangan Berdurasi Singkat................................................................ 12 2.4.2.1 Interruption.................................................................................... 12 2.4.2.2 Sags.............................................................................................. 13 2.4.2.3 Swells............................................................................................ 15 2.4.3 Penyimpangan Berdurasi Lama................................................................... 16 2.4.3.1 Sustained interruptions.................................................................. 17 2.4.3.2 Overvoltage................................................................................... 17 2.4.3.3 Undervoltage................................................................................. 17 2.4.4 Voltage Unbalance....................................................................................... 18 2.4.5 Distorsi Bentuk Gelombang......................................................................... 19 2.4.5.1 DC offset........................................................................................19 2.4.5.2 Harmonisa dan Interharmonisa..................................................... 19 2.4.5.3 Notching........................................................................................ 21 2.4.5.4 Noise............................................................................................. 21 2.4.6 Fluktuasi Tegangan......................................................................................22 2.4.7 Perubahan-perubahan Frekuensi Tegangan............................................... 23

3. 3.1.

Pengawasan dan Pengukuran Gejala Kualitas Daya.............................................. 24 Tujuan Monitoring.................................................................................................... 24 3.1.1 Kebutuhan Monitoring Kualitas Daya........................................................... 24 3.1.2 Toleransi Peralatan dan Pengaruh Gangguan pada Peralatan................... 25 3.1.3 Tipe-tipe Peralatan....................................................................................... 25 Instrumen Pengukuran.............................................................................................25 3.2.1 Pengukuran Tegangan Arus Bolak Balik..................................................... 26 3.2.2 Pengukuran Arus Bolak Balik.......................................................................26 3.2.3 Pertimbangan Tegangan dan Arus.............................................................. 27 3.2.3.1 Pembacaa rms-sebenarnya.......................................................... 27 3.2.3.2 Transformator Arus (CT)............................................................... 28 3.2.4 Instrumen Monitoring................................................................................... 28 3.2.4.1 Osiloskop....................................................................................... 28 3.2.4.2 Monitor Gangguan......................................................................... 28 3.2.4.3 Indikator Kejadian.......................................................................... 39 3.2.4.4 Monitor Teks................................................................................. 30 3.2.4.5 Pencatatan Volt/Ammeter..............................................................30

3.2.

i

Daftar Isi | BPPT-PTKKE


3.2.4.6 Monitor Tampilan Grafik................................................................ 31 Daya Instrumen............................................................................................ 32 3.2.5.1 Suplai Daya dan Kompatibilitas Monitoring................................... 32 3.2.5.2 Sumber Arus Searah..................................................................... 33 Teknik Penerapan.................................................................................................... 33 3.3.1 Keselamatan................................................................................................ 33 3.3.1.1 Sambungan Hard-wired.................................................................34 3.3.1.2 Sambungan Tipe Steker dan Stop Kontak.................................... 34 3.3.1.3 Isolasi Bagian Bertegangan...........................................................34 3.3.1.4 Penempatan Monitor..................................................................... 35 3.3.1.5 Pembumian................................................................................... 36 3.3.1.6 Proteksi Arus Lebih Kawat Sensor................................................ 36 3.3.1.7 Penentuan Jalur Kabel Sensor...................................................... 37 3.3.2 Lokasi Monitoring......................................................................................... 37 3.3.2.1 Tujuan............................................................................................37 3.3.2.2 Pengetahuan Rangkaian Listrik.....................................................38 3.3.2.3 Diagnosa Suatu Masalah Unjuk Kerja Peralatan.......................... 39 3.3.2.4 Fasilats Survey Kualitas Daya....................................................... 39 3.3.2.5 Spesifikasi Transformator Tegangan (PT) dan Transformator Arus (CT).............................................................................................................. 40 3.3.3 Sambungan Peralatan................................................................................. 40 3.3.3.1 Masukan Sensor............................................................................40 3.3.3.2 Terminal Pembumian.................................................................... 41 3.3.3.3 Suplai Daya Instrumen dan Monitoring Invasif.............................. 41 3.3.3.4 Sambungan Hard-wire.................................................................. 41 3.3.3.5 Sambungan Steker dan Stop Kontak............................................ 42 3.3.3.6 Kualitas Sambungan Indra Tegangan........................................... 42 3.3.3.7 Monitor Arus.................................................................................. 42 3.3.4 Ambang Batas Monitoring............................................................................ 43 3.3.4.1 Tujuan............................................................................................43 3.3.4.2 Persiapan...................................................................................... 44 3.3.4.3 Pertimbangan Lingkungan Listrik.................................................. 44 3.3.4.4 Pertimbangan Kepekaan Peralatan...............................................45 3.3.4.5 Pertimbangan Arus........................................................................ 45 3.3.5 Periode Monitoring....................................................................................... 47 3.3.5.1 Tujuan............................................................................................47 3.3.5.2 Monitoring Daya Baseline.............................................................47 3.3.5.3 Monitoring Pemecahan Masalah................................................... 47 3.3.5.4 Monitoring Studi Tenaga............................................................... 47 Interprestasi Hasil Monitoring Kualitas Daya........................................................... 47 3.4.1 Intepretasi Ringkasan Data.......................................................................... 48 3.4.1.1 Persiapan...................................................................................... 48 3.4.1.2 Pemeriksaan..................................................................................48 3.4.1.3 Interprestasi................................................................................... 48 3.4.2 Ekstraksi Data Kritis..................................................................................... 49 3.4.2.1 Penentuan Kejadian Kritikal dari Gangguan yang Berkali-kali..... 49 3.4.2.2 Pemeriksaan Kejadian Nyata........................................................ 49 3.4.3 Interprestasi Kejadian-kejadian Kritikal........................................................ 51 3.4.4 Verifikasi Interprestasi Data......................................................................... 52 3.2.5

3.3

3.4

ii



3.4.4.1 3.4.4.2

Verifikasi Post-Monitoring.............................................................. 53 Post-Monitoring untuk Interaksi Sistem......................................... 53

4 4.1 4.2 4.3 4.4

Kajian Risiko dan Dampak Finansial....................................................................... 54 Aspek Kerugian Finansial........................................................................................ 54 Parameter yang Mempengaruhi Biaya.................................................................... 56 Penyusunan Data Biaya Dasar Kualitas Daya.........................................................58 Perhitungan Biaya Kualitas Daya............................................................................ 60

5 5.1

Solusi Masalah Kualitas Daya................................................................................. 64 Solusi Voltage Sag ..................................................................................................64 5.1.1 Solusi Sirkit Kontrol...................................................................................... 64 5.1.1.1 Ferroresonant Transformer........................................................... 64 5.1.1.2. Uninterruptible Power Supply........................................................ 65 5.1.1.2.1 Konfingurasi Tunggal................................................ 66 5.1.1.2.2 Konfingurasi Tunggal dengan Penyearah.................67 5.1.1.2.3 UPS yang Bekerja Paralel........................................ 68 5.1.1.3 Dip-Proof Inverters........................................................................ 69 5.1.2 Solusi Untuk Adjustable-Speed Drives........................................................ 69 5.1.3 Solusi untuk Aplikasi Skala Besar................................................................ 70 5.1.3.1 Written Pole Motor Generator Skala Besar................................... 70 5.1.3.2 Penyimpan Energi Magnet Superconducting / Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)............................................................... 71 Solusi terhadap Transien dalam Sistem Tenaga Listrik...........................................71 5.2.1 Solusi untuk Capacitor-Switching Transients .............................................. 71 5.2.1.1 Adjustable-Speed Drives............................................................... 71 5.2.1.2 Utility-Side Solutions .....................................................................72 Solusi Surge ............................................................................................................74 Solusi Masalah Harmonisa...................................................................................... 74 Solusi Isu tentang Motor.......................................................................................... 74 5.5.1 Unbalance Voltage....................................................................................... 74 5.5.2 Inkompabiltas antara Adjustable-Speed Drives dan Motor.......................... 76 Solusi Masalah Pembumian (Grounding)................................................................ 77 Solusi Masalah Interfrensi Elektromagnetik............................................................. 79 5.7.1 Pembumian yang Tepat............................................................................... 79 5.7.2 Attenuasi Emisi pada Sumber...................................................................... 80 5.7.3 Pelindung Peralatan Sensitif........................................................................ 80 5.7.4 Penangkapan dan Pengembalian Emisi ke Sumber.................................... 81

5.2

5.3 5.4 5.5

5.6 5.7

Daftar Pustaka.....................................................................................................................82 Appendix A. Daftar Istilah Kualitas Daya...........................................................................83

iii



PENGANTAR Pada saat sekarang ini, kualitas daya listrik (power quality) menjadi suatu isu kunci bagi penyedia, distribusi, dan konsumen tenaga listrik. Permasalahan umum, seperti harmonisa, variasi tegangan jangka pendek (sags, swells, dan interruptions) variasi tegangan jangka panjang (undervoltages, overvoltages, dan interruptions), transien, ketidakseimbangan, variasi frekuensi, dan lain-lain dapat menyebabkan beberapa permasalahan kepada konsumen yang memerlukan tingkat kualitas daya listrik yang tinggi untuk proses industri dan penggunaan peralatan listrik di rumah-rumah. Kualitas daya sudah hangat dibicarakan di-Amerika sejak awal tahun 90-an dan riset yang dilakukan oleh US National Power Laboratory (Division of Best Power Technology, Wisconsin) selama hampir 5 tahun (1990 s.d. 1995) menyatakan bahwa pengganggu atau perusak perangkat akibat masalah tegangan tercatat hampir 50 gangguan perbulan. Secara umum di Indonesia masalah ini belum sampai menjadi isu nasional, namun untuk beberapa hal, pengguna sudah cukup peduli terutama yang berkaitan dengan tegangan rendah atau ketidakstabilan atau pemadaman listrik. Padahal kualitas bukan hanya masalah tegangan saja atau terputusnya catu daya tetapi menyangkut karakteristik parameter kelistrikan seperti arus dan frekuensi yang berkaitan dengan harmonisa, arus bocor, tegangan transien, sag/dips, surge, swell, ripple, noise, dan lain-lain. yang dapat merusak peralatan dan mengurangi umur perangkat. Salah satu permasalahan terbesar pada sektor industri adalah kedip tegangan (Dip/Voltage Sag), karena durasi gangguan dengan beberapa millidetik saja dapat menyebabkan produksi berhenti Untuk menerapkan teknologi yang terkait dengan perbaikan kualitas daya, maka perlu pendalaman mengenai sistem manajemen energi di industri dengan membuat panduan penanganan gejala kualitas daya untuk sektor industri. BPPT telah menyelesaikan Buku Panduan ini sebagai langkah awal dalam meningkatkan kepedulian pemerintah dan kalangan industri dalam menangani berbagai permasalahan kualitas daya listrik. Bahan pembuatan panduan ini diambil dari beberapa sumber seperti IEEE dan IEC. Perbaikan terhadap panduan ini akan senantiasa dilakukan dengan mengacu pada panduan dan regulasi yang telah digunakan di beberapa negara maju dalam mengatasi penanganan gejala kualitas daya khususnya disektor industri.

Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

1


BAB-1 PENDAHULUAN Sistem tenaga listrik diharapkan beroperasi pada tegangan konstan,untuk menyalurkan daya ke berbagai peralatan beban. Tingkatan daya yang disalurkan bervariasi dari beberapa watt hingga megawatt, dengan menggunakan tegangan pembangkitan, penyaluran, dan distribusi dari beberapa ratus volt hingga ratusan kilovolt. Transmisi dan distribusi primer tenaga listrik ini dilakukan pada tegangan tinggi, puluhan hingga ratusan kilovolt, untuk memfasilitasi transportasi jarak jauh tenaga listrik yang efektif. Penggunaan akhir biasanya pada skala tegangan 220 Volt (untuk rumah dan gedung) hingga tegangan sampai 1000 Volt (untuk industri), dan beberapa ribu volt untuk beban-beban yang lebih besar. Peralatan listrik didesain untuk beroperasi normal pada tegangan operasi normalnya (nominal). Pada tegangan di atas nominal, peralatan mempunyai batas kemampuan untuk menahan kelebihan tegangan. Demikian juga pada tegangan di bawah nominal, kinerja peralatan biasanya akan terganggu atau akan berlanjut pada resiko terjadinya kerusakan pada peralatan. Kedua gangguan tersebut, kelebihan atau kekurangan tegangan, diberi beberapa nama yang berbeda berdasarkan pada lama jangka waktu terjadinya. Penggolongan jenis gangguan ini juga meliputi distorsi bentuk gelombang, serta deviasi lainnya dari bentuk gelombang sinus yang diharapkan. Dengan semakin maraknya perhatian terhadap gangguan pada perangkat elektronika di industri beserta permasalahan lainnya yang terkait, telah menarik perhatian lebih pada kualitas daya layanan yang diperlukan untuk skala operasi normal. Sejalan dengan kebutuhan daya yang berkualitas, juga diperlukan tingkat kompatibilitas yang praktis dari berbagai peralatan yang digunakan oleh konsumen daya, serta kejelasan tanggung jawab ekonomis dalam kerjasama antara produsen dan konsumen. Istilah kualitas daya sudah digunakan secara luas di kalangan industri, tetapi maksud dan tujuan dari suatu kriteria pengukuran, yang dibutuhkan untuk menentukan harga dari skala kualitas, masih perlu diperjelas. Kualitas daya yang baik biasanya difahami sebagai rendahnya tingkat gangguan daya layanan, namun tingginya tingkat toleransi peralatan yang digunakan juga dapat menjadi solusi yang efektif terhadap permasalahan kualitas daya. Untuk itu diperlukan kesamaan persepsi mengenai batas gangguan yang dapat diterima, serta tingkat toleransi terhadap gangguan tersebut. Kesulitan lain dalam menentukan interface yang dibutuhkan antara daya dari sisi produsen dan beban sensistif yang ada pada sisi konsumen, adalah sifat subyektif dari penentuan biaya gangguan operasi yang disebabkan oleh gangguan daya. Suatu sistem tenaga listrik tidak pernah beroperasi pada tegangan dan frekuensi yang konstan. Pada awalnya kebanyakan peralatan listrik tetap dapat beroperasi dengan baik walaupun terjadi sedikit deviasi tegangan dan frekuensi dari harga nominalnya. Pada pabrik dan fasilitas industri modern, banyak perangkat listrik dan elektronika yang dimasukkan ke dalam sistem otomasi proses. Programmable logic controllers (PLC),

2



Adjustable-Speed Drives (ASD), motor energi efisien, mesin-mesin CNC serta berbagai perangkat elektronika daya telah meningkatkan kualitas produk dan menurunkan biaya produksi yang harus dibebankan kepada pembeli produk. Namun, berbagai perangkat otomatis di atas juga berpotensi menimbulkan permasalahan kelistrikan karena sensitifitasnya yang tinggi, berbeda dengan peralatan dari generasi terdahulu yang mempunyai toleransi lebih tinggi terhadap variasi tegangan dan frekuensi. Akibat dari semakin banyaknya jumlah peralatan yang sensitif ini, pemilik proses industri sering mengalami gangguan proses dan terhentinya produksi tanpa penyebab yang jelas. Asal permasalahan kompatibilitas ini mungkin tidak langsung dapat difahami dengan jelas oleh para teknisi pemeliharaan. Sama halnya bahwa para teknisi tersebut juga tidak mengetahui solusi dari permasalahan kualitas daya, untuk dapat meningkatkan kehandalan peralatan pendukung proses. Oleh karena itu, buku panduan kualitas daya ini dibuat untuk membantu para teknisi dan insinyur di sektor industri beserta konsumennya. Buku panduan ini akan membantu mengidentifikasi penyebab berbagai permasalahan kualitas daya berikut solusinya secara efektif. Banyak gangguan pada proses produksi yang seharusnya dapat dicegah. Dengan pengetahuan mengenai berbagai permasalahan kualitas daya, pihak produsen di sektor industri akan dapat mengidentifikasi penyebab dari gangguan yang terjadi dan mengambil tindakan untuk memperbaiki hingga mencegah berulangnya permasalahan. Buku panduan ini mengidentifikasi jenis gangguan yang lazim terjadi dan mengganggu proses produksi di sektor industri. Juga akan dibahas dalam buku panduan, peralatan pendukung proses yang rentan terhadap gangguan kualitas daya berikut solusi untuk meningkatkan kompatibilitas peralatan tersebut terhadap variasi tegangan dan frekuensi. Berlawanan dengan persepsi umum, tenaga listrik yang disalurkan oleh pihak produsen bukanlah penyebab utama dari gangguan proses industri yang berhubungan dengan kelistrikan. Fakta yang diperoleh dari studi yang dilakukan oleh Electric Power Research Institute (EPRI) menunjukkan bahwa hingga 80% dari seluruh permasalahan kualitas daya disebabkan oleh pemasangan penghantar atau pembumian yang tidak tepat, atau karena interaksi berbagai beban listrik yang berasal dari dalam lingkungan pabrik dan industri sendiri. Selain itu juga akan dibahas permasalahan pembumian yang lazim ditemui pada sistem distribusi tenaga listrik untuk industri, serta interferensi elektromagnetika. Penggunaan komponen elektronika yang sangat meluas dari berbagai peralatan rumah tangga yang sederhana hingga perangkat kontrol untuk proses-proses industri yang sangat besar dan berbiaya tinggi, telah membangkitkan kesadaran terhadap kualitas daya. Gangguan kualitas daya secara umum didefinisikan sebagai perubahan pada karakteristik daya (tegangan, arus, atau frekuensi) yang menyebabkan gangguan terhadap operasi normal berbagai peralatan listrik. Ketahanan peralatan yang mengkonsumsi daya listrik akan menentukan derajat kualitas daya yang diperlukan untuk menjamin operasi normal. Para manajer di sisi konsumen pada sektor industri serta pihak produsen tenaga listrik perlu mempelajari efek ekonomis dari variasi kualitas daya terhadap biaya peningkatan kinerja melalui beberapa alternatif, sehingga sensitivitas antara investasi terhadap Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

3


kualitas daya yang diperlukan untuk kelancaran proses industri dapat diketahui dan diputuskan. Kualitas tenaga listrik yang baik dapat mengurangi kemungkinan biaya besar yang dapat timbul karena kerugian dari kemungkinan gangguan pada proses industri. Usaha pemahaman terhadap fenomena kualitas daya telah banyak dilakukan oleh pihak produsen maupun konsumen tenaga listrik. Studi yang dilakukan semakin intensif dengan semakin sensitifnya peralatan yang digunakan di sektor industri, bahkan terhadap perubahan yang sangat kecil pada tegangan, arus dan frekuensi dari suplai daya listrik, yang menyebabkan terhentinya berbagai proses produksi tanpa alasan yang jelas. Beberapa institusi seperti International Electrotechnical Commission (IEC) dan Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) melakukan studi terpisah tanpa melakukan komunikasi untuk menyamakan persepsi dan hasil studi mereka terhadap fenomena kualitas daya. Sebagai hasil, terdapat beberapa perbedaan istilah yang digunakan oleh berbagai pengguna hasil studi dari masing-masing institusi tersebut. Sebagian besar bahasan dalam buku panduan ini akan diadopsi dari IEEE Standard 1159-1995 berjudul "IEEE Recommended Practice for Monitoring Electrical Power Quality". Beberapa referensi lain juga digunakan untuk menyesuaikan bahasan dengan perkiraan kebutuhan di sektor industri di Indonesia.

4



BAB-2 GEJALA KUALITAS DAYA DAN EFEK TERHADAP PERALATAN 2.1.

Tinjauan Umum

Kualitas daya listrik merujuk pada berbagai fenomena elektromagnetik yang dicirikan melalui tegangan dan arus pada waktu dan lokasi tertentu pada sistem tenaga. Bagian ini menerangkan secara umum sedangkan pada bagian klasifikasi fenomena menjelaskan deskripsi teknis dan contoh prinsip terjadinya fenomena elektromagnetik yang menyebabkan masalah kualitas daya. Penambahan peralatan elektronik dapat menyebabkan gangguan elektromagnetik, atau dapat menjadi peka terhadap fenomena ini, menjadi bahasan yang menarik dalam kualitas daya akhir-akhir ini. Bersamaan dengan adanya peningkatan masalah dalam operasi, berbagai upaya dicoba untuk menggambarkan fenomena. Namun dalam, berbagai segmen masyarakat penggunaan istilah elektronik yang berbeda untuk menggambarkan kejadian elektromagnetik. Panduan ini memperluas terminologi yang akan digunakan dalam komunitas kualitas daya untuk menggambarkan peristiwaperistiwa umum. 2.2.

Kompatibilitas Elektromagnetik

Panduan ini menggunakan pendekatan kompatibilitas elektromagnetik untuk menggambarkan fenomena kualitas daya. Pendekatan kompatibilitas elektromagnetik telah diterima oleh masyarakat internasional dalam standar IEC yang dihasilkan oleh IEC Technical Committee 77. 2.3.

Fenomena Klasifikasi Umum

IEC mengklasifikasikan fenomena elektromagnetik ke dalam beberapa kelompok seperti terlihat pada Tabel 2.1. Standar IEC menetapkan parameter listrik sesuai dalam Tabel 2.1. Istilah high and low-frequency tidak didefinisikan dalam rentang frekuensi tertentu, tetapi dimaksudkan untuk menunjukkan perbedaan relatif dalam rentang frekuensi dasar sesuai dengan fenomena yang tercantum dalam kategori tersebut. Dalam praktek disarankan ada beberapa persyaratan tambahan yang terkait dengan terminologi IEC. Istilah sag yang digunakan dalam komunitas kualitas daya sebagai sinonim dip dalam IEC. Kategori penyimpangan berdurasi pendek (short duration variations) digunakan untuk merujuk kepada tegangan dip dan interupsi pendek (short interruption). Istilah swell diperkenalkan sebagai kebalikan dari sag (dip). Kategori penyimpangan berdurasi lama telah ditambahkan sesuai batas ANSI C84.1-1989 [B1]. Kategori noise telah ditambahkan untuk menguraikan fenomena perpindahan broadband. Kategori distorsi gelombang digunakan sebagai wadah untuk kategori harmonisa, interharmonisa, dan fenomena dc pada jaringan ac di IEC serta fenomena tambahan dari IEEE Std 519-1992 [B13] yaitu notching. Tabel 2.2 menunjukkan pengkategorian fenomena elektromagnetik yang digunakan untuk masyarakat kualitas daya.


5


Tabel 2.1 Fenomena pokok penyebab gangguan elektromagnetik yang diklasifikasikan oleh IEC.

Conducted low – frequency phenomena

Radiated low – frequency phenomena

Conducted high – frequency phenomena

Radiated high – frequency phenomena

Electrostatic discharge phenomena Nuclear electromagnetic pulse

Harmonics, interharmonics Signal system (power line carrier) Voltage fluctuations Voltage dips interuption Voltage imbalance Power – frequency variations Induced low frequency voltages DC in ac networks Magnetics fields Electrics field Induced continuous wave voltages or currents Unidirectional transients Oscilllatory transients Magnetics fields Electrics field Electromagnetics field Continuous waves Transients -

Fenomena yang tercantum dalam Tabel 2.1 dapat dijelaskan lebih lanjut dengan daftar atribut yang sesuai. Untuk fenomena steady-state, atribut-atribut berikut dapat digunakan : • Amplitudo • Frekuensi • Spektrum • Modulasi • Sumber impedansi • Notch depth • Notch area Untuk fenomena non-steady state, atribut lain mungkin dibutuhkan : o Tingkat kenaikan o Amplitudo o Jangka waktu o Spektrum o Frekuensi o Tingkat kejadian o Energi potensial o Sumber impedansi

6



Tabel 2.2 memberikan informasi tentang isi spektral yang khas, durasi, dan ukuran yang tepat untuk setiap kategori fenomenan elektromagnetik. Kategori dari Tabel 2.2, ketika digunakan bersama dengan atribut yang disebutkan di atas, menunjukkan sebuah arti yang jelas dalam menggambarkan sebuah gangguan elektromagnetik. Kategori dan deskripsinya adalah penting dalam rangka untuk dapat mengklasifikasikan hasil pengukuran dan untuk menjelaskan fenomena elektromagnetik yang dapat menyebabkan masalah kualitas daya. Panduan ini akan membahas setiap kategori secara rinci. 2.4.

Uraian Rinci Fenomena

Bagian ini menjelaskan uraian yang lebih rinci untuk setiap kategori berbagai fenomena kualitas daya yang diperlihatkan pada Tabel 2.2. Penjelasan disini menyangkut perkembangan penggunaan istilah-istilah yang digunakan saat ini untuk setiap kategori. Salah satu alasan utama untuk mengembangkan pengklasifikasian fenomena elektromagnetik adalah adanya cara yang berbeda untuk memecahkan permasalahan kualitas daya tergantung dari jenis gangguannya. Solusi berbeda dibahas untuk setiap kategori. Juga terdapat persyaratan berbeda untuk mengevaluasi fenomena gangguan dengan pengukuran. Pengklasifikasian ini penting untuk keperluan analisis. 2.4.1. Transien Istilah transien telah lama digunakan dalam analisis sistem tenaga listrik. Transien merupakan suatu kejadian sesaat yang tidak diinginkan tetapi secara alami terjadi. IEEE Std 100-1992 memberi pemahaman mengenai defenisi dari transient tersebut. Definisi lain dalam IEEE Std 100-1992 lebih luas dalam lingkup dan secara sederhana menjelaskan bahwa transien adalah “that part of the change in a variable that dissapears during transition from one steady-state operation condition to another” (bagian yang berubah dari suatu variabel yang menghilang selama transisi dari satu kondisi steady state ke kondisi steady state yang lain). Namun definisi ini digunakan untuk menggambarkan kejadian apapun yang tidak biasa terjadi dalam sistem tenaga. Kata lain yang digunakan dalam standar IEEE ini yang bersinonim dengan transien adalah surja. IEEE Std 100-1992 mendefinisikan surja adalah “gelombang transien dari arus, potensial atau tenaga (energi) pada rangkaian listrik”. IEEE C62 Collection [B14] menggunakan istilah surja, switching surja, dan transien untuk menggambarkan fenomena yang sama. Dalam buku ini, surja tidak akan digunakan untuk menggambarkan fenomena transien elektromagnetik. Karena IEEE Std 100-1992 menggunakan istilah transien untuk mendefinisikan surja, batasan ini diharapkan tidak menyebabkan salah pengertian. Secara umum, transien dapat digolongkan menjadi dua kategori, yaitu impulsif dan osilasi. Terminologi-terminologi ini merefleksikan bentuk gelombang dari arus atau tegangan transien. Tegangan transien yang disebabkan oleh petir atau operasi switch dapat mengakibatkan degradasi atau kegagalan dielektrik semua kelas dari peralatan. Magnitudo dan cepatnya tegangan transien sangat berperan menyebabkan terjadinya Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

7


kebocoran isolasi dalam peralatan-peralatn listrik seperti motor listrik, transformator, kapasitor, kabel, Taro arus (CT), Trafo tegangan (PT), dan switchgear. Magnitudo yang lebih rendah dari tegangan transien mempunyai efek lebih rendah yang menyebabkan degradasi atau kegagalan isolasi. Pada peralatan elektronik, kerusakan komponen power suplai dapat diakibatkan oleh tegangan transien. Tegangan transien juga dapat menyebabkan relay proteksi bekerja dan menyebabkan trip. Tabel 2.2 Kategori dan karakteristik tipikal fenomena elektromagnetik sistem tenaga. Kategori 1.0 Transien 1.1 Impuls 1.1.1 Nanosecond 1.1.2 Microsecond 1.1.3 Millisecond 1.2 Osilasi 1.2.1 Frekuensi rendah 1.2.2 Frekuensi menengah 1.2.3 Frekuensi tinggi 2.0 Penyimpangan Berdurasi Pendek 2.1 Instantaneous 2.1.1 Sag 2.1.2 Swell 2.2 Momentary 2.2.1 Interruption 2.2.2 Sag 2.2.3 Swell 2.3 Temporary 2.3.1 Interruption 2.3.2 Sag 2.3.3 Swell 3.0 Penyimpangan Berdurasi Lama 3.1 Sustained Interruption 3.2 Undervoltage 3.3 Overvoltage 4.0 Unbalance voltage 5.0 Distorsi bentuk gelombang 5.1 DC offset 5.2 Harmonisa 5.3 Interharmonisa 5.4 Notching 5.5 Noise 6.0 Fluktuasi tegangan 7.0 Perubahan-perubahan frekuensi tegangan

Isi spektral Tipikal

Jangka waktu Tipikal

5 ns naik 1 Hs naik 0.1 ms naik

< 50 ns 50 ns–1 ms > 1 ms

< 5 kHz 5–500 kHz 0.5–5 MHz

0.3–50 ms 20 Hs 5 Hs

0–4 pu 0–8 pu 0–4 pu

0.5–30 siklus 0.5–30 siklus

0.1–0.9 pu 1.1–1.8 pu

0.5 siklus–3 s 30 siklus–3 s 30 siklus–3 s

< 0.1 pu 0.1–0.9 pu 1.1–1.4 pu

3 s–1 menit 3 s–1 menit 3 s–1 menit

< 0.1 pu 0.1–0.9 pu 1.1–1.2 pu

> 1 menit > 1 menit > 1 menit Steady state

0.0 pu 0.8–0.9 pu 1.1–1.2 pu 0.5–2%

Steady state Steady state Steady state Steady state Steady state Imtermittent < 10 s

0–0.1% 0-20% 0-2%

0–ke-100 H 0-6 kHz Broad band <25 Hz

Tegangan Tipikal

0-1% 0.1-7 %

2.4.1.1 Transien Impulsif

8



Transien Impulsif adalah kejadian mendadak, perubahan frekuensi tanpa daya (nonpower frequency change) pada kondisi arus dan tegangan steady-state (atau kedua-duanya) yang polaritasnya searah (positif atau negatif). Transien Impulsif biasanya ditandai dengan kenaikan dan peluruhan waktu. Fenomena ini dapat juga digambarkan menurut bagian-bagian dalam spektrumnya. Sebagai contoh, Transien Impulsif pada 1,2/50 mikro detik 2000 V ditandai dengan meningkatnya nilai puncak 2000 V dalam waktu 1,2 mikro detik, kemudian menurun hingga separuh nilai puncaknya dalam 50 mikro detik. Penyebab Transien Impulsif yang paling umum adalah petir. Gambar 2.1 memperlihatkan arus Transien Impulsif yang disebabkan oleh petir.

Gambar 2.1 Arus sambaran petir yang dapat menyebabkan Transien Impulsif pada sistem tenaga Karena melibatkan frekuensi tinggi, Transien Impulsif diredam dengan cepat oleh komponen-komponen resistif dan tidak jauh dari sumbernya. Terdapat kemungkinan perbedaan-perbedaan yang signifikan pada karakteristik transien dari satu lokasi (atau bangunan) dengan lokasi lainnya. Transien Impulsif dapat menyebabkan resonansi pada sistem tenaga dan menghasilkan berbagai gangguan transien yang ber-osilasi.

Gambar 2.2 Transien Impulsif 2.4.1.2 Osilasi transien Osilasi transien adalah perubahan gelombang tegangan atau arus sesaat yang polaritas berubah dengan sangat cepat. Hal ini digambarkan oleh spektrumnya (frekuensi utama), jangka waktu, dan magnitudo. Isi spektralnya dapat dikategorikan frekuensi tinggi, menengah, dan rendah diperlihatkan pada Tabel 2.2 Batas frekuensi Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

9


klasifikasi ini dipilih bersesuaian dengan tipe-tipe umum gejala Osilasi transien pada sistem daya. Seperti halnya dengan Transien Impulsif, Osilasi transien dapat diukur dengan atau tanpa komponen frekuensi dasar. Dalam karakterisasi transien, penting untuk menandai dengan dan tanpa komponen dasar. Osilasi transien dengan komponen frekuensi utama lebih besar dari 500 kHz dan durasi yang diukur dalam mikrodetik (atau beberapa siklus dari frekuensi fundamental) disebut sebagai Osilasi transien frekuensi tinggi. Transien ini hampir selalu disebabkan oleh beberapa tipe kejadian switching. Osilasi transien frekuensi tinggi sering terjadi sebagai akibat dari respon sistem lokal terhadap Transien Impulsif. Peralatan konverter elektronika daya menghasilkan tegangan osilasi transien sebagai akibat dari komutasi dan rangkaian RLC snubber. Transien dapat berada pada frekuensi (kilohertz) yang tinggi, dan berlangsung beberapa siklus pada frekuensi fundamental, dan berulang beberapa kali tiap siklus 50 Hz (tergantung pada jumlah pulsa dari peralatan) dan magnitudo 0,1 pu (dikurangi dengan komponen 50 Hz). Transien dengan komponen frekuensi utama antara 5 dan 500 kHz dengan durasi 10 mikro detik (atau beberapa siklus dari frekuensi fundamental) disebut transien frekuensi menengah Enerjais kapasitor yang terhubung back-to-back menyebabkan arus Osilasi transien beberapa puluh kilohertz. Gejala ini terjadi ketika kapasitor bank di-enerjais pada sistem kelistrikan dimana didekatnya terdapat kapasitor bank yang beroperasi. Kapasitor bank yang di-enerjais melihat kapasitor di-enerjais kembali sebagai impedansi rendah (dibatasi oleh hanya induktansi dari bus dimana kapasitor yang terhubung, dan pada umumnya relatif kecil). Pada Gambar 2.3 menggambarkan hasil arus transien karena switching kapasitor. Switching mengakibatkan osilasi tegangan transien pada daerah frekuensi yang sama. Frekuensi medium transien dapat juga terjadi sebagai respon sistem terhadap Transien Impulsif.

Gambar 2.3 Osilasi transien yang disebabkan oleh switching capasitor. Transien dengan komponen frekuensi utama kurang dari 5 kHz, dan durasi 0,3 sampai 50 milli detik, dipertimbangkan sebagai transien frekuensi rendah. Kategori dari gejala ini sering ditemukan pada sistem subtransmisi dan sistem distribusi yang disebabkan oleh banyak tipe kejadian, terutama pengisian kapasitor bank. Bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan sangat umum dikenal oleh para insinyur sistem tenaga dan

10



dapat digolongkan menggunakan atribut yang dibahas sejauh ini. Enerjais kapasitor bank pada umumnya mengakibatkan osilasi tegangan transien pada frekuensi antara 300 dan 900 Hz. Transien mempunyai puncak yang dapat mendekati 2,0 pu, tetapi pada umumnya 1,3 – 1,4 pu dan bertahan antara 0.5 dan 3 siklus, tergantung pada peredaman sistem (lihat Gambar 2.3). Osilasi transien dengan frekuensi pokok kurang dari 300 Hz dapat ditemukan pada sistem distribusi. Hal ini secara umum dihubungkan dengan ferroresonance dan energisasi transformator (lihat Gambar 2.4 dan Gambar 2.5). Transien pada kapasitor seri dapat dimasukkan dalam kategori ini. Transien ini terjadi ketika resonansi sistem mengakibatkan pembesaran komponen frekuensi rendah pada arus awal transformator (harmonisa kedua, dan ketiga) atau ketika kondisi yang tidak biasa mengakibatkan ferroresonance.

Gambar 2.4 Osilator transien frekuensi rendah yang disebabkan oleh enerjais kapasitor bank.

Gambar 2.5 Osilator transien frekuensi rendah yang disebabkan oleh ferroresonance pada transformator tanpa beban. IEEE std C62.41-1991 [B14] menjelaskan bentuk-bentuk gelombang surja untuk menunjukkan dimana peralatan-peralatan proteksi diperlukan untuk dipasang. Referensi [B14] menjelaskan sumber-sumber atau penyebab tegangan surja, seberapa sering terjadi dan level tegangan pada rangkaian yang tidak terproteksi, bentuk-bentuk gelombang tegangan surja yang representatif, energi dan impedansi sumber.


11


2.4.2 Penyimpangan Berdurasi Pendek Kategori ini meliputi kategori IEC tegangan dip dan interupsi pendek serta antitesis dip atau swell. Setiap jenis penyimpangan dapat dinyatakan sebagai seketika, sesaat, atau sementara, tergantung pada jangka waktu sebagaimana ditetapkan dalam Tabel 2.2. Penyimpangan tegangan berdurasi pendek (short-duration variations) hampir selalu disebabkan oleh kondisi kerusakan, enerjais beban besar yang membutuhkan arus awal yang tinggi, atau koneksi longgar intermiten dalam jaringan kabel listrik. Tergantung pada lokasi gangguan dan kondisi sistem, kesalahan dapat menyebabkan baik tegangan naik (swell) atau tegangan turun (sag), atau sepenuhnya kehilangan tegangan (interupsi). Kondisi kesalahan bisa dekat atau jauh dari titik penting. Dalam kedua kasus, dampak pada tegangan selama kondisi kesalahan berlangsung merupakan penyimpangan berdurasi pendek. Perubahan arus menurut kategori durasi dan besarnya bisa juga termasuk dalam penyimpangan berdurasi pendek. 2.4.2.1 Interruption Sebuah interupsi terjadi ketika suplai tegangan atau arus beban sampai kurang dari 0.1 pu untuk periode waktu tidak lebih dari satu menit. Interupsi merupakan hasil dari kesalahan sistem tenaga, kesalahan peralatan, dan malfungsi kontrol. Interupsi terukur dengan durasinya sejak besaran tegangan kurang dari 10% dari nominal. Durasi gangguan akibat kesalahan pada sistem utilitas ditentukan oleh perangkat utilitas pelindung dan peristiwa tertentu yang menyebabkan kerusakan. Durasi gangguan akibat kerusakan peralatan atau sambungan yang longgar tidak tentu. Beberapa interupsi dapat didahului oleh tegangan sag saat interupsi disebabkan kesalahan pada suplai sistem. Tegangan sag itu terjadi antara waktu inisiasi kerusakan dan beroperasinya perangkat pelindung. Pada kerusakan feeder, beban akan mengalami tegangan sag yang segera diikuti dengan interupsi. Durasi dari gangguan ini akan tergantung pada kemampuan reclosing perangkat pelindung. Reclosing yang singkat umumnya akan membatasi gangguan yang disebabkan oleh kesalahan nonpermanen kurang dari 30 siklus. Tertundanya reclosing perangkat pelindung dapat menyebabkan interupsi sesaat atau sementara. Gambar 2.6 menunjukkan interupsi sesaat selama tegangan turun sekitar 2,3 detik. Catatan dari plot bentuk gelombang dari peristiwa ini bahwa tegangan sesaat tidak dapat jatuh ke nol segera setelah interupsi dari tegangan sumber. Tegangan sisa ini disebabkan oleh efek back-ggl induksi motor di sirkuit yang terputus

12



Gambar 2.6 Interupsi sesaat karena kesalahan dan operasi recloser selanjutnya. 2.4.2.2 Sags (Dips) Terminologi yang digunakan untuk menggambarkan besarnya tegangan sag sering membingungkan. Penggunaan yang disarankan adalah "sag ke 20%," yang berarti bahwa tegangan listrik berkurang hingga 20% dari nilai normal, tidak dikurangi sebesar 20%. Penggunaan preposisi "dari" (seperti dalam "sag dari 20%," atau tersirat dalam "sag 20%") sudah ditinggalkan. Preferensi ini konsisten dengan praktek IEC, dan dengan analisa gangguan yang paling mengganggu juga terlaporkan tegangan yang tersisa. Sama seperti penandaan tegangan yang tidak terspesifikasi diterima di ratarata potensial line to line, sehingga besar sag tidak ditentukan akan mengacu dengan tegangan yang tersisa. Bila memungkinkan, tegangan nominal atau dasar dan tegangan sisa harus disebutkan. Tegangan sag biasanya dikaitkan dengan kesalahan sistem, tetapi juga bisa disebabkan oleh switching beban berat atau start motor besar. Gambar 2.7 menunjukkan sebuah tegangan sag khas yang dapat dikaitkan dengan kegagalan pembumian. Kerusakan pada sirkuit feeder paralel akan mengakibatkan penurunan tegangan pada bus gardu induk yang mempengaruhi semua feeder lain sampai kerusakan tersebut diperbaiki. Jumlah perbaikan kesalahan typical bervariasi antara 3 sampai 30 siklus, tergantung pada besarnya arus gangguan dan jenis deteksi overcurrent dan interupsi


13


Gambar 2.7 Voltage sag sesaat yang disebabkan oleh kesalahan Single Line to Ground (SLG). Tegangan sag juga bisa disebabkan oleh perubahan beban besar atau start motor. Motor induksi akan menarik enam sampai sepuluh kali arus beban penuh selama start. Arus lagging timbul akibat tegangan sag menyebabkan penurunan tegangan impedansi sistem. Jika besarnya arus relatif lebih besar dari arus yang ada dalam kesalahan sistem, tegangan sag yang dihasilkan dapat signifikan. Gambar 2.8 menggambarkan efek dari start motor dengan beban besar. Istilah sag telah digunakan di komunitas kualitas daya listrik selama bertahun-tahun untuk menggambarkan jenis tertentu dari gangguan kualitas daya dengan penurunan tegangan berdurasi singkat. Jelas, gagasan secara langsung dipinjam dari definisi literal dari kata sag. Definisi IEC untuk fenomena ini adalah dip. Dua istilah yang dapat dipertukarkan tersebut, sag yang lebih disukai di komunitas kualitas daya AS. Sebelumnya, durasi peristiwa sag belum jelas. Typical durasi sag didefinisikan dalam beberapa publikasi memiliki rentang dari 2 ms (sekitar 1 / 8 siklus) sampai beberapa menit. Undervoltages yang kurang dari 1 / 2 siklus tidak dapat dicirikan secara efektif sebagai perubahan nilai rms dari nilai frekuensi dasar. Oleh karena itu, peristiwa ini dianggap transien. Undervoltages yang bertahan lebih lama dari 1 menit biasanya dapat dikendalikan dengan peralatan pengaturan tegangan dan mungkin terkait dengan berbagai penyebab lain dari kesalahan sistem. Oleh karena itu, kejadian tersebut diklasifikasikan sebagai penyimpangan berdurasi lama dibagian 2.4.3 bagian buku ini. Durasi sag disini dibagi ke dalam tiga kategori - seketika, sesaat, dan sementara - yang bertepatan dengan tiga kategori interupsi dan swell. Dengan durasi ini dimaksudkan untuk mengkorelasikan dengan typical intensitas pengoperasian alat pelindung serta rekomendasi divisi durasi oleh organisasi teknis internasional [B15].

14



Gambar 2.8 Voltage sag sementara yang disebabkan oleh starting motor. 2.4.2.3 Swells Swell didefinisikan sebagai peningkatan tegangan atau arus rms pada frekuensi daya untuk durasi waktu dari 0,5 siklus untuk 1 menit. Tipikal besarannya adalah antara 1,1 dan 1,8 pu. Swell besarnya juga dijelaskan oleh tegangan sisa, dalam hal ini, selalu lebih besar dari 1.0. Seperti sag, swell biasanya dikaitkan dengan kondisi gangguan sistem, tetapi swell kurang umum daripada tegangan sag. Swell dapat terjadi karena kesalahan pembumian pada sistem yang mengakibatkan kenaikan tegangan sementara pada tahapan yang tidak dilalui. Swell juga bisa disebabkan saat melepas beban besar atau switching pada sebuah kapasitor bank besar. Gambar 2.9 mengilustrasikan tegangan swell yang disebabkan oleh kesalahan Single Line to Ground (SLG).


15


Gambar 2.9 Voltage swell sesaat disebabkan oleh kesalahan Single Line to Ground. Swell dicirikan oleh besarannya (rms value) dan durasi. Tingkat keparahan tegangan swell saat kondisi kesalahan adalah fungsi dari kesalahan lokasi, impedansi sistem, dan pembumian. Pada sistem tanpa pembumian, tegangan Line-to-Ground di fase tanpa pembumian akan 1,73 pu selama kondisi kesalahan Line-to-Ground. Dekat dengan gardu pada sistem pembumian, tidak akan ada kenaikan tegangan pada tahapan tersebut karena trafo gardu biasanya dihubungkan delta-Wye, memberikan jalur zerosequence impedansi rendah untuk arus pengganggu. Dalam beberapa publikasi, istilah overvoltage sesaat yang digunakan sebagai sinonim untuk istilah swell. Definisi formal swell di IEEE Std C62.41-1991 adalah "Sebuah peningkatan sesaat dalam tegangan frekuensi daya yang dikirim oleh listrik, di luar toleransi normal, dengan durasi lebih dari satu siklus dan kurang dari beberapa detik [ B14] ". Definisi ini tidak disukai oleh masyarakat kualitas daya. 2.4.3. Penyimpangan Berdurasi Lama Penyimpangan berdurasi lama (Long Duration Variation) terjadi apabila mengalami penyimpangan dari rata-rata (rms) pada frekuensi sistem kelistrikan lebih dari 1 menit dimana besar penyimpangan melampaui batas ANSI. Penyimpangan berdurasi lama dapat berupa overvoltages atau undervoltages, tergantung pada penyebabnya. Terjadinya overvoltages dan undervoltages secara umum bukan hasil dari kesalahan sistem tetapi disebabkan oleh variasi beban terhadap sistem dan operasi switching sistem. Variasi ini dijelaskan dengan plot antara tegangan rms terhadap waktu (lihat Gambar 2.9).

16



Berbagai suplai daya tegangan yang lebih lama dari 1 menit bisa menyebabkan kerusakan peralatan. Overvoltage dan undervoltage jarang terjadi pada feeder utility karena dijaga dalam range penyimpangan +5%. Namun demikian overvoltage dan undervoltage dapat terjadi sehubungan dengan jaringan yang mengalami overload, kesalahan setting pada trafo, blown fuse pada kapasitor bank, dan kapasitor bank yang beroperasi pada beban penerangan. 2.4.3.1 Sustained interruptions Penurunan suplai tegangan ke nol untuk satu perioda waktu tertentu lebih dari 1 menit disebut sustained interruption. Gangguan tegangan lebih dari 1 menit sering terjadi dan memerlukan intervensi manual. Sustained interruption merupakan satu fenomena sistem daya yang spesifik. Efek dari sustained interruption yaitu tidak bekerjanya peralatan, kecuali beban yang telah dilindungi oleh sistem UPS atau bentuk lain dari peralatan penyimpan energi. 2.4.3.2 Overvoltage Overvoltage dapat disebabkan oleh pelepasan beban (misalnya, pemutusan suatu beban besar), atau variasi kompensasi reaktif pada sistem (misalnya., beroperasinya kapasitor bank). Kurangnya kemampuan pengaturan atau kontrol tegangan, salah menentukan setting trafo. Overvoltage dapat menyebabkan kegagalan peralatan. Pengaruh overvoltage dapat segera dirasakan pada peralatan elektronik. Sedangkan untuk trafo, kabel, bus, switchgear, CT, PT, dan motor listrik pengaruhnya tidak dirasakan segera tapi menyebabkan berkurangnya umur peralatan. Tanda seringnya kondisi overvoltage pada kapasitor bank adalah menggelembungnya fisik kapasitor. Keluaran daya reaktif (var) pada kapasitor akan meningkat selama kondisi overvoltage. Cahaya lampu menjadi lebih terang ketika overvoltage terjadi. Kondisi overvoltage terhadap protective relay dapat menyebabkan operasi lain yang tidak dikehendaki sehingga malfungsi. 2.4.3.3 Undervoltage Undervoltage dapat disebabkan oleh kejadian sebaliknya dari overvoltage. Penyambungan beban atau pemutusan kapasitor bank dapat menyebabkan undervoltage sampai peralatan pengaturan tegangan pada sistem dapat membawa tegangan kembali ke kondisi normal. Rangkaian dengan beban yang berlebihan juga dapat menghasilkan undervoltage. Undervoltage kurang lebih dari 1 menit dapat menyebabkan kegagalan pemakaian peralatan. Misalnya, pengontrol Motor dapat lepas selama kondisi undervoltage, dengan tegangannya sebesar 70 s/d 80 % dari tegangan nominal. Undervoltage dalam jangka waktu lama menyebabkan kerugian pemanasan pada motor induksi karena meningkatnya arus motor. Dengan perubahan kecepatan dapat terjadi pada mesin induksi selama kondisi ini. Pada peralatan elektronik seperti komputer dan pengontrol elektronik dapat berhenti beroperasi selama undervoltage. Kondisi undervoltage pada kapasitor bank dapat menyebabkan pengurangan output dari kapasitor bank, karena Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

17


output var sebanding dengan tegangan yang diterapkan. Secara umum, kondisi undervoltage pada trafo, kabel, bus, switchgear, CT, PT, peralatan metering, dan transducer tidak menyebabkan permasalahan untuk peralatan. Cahaya pada penerangan menjadi berkurang ketika undervoltage terjadi. 2.4.4. Voltage Unbalance Voltage unbalance (Tegangan Tidak Seimbang) dapat diperkirakan ketika penyimpangan maksimum rata-rata dari tegangan tiga atau arus fasa, dibagi dengan rata-rata tegangan atau arus tiga fasa yang dinyatakan dalam persen. Dalam bentuk persamaan berikut voltage unbalance = 100 x (deviasi max dari tegangan rata2) / (tegangan rata2) Gambar 2.10 memperlihatkan contoh pengukuran yang tidak seimbang pada satu titik jaringan rumah tangga (residential) selama satu minggu. Sebagai contoh, tegangan antar fasa dengan pembacaan 230, 232, dan 225 volt, jadi rata-rata adalah 229 volt. Penyimpangan maksimum dari rata-rata di antara tiga pembacaan adalah 4. Persentase ketidakseimbangan adalah 100 x 4/229 = 1.7%.

Gambar 2.10 Kecenderungan Tegangan tidak seimbang pada satu rumah tinggal (residensial). Sumber utama voltage unbalance kurang dari 2% adalah adanya ketidakseimbangan beban fase tunggal pada rangkaian 3 fasa. Voltage imbalance dapat juga diakibatkan hasil dari anomali kapasitor bank seperti blown fuse pada salah satu fasa dari bank tiga fasa. Voltage unbalance yang parah (lebih besar dari 5%) dapat terjadi akibat beban fasa tunggal. Pada umumnya, utility menyediakan tegangan yang dijaga sehingga jarang terjadi voltage unbalance; karena ketidakseimbangan dapat menyebabkan gangguan suplai listrik dan efek pemanasan yang signifikan terhadap pembangkit,

18



transmisi dan sistem distribusi. Ketidakseimbangan tegangan biasanya muncul pada pelanggan karena pengaturan beban yang tidak seimbang dalam beban satu fasa seperti tanur buses fasa tunggal. Dalam hal ini, mengakibatkan pemanasan berlebih pada motor dan trafo jika tidak dikoreksi. Voltage unbalance lebih besar dari 2% harus dikurangi, jika memungkinkan dengan mendistribusikan ulang beban fasa tunggal. 2.4.5. Distorsi Bentuk Gelombang Distorsi bentuk gelombang adalah suatu penyimpangan posisi steady-state dari suatu gelombang sinus ideal dari frekuensi daya yang terutama ditandai oleh konten spektrum penyimpangan. Terdapat empat jenis penyimpangan bentuk gelombang yang utama sebagai berikut: a) DC Offset b) Harmonisa dan Interharmonisa c) Notching d) Noise (kebisingan)

2.4.5.1 DC Offset Kehadiran tegangan atau arus DC pada sistem daya AC disebut dengan DC offset. Fenomena ini bisa terjadi sebagai akibat dari gangguan geomagnetik atau karena efek rektifikasi setengah gelombang. Penggunaan lampu pijar usia lama, sebagai contoh, mungkin mengandung dioda untuk mereduksi tegangan rms yang disuplai ke lampu dengan rektifikasi setengah gelombang. Arus searah (DC) pada sistem tenaga AC akan menyebabkan kerugian, terutama pada peningkatan saturasi trafo dan penambahan stress insulasi. 2.4.5.2 Harmonisa dan interharmonisa Harmonisa merupakan salah satu gangguan kualitas daya berupa tegangan sinusoidal yang frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari tegangan fundamentalnya, misalnya pada tegangan fundamental 50 Hz, maka tegangan harmonisa ketiga akan memiliki frekuensi 3x50 Hz atau 150 Hz). Distorsi harmonisa eksis karena karakteristik nonlinier peralatan dan beban pada sistem tenaga listrik. Injeksi arus yang mengandung harmonisa dari pelanggan ke dalam sistem tenaga dapat menyebabkan cacat tegangan harmonisa yang akan muncul pada sistem tenaga. Distorsi arus dan tegangan harmonisa ini dapat menyebabkan: pemanasan berlebih pada peralatan berputar, transformator-transformator, dan konduktor-konduktor pembawa arus, kegagalan atau operasi prematur alat pelindung (seperti sekringsekring), dan ketidaktepatan meteran (pengukuran). Distorsi tegangan harmonisa pada suatu sistem tenaga dapat menyebabkan permasalahan yang sama pada suatu peralatan pelanggan dan dapat menyebabkan pemanasan berlebih pada transformatortransformator utility, konduktor-konduktor, dan peralatan daya lain.


19


Sebuah ilustrasi bentuk tegangan fundamental dan harmonisa dapat dilihat pada Gambar 2.11. Tingkat distorsi harmonisa dapat dikarakterisasi oleh spektrum harmonisa lengkap dengan magnitude dan sudut fasa dari masing-masing komponen harmonisa individu. Juga sering digunakan suatu kuantiti tunggal yang disebut distorsi harmonisa total (Total Harmonic Distortion, THD) sebagai suatu ukuran magnitude dari distorsi harmonisa.

Gambar 2.11 Sebuah ilustrasi bentuk tegangan fundamental dan harmonisa.

Tabel 2.3 Kerugian yang diakibatkan oleh harmonisa pada berbagai peralatan. No.

Peralatan

Kerugian yang ditimbulkan

1

Circuit breakers

Malfungsi

2

Capacitor banks

3

Perlengkapan proteksi

4

Peralatan pengukuran

5

Trafo, reaktor

6

Motor

7

Telefon

8

Kabel

9

Elektronik umum (TV, komputer, dll)

20

Pemanasan lebih Kerusakan isolasi Kegagalan pemutus internal False tripping No tripping Pengukuran yang salah Pemanasan lebih Tingkat kebisingan naik Pemanasan lebih Penambahan vibrasi Rusaknya kualitas suara Pemanasan lebih Kesalahan transfer data Over-/undervoltage Layar yang berkejap



Tegangan harmonisa pada umumnya disebabkan oleh penggunaan peralatan yang memiliki beban non-linier seperti VSD (variable speed drives) dan SCR (Silicon Controlled Rectifiers). Selain itu penyebab lain harmonic dapat berasal dari peralatan yang menggunakan inti besi (iron core) seperti trafo and motor induksi. Gangguan harmonisa dapat ditanggulangi dengan penggunaan filter atau trafo sebagai komponen urutan nol (zero sequence components). Sebuah tabel berisi jenis-jenis kerugian harmonisa pada berbagai peralatan, dapat dilihat pada Tabel 2.3. Sedangkan Interharmonisa didefinisikan serupa dengan harmonisa, hanya saja frekuensinya bukan merupakan kelipatan bilangan bulat dari tegangan fundamentalnya. Interharmonisa dapat muncul sebagai frekuensi diskrit atau suatu spektrum pita lebar. Sumber utama distorsi bentuk gelombang interharmonisa adalah konverter frekuensi statik, konverter siklus, motor-motor induksi, dan peralatan-peralatan busur api. Sinyal Power Line Carrier (PLC) dapat juga ditimbang sebagai interharmonisa. 2.4.5.3 Notching Notching adalah suatu gangguan frekuensi tegangan yang disebabkan oleh operasi normal peralatan-peralatan elektronika daya ketika arus dikomutasi dari fasa satu ke lainnya. Konverter fase tiga yang memproduksi arus searah (DC) secara terus-menerus adalah penyebab utama notching. Contoh bentuk gelombang tegangan listrik yang mengalami gejala notching dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Bentuk gelombang tegangan yang disebabkan oleh operasi konverter. 2.4.5.4 Noise Noise adalah sinyal elektrik yang tak dikehendaki dengan konten spektrum lebar pita (bandwith) lebih rendah dari 200 kHz yang tersuperimposed dengan tegangan atau arus sistem tenaga dalam konduktor-konduktor fasa, atau diperoleh pada konduktor Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

21


netral saluran-saluran sinyal. Noise pada sistem tenaga dapat disebabkan oleh peralatan-peralatan elektronik daya, rangkaian kontrol, peralatan busur api, bebanbeban dengan penyearah solid-state, dan pensaklaran suplai daya. Permasalahan noise sering bertambah parah dengan grounding/pembumian yang buruk. Pada dasarnya, noise merupakan distorsi sinyal tenaga yang tak dikehendaki yang tidak bisa digolongkan sebagai distorsi harmonisa ataupun transien. Kisaran frekuensi dan tingkat magnitud noise tergantung pada sumber yang memproduksi noise dan karakteristik sistem. Biasanya besaran noise kurang dari 1% magnitud tegangan. Noise akan mengganggu peralatan elektronik seperti pengendali mikrokomputer dan progam. Pengaruh buruk noise bisa dikurangi dengan penggunaan filter, dan trafo isolasi. 2.4.6. Fluktuasi Tegangan Fluktuasi tegangan adalah perubahan sistematis dari bentuk tegangan atau suatu serial dari perubahan-perubahan tegangan secara acak, besaran biasanya tidak melebihi kisaran tegangan yang dispesifikasi (0,95-1,05 per unit). Beban apapun yang mempunyai perubahan-perubahan (variasi) arus yang berarti, terutama pada komponen reaktif, dapat menyebabkan fluktuasi tegangan. Bebanbeban yang bersifat kontinyu, perubahan-perubahan derastis dari magnitud arus beban dapat menyebabkan perubahan-perubahan (variasi) tegangan secara salah yang diacu sebagai flicker. Istilah fiicker (kedip) diperoleh dari dampak fluktuasi tegangan pada intensitas cahaya. Fluktuasi tegangan merupakan respon dari sistem tenaga terhadap perubahan beban, sedangkan flicker merupakan respon dari cahaya seperti yang diamati oleh mata manusia. Tanur busur listrik merupakan penyebab paling umum adanya fluktuasi tegangan pada sistem transmisi dan distribusi. Fluktuasi-fluktuasi tegangan didefinisikan oleh besaran rms nya yang dinyatakan sebagai persen dari fundamental. Flicker (kedip) cahaya diukur sesuai dengan sensitivitas mata manusia. Suatu contoh dari bentuk gelombang tegangan yang menghasilkan kedip (flicker) diperlihatkan pada Gambar 2.13.

22



Gambar 2.13 Contoh dari fluktuasi tegangan yang disebabkan oleh operasi tungku busur listrik. Fluktuasi-fluktuasi tegangan secara umum nampak sebagai suatu modulasi dari frekuensi fundamental (serupa dengan amplitudo modulasi dari suatu sinyal radio AM). Oleh karena itu, adalah lebih mudah mendefinisikan suatu besaran untuk fluktuasi tegangan sebagai besaran rms dari sinyal modulasi. Hal ini dapat diperoleh dengan demodulasi bentuk gelombang untuk menghilangkan frekuensi fundamental dan kemudian mengukur besaran komponen-komponen modulasi. Secara tipikal, besaran serendah 0.5% dapat menghasilkan kedip cahaya yang jelas jika frekuensi adalah dalam kisaran 6-8 Hz. 2.4.7. Perubahan-perubahan Frekuensi Tegangan Frekuensi sistem tegangan secara langsung berhubungan dengan kecepatan putar dari generator pada sistem. Pada saat apapun, frekuensi tergantung pada keseimbangan antara beban dan kapasitas dari generator yang tersedia. Ketika keseimbangan dinamis ini berubah, perubahan-perubahan kecil dari frekuensi terjadi. Ukuran pergeseran frekuensi dan durasinya tergantung pada karakteristik beban dan respon dari sistem pembangkitan (generator) terhadap perubahan beban. Perubahan-perubahan (variasi) frekuensi yang mempengaruhi operasi mesin-mesin berputar, atau proses-proses yang menggerakkan waktunya dari “waktu” frekuensi tenaga, adalah sangat jarang dijumpai pada sistem tenaga lstrik modern yang terinterkoneksi. Perubahan-perubahan frekuensi sangat mungkin terjadi pada peralatan-peralatan yang disuplai oleh generator yang terisolasi (isolated) dari sistem. Pada kasus ini, respons governor untuk memenuhi perubahan-perubahan beban mungkin tidak cukup untuk mengatur dalam bandwidth sempit yang diperlukan oleh peralatan sensitif.


23


BAB-3 PENGAWASAN DAN PENGUKURAN GEJALA KUALITAS DAYA 3.1 Tujuan Monitoring Monitoring kualitas daya sangat penting untuk mengetahui karakteristik fenomena elektromagnetik dari jaringan listrik pada lokasi tertentu. Pada kasus-kasus tertentu, tujuan monitoring adalah untuk mendiagnosa ketidaksesuaian antara sumber dan beban listrik. Atau dengan kata lain, untuk mengevaluasi kondisi listrik pada suatu lokasi tertentu pada suatu jaringan untuk memperbaiki teknik modeling atau untuk mengembangkan suatu saluran dasar kualitas daya. Selain itu, monitoring dapat digunakan untuk memperkirakan kondisi pada masa yang akan datang terhadap kinerja peralatan (beban-beban listrik) atau peralatan mitigasi kualitas daya. Monitoring untuk pekerjaan tertentu akan menentukan pemilihan peralatan monitoring, metode pengumpulan data, teknik analisis data yang akan diterapkan dan usaha-usaha yang diperlukan pada semua tingkatan dari kegiatan tersebut. Tujuan tersebut mungkin sesedarhana seperti pada saat melakukan verifikasi pengaturan tegangan ajek (steady state) pada titik pelayanan atau mungkin serumit seperti pada analisis aliran arus harmonisa pada jaringan distribusi. Prosedur dalam menjelaskan tujuan monitoring berbeda untuk masing-masing studi. Untuk monitoring diagnosa dalam menyelesaikan masalah-masalah berhentinya bekerja peralatan-peralatan yang sensitif, tujuannya adalah untuk mengetahui kejadiankejadian di luar toleransi untuk tipe-tipe tertentu. Evaluasi atau monitoring prediksi mungkin memerlukan beberapa data dari parameter tegangan dan arus untuk membuat karakteristik tingkat kualitas daya yang ada. Pengukuran fenomena elektromagnetik mencakup domain waktu dan frekwensi dari parameter-parameter yang mugkin berbentuk overvoltage dan undervoltage, interupsi, tegangan sag and swell, transien, fasa tidak seimbang, distorsi frekuensi dan harmonisa. Faktor lingkungan seperti temperatur, kelembaban, interferensi elektromagnetik dan frekuensi radio dapat juga berpengaruh pada peralatan beban, meskipun gangguan seperti ini tidak menjadi pertimbangan dalam panduan ini. 3.1.1 Kebutuhan Monitoring Kualitas Daya Beberapa alasan penting untuk memonitor kualitas daya, terutama adalah alasan ekonomi, khususnya jika beban-beban kritis dalam suatu proses yang sangat berpengaruh terhadap fenomena elektromagnetik. Pengaruh pada peralatan dan proses operasi dapat berupa salah operasi (misoperation), kerusakan, terhentinya proses dan penyimpangan-penyimpangan lainnya. Terhentinya proses tersebut sangat merugikan karena seharusnya profit dapat diperoleh dengan berjalannya proses produksi, namun tiba-tiba harus berhenti dan harus dipulihkan kembali untuk melanjutkan produksi. Disamping itu, kerusakan peralatan dan biaya perbaikanperbaikannya akan sangat membebani, baik berupa uang maupun waktu. Kerusakan produk dapat juga disebabkan oleh fenomena elektromagnetik yang menyebabkan

24



produk tersebut harus didaur ulang atau dibuang, dimana hal ini merupakan isu ekonomi. Untuk memperbaiki terhentinya operasi peralatan tersebut, suatu database toleransi peralatan dan sensitivitas dapat dikembangkan dari data-data yang termonitor. Database seperti ini dapat dijadikan dasar untuk pengembangan spesifikasi kompatibilitas peralatan dan panduan guna peningkatan kinerja peralatan dimasa yang akan datang. Database penyebab gangguan yang tercatat dapat digunakan untuk melakukan perbaikan sistem. Masalah-masalah kompatibilitas peralatan dapat menimbulkan bahaya keselamatan akibat kesalahan atau kegagalan operasi peralatan. Permasalahan yang berkaitan karena kesalahan pengoperasian peralatan hanya dapat dikaji, jika laporan-laporan gangguannya terdata. Log data ini menjelaskan kejadian dalam fasilitas, tipe peralatan yang terkena, bagaimana akibatnya, kondisi cuaca dan kerugian yang terjadi. 3.1.2 Toleransi Peralatan dan Pengaruh Gangguan pada Peralatan Toleransi dari berbagai peralatan perlu dipertimbangkan dalam melakukan monitoring kualitas daya. Suatu peralatan tipe khusus seperti ASD (Adjustable Speed Drive) mungkin sensitif terhadap kondisi tegangan lebih atau tegangan kurang, sebagai contoh, sementara mungkin juga terjadi sesuatu variasi yang signifikan terhadap penomena yang sama antara ASD yang diproduksi oleh pabrikan lainnya. Monitoring kualitas daya seharusnya membuat karakteristik masing-masing peralatan proses dengan mencocokkan hasil-hasil monitoring bersama masalah peralatan yang dilaporkan. Karakterisasi masing-masing beban akan menunjukkan peralatan mana yang memerlukan peroteksi dan tingkat proteksi yang diperlukan. 3.1.3. Tipe-tipe Peralatan Walaupun terdapat beraneka ragam respon dari tipe peralatan tertentu yang dipabrikasi oleh perusahaan berbeda, mungkin terdapat beberapa kesamaan dalam respon dari tipe peralatan tertentu terhadap parameter-parameter gangguan tertentu. Dalam kasus tertentu, adalah sangat berguna untuk menimbang tipe peralatan tertentu atau mengelompokkannya sesuai dengan imunitas terhadap gangguan kualitas daya. 3.2 Instrumen Pengukuran Instrumen yang digunakan untuk memonitor fenomena elektromagnetik yang dapat berupa instrumen yang sederhana berbentuk sebuah voltmeter analog sampai pada instrumen yang canggih seperti penganalisis spektrum. Seleksi dan penggunaan jenis monitor yang benar memerlukan pemahaman pengguna atas kemampuan serta keterbatasan instrumen, responnya terhadap berbagai variasi sistem tenaga, dan tujuan spesifik dari analisis. Klausul ini akan fokus pada kemampuan dan keterbatasan berbagai peralatan monitoring. Fitur instrumen yang diperlukan tergantung pada lokasi dan tujuan monitoring. Jika pengkajian kualitas daya pada sisi pelayanan, penekanannya mungkin saja hanya pada kondisi ajek dalam waktu yang lama dan kejanggalan saat penyaluran ke pengguna. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

25


Seberapa rinci data yang diperlukan - bidang grafik tegangan rms atau tangkapan bentuk gelombang kecepatan tinggi di-indikasikan oleh tipe fenomena yang mungkin menjadi penyebab permasalahan. 3.2.1 Pengukuran Tegangan Arus Bolak Balik Voltmeter elektromekanik analog adalah tipe voltmeter paling tua dari voltmeter dan sangat dikenal. Jika skala yang benar dipilih, tegangan secara langsung dibaca dari suatu skala analog. Pengukuran arus bolak balik yang dibuat oleh tipe instrumen tipe ini memerlukan suatu pemahaman dari bentuk gelombang yang diukur. Skala arus bolakbalik dikalibrasi atas dasar bentuk gelombang sinusoidal. Jika tegangan yang sedang diukur tidak mempunyai suatu bentuk gelombang sinusoidal, pembacaan tegangan tidak akan benar. Secara internal, tegangan yang sedang diukur disearahkan, baik melalui penyearah jembatan setengah gelombang maupun gelombang penuh, dan hasil rata-rata tegangan searah itulah yang diukur. Skala meter kemudian dikalibrasi dengan suatu faktor konversi untuk memperoleh pembacaan tegangan arus bolak-balik yang benar. Tipe voltmeter arus bolak-balik lainnya adalah voltmeter digital (Digital Voltmeter DVM). Meter-meter ini lebih akurat dan lebih mudah digunakan dibandingkan tipe elektromekanik. Ada dua teknik pengukuran yang digunakan dalam meter-meter ini yaitu pengertian rata-rata dan puncak. Seperti pada meter analog yang dijelaskan di atas, perata-rataan meter mengambil rata-rata nilai mutlak dari tegangan seketika pada satu siklus, dan meter indra puncak mendeteksi tegangan seketika yang tertinggi selama satu siklus. Voltmeter digital paling banyak menggunakan beberapa bentuk dari konversi rata-rata untuk pengukuran arus bolak-balik, karena teknik pengukuran ini paling mudah dan murah untuk diterapkan. Kedua teknik pengukuran ini, baik untuk nilai rata-rata maupun nilai puncak, dikalibrasi untuk suatu bentuk gelombang sinusoidal. Suatu meter nilai rata-rata dikalibrasi untuk menampilkan 1,11 kali tegangan rata-rata, dan nilai puncaknya dikalibrasi untuk menampilkan 0,707 kali tegangan puncak. Jika bentuk gelombang yang sedang diukur adalah sinusoidal, Faktor kalibrasi ini akan menghasilkan pengukuran tegangan arus bolak-balik yang sesuai dengan pengukuran yang dilakukan dengan suatu voltmeter rms-sebenarnya (true rms). Meter-meter rmssebenarnya secara akurat mengukur nilai efektif dari arus, gelombang cacat (distorted) atau sinusoidal. 3.2.2 Pengukuran Arus Bolak Balik Pengukuran arus bolak-balik dapat dilengkapi dengan penggunaan suatu probe bolakbalik, suatu hall effect probe (juga digunakan untuk pengukuran arus searah), atau suatu tahanan shunt. Adalah penting untuk dicatat bahwa teknik dan keterbatasan yang dijelaskan di atas mengenai voltmeter analog dan digital juga berlaku untuk pengukuran arus bolak-balik pada sistem tenaga listrik. Probe arus arus bolak-balik menggunakan aksi trasformator untuk mendeteksi arus. Tipe probe ini juga disebut sebagai transformator arus (CT) yang mempunyai bandwidth terbatas. Batas pada frekuensi

26



yang lebih rendah terjadi karena saturasi dari probe dan pada frekuensi lebih tinggi disebabkan karena adanya induktansi dan kapasitansi parasitik. Selanjutnya, amplitudo yang berlebihan dari sinyal dapat menyebabkan saturasi. Transformator dengan bandwidth lebar banyak tersedia, dan transformator ini memberikan hasil yang lebih dari cukup untuk mengukur kualitas daya. Permasalahan bandwidth berkaitan dengan CT mungkin dapat dieliminir dengan menggunakan suatu hall effect probe. Hall effect probe tidak menggunakan transformator tetapi mengindera medan magnet yang dihasilkan oleh aliran arus listrik dengan menggunakan suatu peralatan semi-konduktor. Keluaran dari probe sebanding dengan arus yang mengalir dalam kawat, yang kemudian dibaca oleh suatu meter. Keuntungan dari penggunaan tipe probe ini adalah dapat mengukur secara akurat bentuk-bentuk gelombang cacat (distorted) tanpa memperhatikan batas bandwidth seperti yang dialami pada transformator arus. Metode paling tua dalam pengukuran arus adalah dengan tahanan shunt. Tahanan shunt adalah tahanan berpresisi rendah yang disisipkan pada rangkaian yang diukur. Arus listrik menghasilkan suatu jatuh tegangan pada tahanan yang sebanding dengan tahanan shunt. Tegangan yang dihasilkan kemudian dikonversi ke dalam nilai arus. Penggunaan suatu tahanan shunt memerlukan pemutusan ke dalam rangkaian, dan kemudian dapat menjadi sulit untuk memasang dan menggunakannya. Manfaat utama dari tahanan shunt adalah tidak adanya kendala dengan terbatasnya bandwidth seperti yang dialami pada transformator arus. 3.2.3 Pertimbangan Tegangan dan Arus 3.2.3.1 Pembacaan rms-sebenarnya Ketika pengukuran tegangan atau arus bolak-balik dibuat dalam bentuk-bentuk gelombang non-sinusoidal atau gelombang cacat, suatu DVM atau ampermeter digital yang menggunakan teknik konversi rms-sebenarnya seharusnya digunakan. Saat ini terdapat tiga teknik konversi rms sebenarnya yang dapat digunakan, yang dijelaskan sebagai thermal, analog, dan digital. Konversi panas (thermal) rms-sebenarnya didasarkan pada pemanasan suatu beban resistif dengan sinyal input. Jumlah panas yang dihasilkan oleh beban ini berbanding langsung dengan nilai rms sinyal. Suatu thermocouple diletakkan berdampingan dengan beban dalam suatu ruang kosong. Keluaran tegangan dc dari thermocouple sebanding dengan panas yang dihasilkan. Keluaran dari thermocouple kemudian disalurkan ke meter dimana nilai rms dibaca. Suatu rangkaian umpan balik yang berisikan thermocouple kedua dapat dipasang untuk menghitung ketidaklinearan dari thermocouple utama. Beberapa meter akan mengukur dan menampilkan nilai puncak dan nilai rmssebenarnya. Fitur ini bermanfaat untuk mendiagnosa potensial harmonisa pada pemanasan berlebihan.


27


3.2.3.2 Transformator Arus (CT) Sejumlah peralatan monitoring daya mempunyai kemampuan untuk memonitor tegangan dan arus secara simultan. Karena adanya kesulitan dalam melakukan pengukuran arus secara langsung tanpa mempengaruhi sistem tenaga, suatu CT biasanya digunakan. Penjepit CT yang mengelilingi kabel atau rel (busbar) dibuat untuk memfasilitasi supaya pengukuran tidak mengganggu operasi tenaga listrik. Ketika memilih CT untuk penggunaan monitoring daya, terdapat empat hal yang harus ditimbang: a. b. c. d.

Ketelitian dalam pembacaan (suatu kombinasi CT dan ketelitian instrumen). Pergeseran fasa jika peralatan mampu menyediakan pengukuran relasi-relasi fasa. Respon dan pergeseran fasa melebihi bandwidth pengukuran. Kemampuan crest factor.

3.2.4 Instrumen Monitoring 3.2.4.1 Osiloskop Osiloskop dapat digunakan untuk menyediakan suatu representasi visual tegangan dan arus, ketika digabungkan dengan probe arus seperti dijelaskan di atas. Osiloskop digital dapat menyimpan bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus. Beberapa osiloskop digital dapat menghitung langsung nilai puncak, rata-rata, rms, dan nilai lainnya. Bentuk gelombang dari probe arus Hall effect, probe tegangan, atau peralatan lainnya dapat diumpankan ke dalam osiloskop untuk analisis. Penggunaan de-coupler memungkinkan pengukuran yang aman untuk bentuk gelombang tegangan dengan frekuensi 50 Hz, begitupula mode normal frekuensi tinggi dan noise mode umum ke dalam spektrum RF. Teknik pengukuran ini berguna untuk menentukan tingkat noise lingkungan sekitarnya dan dapat juga digunakan untuk mengidentifikasi kemungkinan sumber noise. Pengukuran bentuk gelombang arus dapat juga dilakukan dengan suatu jepitan CT. Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, perhatian harus digunakan dalam memilih CT untuk meyakini respon frekuensi cukup tinggi untuk mengukur arus harmonisa, demikian pula frekuensi fundamental. Respons frekuensi pada harmonisa ke-50 (2500 Hz) biasanya cukup pada banyak aplikasi. Bentuk gelombang daya dapat ditampilkan dan diukur dengan menyimpan bentuk gelombang arus dan tegangan. Sebuah osiloskop digital dapat digunakan untuk meningkatkan kualitas dan memudahkan dalam pengumpulan data. 3.2.4.2 Monitor Gangguan Monitor gangguan adalah instrumen monitoring tenaga listrik yang didisain untuk mendeteksi dan merekam pada berbagai sistem tenaga listrik. Secara tipikal, monitoring gangguan saluran listrik merupakan instrumen portabel yang memuat beberapa fitur. Fitur-fitur tersebut meliputi sejumlah channel monitoring, tempat

28



penyimpanan data dan format display, dan fitur lain yang dapat meningkatkan kemampuan instrumen. Disain monitor gangguan dapat memperlihatkan kisaran (range) frekuensi yang diukur, bagaimana data dikumpulkan dan ditampilkan. Ketika disain parameter ini dimengerti, pengguna kemudian dapat memilih suatu disain terbaik yang akan memenuhi aplikasi yang diinginkan. Sebagai contoh, beberapa aplikasi monitoring tenaga listrik memerlukan pengukuran tegangan dan/atau arus yang cukup lambat. Suatu instrumen yang murah yang dapat mengukur tegangan beberapa kali dalam detik mungkin memenuhi kebutuhan aplikasi ini. Di sisi lainnya, beberapa aplikasi memerlukan pengukuran dengan kecepatan sangat tinggi untuk mengukur tegangan. Hal ini mungkin merupakan suatu kasus ketika terjadi transien frekuensi tinggi dalam sistem tenaga yang mungkin akan menjadi potensi sumber masalah. Pengukuran ini akan memerlukan suatu instrumen monitoring tenaga listrik yang lebih canggih. Instrumen canggih ini dapat mendeteksi dan mengumpulkan data pada variasi besar dari sistem tenaga seperti tegangan swell, sag, transien, kesalahan frekuensi, noise listrik, distorsi, dan lain-lain. Sebuah monitor sistem tenaga listrik yang melihat pada suatu kisaran frekuensi yang lebar mungkin menggunakan teknik pengukuran berganda. Sebagai contoh, suatu teknik sampling digital dapat digunakan untuk mengukur tegangan rms dan distorsi, dan rangkaian analog digunakan untuk menangkap gejala transien. Faktor-faktor yang menentukan teknik pengukuran yang sesuai, tidak hanya menyangkut ketelitian, kisaran dinamis, dan respon frekwensi, tetapi juga bagaimana data akan diproses dan disajikan. Sebagai contoh, jika suatu Fast Fourier Transform (FFT) diterapkan untuk menangkap suatu kejadian, maka instrumen harus menggunakan suatu teknik sampling digital. Monitor gangguan saluran listrik dapat dibagi menjadi empat jenis yaitu monitor indikator kejadian, monitoring teks, pencatat volt/ampere meter jenis kompak (solid state), dan monitor displai grafik. 3.2.4.3 Indikator Kejadian Indikator kejadian adalah paling sederhana dan murah dari semua monitor gangguan saluran listrik. Indikator ini mengumpulkan dan menyajikan data yang dihasilkan oleh variasi-variasi (karena gangguan) sistem tenaga listrik. Instrumen ini mungkin diperuntukkan pada satu jenis dari variasi (gangguan) sistem tenaga, atau yang lebih tipikal instrumen ini mungkin mengklasifikasi beberapa tipe kejadian. Data yang dihasilkan oleh fenomena elektromagnetik mungkin saja ditampilkan dengan indikator cahaya, grafik bar terang, bunyi alarm, atau beberapa kombinasi dari ketiga jenis indikator tersebut. Secara tipikal, waktu kejadian dari variasi (gangguan) sistem tenaga tidak direkam oleh jenis peralatan seperti ini. Indikator kejadian mengumpulkan data variasi (ganguan) sistem tenaga listrik dengan membandingkan kondisi ajek (steady state) sistem tenaga listrik dengan satu atau lebih


29


parameter ambang batas. Parameter ini mungkin saja ditetapkan lebih dulu atau dapat diatur oleh pengguna. Pada kejadian dimana ambang batas ini terlewati, maka variasi (gangguan) sistem tenaga dideteksi dan direkam. Perbandingan dari kondisi ajek dan variasi (ganguan) sistem tenaga diselesaikan melalui penggunaan teknik sirkit digital dan/atau analog. Parameter ambang batas ini mendiktekan tipe dan jumlah variasi sistem tenaga yang dideteksi oleh tipe monitor ini. Ketika suatu variasi (gangguan) sistem tenaga dideteksi, variasi ini dapat disimpan sebagai suatu amplitudo atau sejumlah kejadian yang melebihi ambang batas. Data dapat ditampilkan sebagai nilai numerik untuk amplitudo atau jumlah variasi sistem tenaga listrik. Beberapa bentuk dari indikator seperti iluminasi dan bunyi alarm dapat juga digunakan untuk menampilkan data tersebut. 3.2.4.4 Monitor Teks Tipe kedua dari monitor gangguan saluran listrik ini diacu sebagai monitor teks. Seperti pada indikator kejadian, instrumen ini mengumpulkan dan menampilkan variasi (gangguan) sistem tenaga termasuk beberapa perbedaan penting. Variasi (gangguan) sistem tenaga yang bersifat individu ditampilkan dengan uraian alphanumeric. Lebih lanjut, variasi-variasi (gangguan-gangguan) ini biasanya dibukukan sesuai dengan waktu kejadiannya. Keluaran dari tipe monitor ini mungkin direkam di atas pita kertas, pada penyimpanan media elektronik, atau kombinasi kedua-duanya. Secara umum, monitor teks menggunakan teknik perbandingan ambang atas yang sama dengan yang digunakan pada indikator kejadian. Kondisi ajek sistem tenaga dibandingkan dengan ambang batas yang ditetapkan lebih dahulu atau yang diatur oleh pengguna. Pada kejadian dimana satu atau lebih ambang batas terlewati, data pengukuran dikumpulkan dan disimpan dalam instrumen. Rangkaian elektronik yang digunakan untuk melakukan perbandingan mungkin didasarkan pada teknik analog atau digital. Seperti pada indikator kejadian, parameter-parameter ambang batas ini mendiktekan jumlah dan tipe variasi (gangguan) sistem tenaga yang direkam untuk tujuan analisis di masa mendatang. Teknik penampilan data yang disajikan oleh monitor teks menyediakan beberapa peningkatan kualitas dari data yang terkumpul untuk analisis dimasa mendatang. Ketika variasi-variasi (gangguan-gangguan) sistem tenaga listrik dideteksi, suatu pesan alphanumeric dihasilkan yang merepresentasikan variasi-variasi. Ketelitian data yang terkumpul dan yang ditampilkan tergantung pada teknik dan parameter pengukuran. Suatu fitur berikutnya dari instrumen ini, yakni perekaman waktu kejadian dari variasi (gangguan) sistem tenaga yang dapat digunakan dalam analisis. 3.2.4.5 Pencatatan Volt/Ammeter Jenis ketiga dari monitor saluran listrik dikenal sebagai pencatat volt/ampermeter (recording volt/ammeter - Rvm). Rvm klasik adalah perekam bagan dengan pena dan tinta. Alat ini memberikan dasar pengukuran kualitas daya pada titik pelayanan.

30



Rvm solid state secara komersial telah tersedia. Alat tersebut diprogram oleh komputer, dan secara digital merekam data kondisi ajek pada suatu sampling yang diseleksi oleh pengguna. Data tersebut dapat di-download dari komputer dan ditampilkan secara grafis atau dicetak. Nilai ajek merepresentasikan jumlah rata-rata. Rvm solid state mengukur nilan rms-sebenarnya, dan dapat diprogram untuk menangkap kejadian di luar batas yang ditandai dengan waktu dan tanggal kejadian. Versi lain dari rvm solid state juga tersedia. Peralatan ini mampu melakukan sampling setiap siklus, mempunyai lebih banyak memori untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan kejadian, dan mengkalkulasi rms-sebenarnya dengan suatu teknik sampling digital. Pengguna dapat memilih laju sampling dan atau periode rata-rata. Peningkatan lainnya adalah data yang tersimpan dalam memori dapat berupa mode ‘stop when full’ atau mode ‘wrap-around’. Fitur ini mungkin berguna untuk membatasi memori yang diperlukan dan hanya merekam data yang langsung berhubungan dengan satu masalah. Para pemakai rvm harus memahami benar bagaimana peralatan ini menangani laju serta teknik sampling. Kapasitas penyimpanan data merupakan suatu pertimbangan penting ketika menspesifikasi persyaratan memori pilihan. 3.2.4.6 Monitor Tampilan Grafik Tipe keempat dari monitor gangguan pada saluran listrik adalah suatu monitor tampilan berbasis grafik. Instrumen ini mengumpulkan dan merekam variasi (gangguan) sistem tenaga listrik dalam suatu format grafik yang ditingkatkan dengan deskripsi alphanumeric yang serupa dengan monitor teks yang telah dibahas sebelumnya. Variasi-variasi (gangguan-gangguan) sistem tenaga listrik direkam sesuai waktu kejadian dengan suatu representasi grafik dari variasi. Variasi-variasi ini, selanjutnya ditingkatkan dengan deskripsi alphanumeric. Data yang terkumpul dapat ditampilkan pada pita kertas, displai jenis CRT, atau disimpan pada beberapa tipe media elektronik. Kumpulan data yang digunakan dalam monitor tampilan grafik didasarkan pada teknik sampling tetap atau variabel yang membagi-bagi bentuk gelombang tegangan arus bolak-balik ke dalam suatu seri langkah-langkah diskret yang dapat disimpan. Data yang tersimpan ini kemudian digabungkan kembali untuk menyajikan suatu representasi dari bentuk gelombang arus bolak-balik orijinal. Kecepatan laju sampling menunjukkan derajat dari ketersediaan rinci untuk merekonstruksi kembali bentuk gelombang arus bolak-balik. Nilai-nilai ajek direkam pada beberapa interval yang diseleksi oleh pabrikan, atau dapat direkam ketika suatu ambang batas sensitivitas yang diseleksi oleh pengguna terlampaui. Selain dari itu, data yang di luar batas direkam ketika suatu variasi (gangguan) sistem tenaga melebihi parameter ambang batas yang ditetapkan terlebih dahulu dalam mesin atau yang diatur oleh pengguna. Variabel-variabel ini termasuk,


31


dan tidak terbatas pada tegangan sag dan swell, distorsi bentuk gelombang, dan transien impuls. Seperti pada instrumen sebelumnya, rangkaian pembanding mungkin dapat berupa analog dan/atau digital. Ambang batas sebagai pencetus dalam kejadian variaisi (gangguan) sistem tenaga didasarkan pada kontrol perangkat lunak. Algoritma perbandingan dipasang dalam perangkat lunak sistem yang memungkinkan suatu kisaran lebar dari ambang batas dapat digunakan untuk koleksi data. Ketika variasi (gangguan) sistem tenaga melebihi ketentuan ambang batas terdeteksi, maka data digital dari variasi tersebut disimpan dalam memori. Data ini kemudian diukur dalam berbagai cara untuk menetapkan parameter-parameter dari variasi (gangguan) sistem tenaga. Ketika pengukuran selesai, data yang terdigitasi digunakan untuk menyediakan suatu representasi grafik rinci dari variasi (gangguan) sistem tenaga. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, pelaporan dari data yang dikumpulkan mungkin disediakan melalui suatu catatan pita kertas atau transfer ke beberapa bentuk media elektronik untuk disimpan dan sebagai acuan pada waktu mendatang. Representasi grafik dapat juga ditampilkan dengan menggunakan monitor tipe CRT. Monitor ini dapat digunakan untuk mengumpulkan sejumlah besar data dan sejumlah kejadian dalam jangka waktu tertentu. Perencanaan lebih dulu dan aplikasi ambang batas mungkin diperlukan untuk mengendalikan pengumpulan data dan analisis. 3.2.5 Daya Instrumen 3.2.5.1 Suplai Daya dan Kompatibilitas Monitoring Sebagaimana telah dijelaskan pada buku panduan ini, pengukuran apapun yang dilakukan akan sangat tergantung pada peralatan apa yang digunakan untuk membuat pengukuran. Sasaran penggunaan instrumen monitoring daya adalah untuk meminimasi dampak instrumen pada pengukuran sistem tenaga. Penggunaan sambungan-sambungan tegangan dan CT merupakan suatu permasalahan yang sederhana untuk dikerjakan. Namun demikian, permasalahan mungkin masuk ke dalam proses pengukuran tidak melalui sambungan-sambungan, tetapi melalui suplai daya dari instrumen. Walaupun banyak instrument monitoring daya memerlukan daya kecil, suplai dayanya mungkin mendistorsi pengukuran secara berarti. Issu-issu berikut seharusnya ditimbang sebelum memilih untuk mencatu instrumen pada lokasi monitoring. Demikian juga sangat perlu untuk memperhatikan petunjuk manual instrumen yang digunakan. a. Bagaimana tingkat isolasi antara suplai daya instrumen dan instrumen pengukuran rangkaian? b. Apakah suplai daya instrumen menghasilkan noise atau menyebabkan variasi (gangguan) sistem tenaga tambahan? c. Akankah konsumsi daya instrumen mempengaruhi pengukuran? d. Apakah sumber daya instrumen berisi perangkat proteksi transien yang mungkin mempengaruhi pengukuran yang dibuat oleh instrumen?

32



e. Akankah instrumen beroperasi secara benar selama variasi (gangguan) sistem tenaga yang mungkin menginduksi permasalahan kualitas daya? f. Apakah kabel daya parasitik yang sedang digunakan memungkinan introduksi kesalahan pembacaan dalam instrumen? 3.2.5.2 Sumber Arus Searah Tergantung pada lokasi sistem tenaga yang diukur, suatu instrumen monitoring daya mungkin menggunakan suplai daya arus searah untuk operasi instrumen. Lebih lanjut, daya arus searah mungkin digunakan secara internal ke instrumen untuk menyediakan daya cadangan. Sumber daya arus searah mungkin digunakan secara internal atau secara eksternal ke instrumen. Ketika menggunakan daya arus searah, beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain (sekali lagi, mengaculah pada manual aplikasi peralatan untuk panduan): a. Jika menggunakan daya eksternal, apakah kabel listrik yang digunakan sudah sesuai dengan ukurannya? b. Sudahkah instrumen dibumikan secara benar? c. Apakah daya arus searah berasal dari baterai? d. Jika suatu pengisian (charger) eksternal digunakan dan terhubung ke suatu 'outlet' arus bolak-balik, bagaimana kemampuan isolasi charger, dan pengaruh apa yang dipunyai charger pada sistem tenaga? 3.3 Teknik penerapan Panduan ini menawarkan teknik penerapan yang dapat menjamin keselamatan dan pengumpulan kejadian-kejadian fenomena elektromagnetik secara efektif. Hal ini tidak dimaksudkan untuk menjadi persyaratan dalam melaksanakan survei kualitas daya, tidak juga menyerahkan suatu daftar menyeluruh dari issu-issu untuk dipertimbangkan. Pengenalan panduan ini, akan membantu meyakinkan akan keamanan dalam pengumpulan data yang berguna. Pembahasan pada buku panduan ini dimulai dengan pertimbangan keselamatan. Monitoring sering melibatkan gangguan dalam berbagai macam rangkaian listrik yang berpotensi membahayakan orang dan merusak peralatan. Tahapan-tahapan untuk teknik-teknik monitoring yang terkait dengan lokasi, sambungan peralatan uji, penyetelan dan programming ambang batas, dan penentuan suatu durasi monitoring akan didiskusikan. 3.3.1 Keselamatan Keakurasian data yang sedang diambil harus terjamin. Tingkat kesulitan dalam pengambilan dan pengukuran kualitas daya sangat ditentukan oleh lokasi rangkaian yang akan diukur. Bila lokasi dapat dengan mudah dijangkau dan instrumen dengan mudah dapat dipasang, maka hal ini sangat menguntungkan. Namun ada beberapa panel liistrik yang menyulitkan bagi petugas


33


untuk memasang instrumen. Oleh karena itu perlu hati-hati dalam memasang instrumen sehingga tidak membahayakan selama pemasangan dan setelah pemasangan. Sementara itu, sebagian besar pemasangan adalah bersifat alami dan tidak boleh menggunakan praktek yang sama dengan instalasi permanen, seperti pada standard National Electrical Code (NEC) yang memberikan beberapa lokasi yang tidak diizikan. 3.3.1.1 Sambungan Hard-wired Sambungan kawat sensor yang harus dibuat pada panel-panel pusat beban atau kotakkotak sambungan seharusnya dipasang sesuai dengan standar pemasangan yang telah ditetapkan. Jika panel tetap terbuka selama monitoring dilakukan, perlu dipastikan bahwa kondisi lingkungan tidak berbahaya bagi petugas/orang yang lewat disekelilingnya, serta tidak mengganggu orang lalu lalang. Perlu dipastikan pula bahwa tempat melakukan pengukuran tidak akan mengganggu atau mempengaruhi kerja relai. Kawat sensor mungkin tersambung ke peralatan proteksi arus lebih rangkaian yang sudah ada jika peralatan didisain untuk pemasangan konduktor yang banyak. Kawat sensor tidak boleh dililitkan pada kawat-kawat yang sudah ada atau disisipkan dalam sambungan-sambungan pemutus rangkaian yang didisain untuk menerima suatu sambungan tunggal. Penggunaan jepitan buaya sama sekali tidak cocok untuk sambungan seperti ini karena dapat dengan mudah lepas. Dapat juga menggunakan sambungan sekrup atau tipe jepitan sambungan dengan tipe pigtail. Sebagai contoh, pigtail harus digunakan dimana kawat sensor harus dihubungkan dalam satu panel atau kotak sambungan. Untuk melakukan sambungan jenis ini, daya ke rangkaian harus dilepas; konduktor yang dimonitor harus dipindahkan dari sambungannya; suatu pigtail berukuran 4 atau 5 inci dari kawat terisolasi yang berkapasitas sama dengan kapasitas hantar arus konduktor yang dipindahkan harus diinstalasi pada sambungan orijinal; dan kemudian pigtail, konduktor yang dimonitor, dan kawat sensor dapat disambung bersama-sama sehingga sambungan menjadi aman. 3.3.1.2 Sambungan Tipe Steker dan Stop Kontak Beberapa kabel sensor mempunyai steker berisolasi mampu menampung steker lagi di atasnya. Kehatian-hatian harus dijaga ketika menancapkan steker, dimana hanya sambungan yang biasanya dapat dibuat sehingga hubung singkat tidak berpotensi terjadi. Pemeriksaan ganda harus dilakukan pada jumper untuk meyakini bahwa hubung singkat tidak diintrodus. Juga kawat sensor dihubungkan ke rangkaian yang dimonitor hanya setelah kawat sensor sudah disambung ke bagian belakang penganalisis (analyzer). 3.3.1.3 Isolasi Bagian Bertegangan Sering penutup panel dipindahkan selama periode monitoring. Jika demikian, semua bagian yang bertegangan harus cukup terproteksi dan area harus dijaga supaya tetap dapat dimasuki oleh petugas. Jika terminal-terminal sekrup digunakan pada peralatan monitoring, kawat telanjang harus seminimum mungkin dan penutup yang layak harus

34



digunakan untuk mengisolasi terminal-terminal. Membuat sambungan kawat-kawat untuk banyak penggunaan dengan sekrup tunggal hendaknya dihindari. 3.3.1.4 Penempatan Monitor Monitor harus ditempatkan pada posisi yang aman sedemikian rupa sehingga tidak menyebabkan sambungan-sambungan instrumen bergerak atau kendor. Jika suatu printer kertas digunakan untuk melaporkan gangguan, kehatian-hatian yang cukup harus diperhatikan untuk meyakini bahwa pengumpulan kertas tidak menghadirkan suatu bahaya. Monitor tidak boleh ditinggalkan bila terdapat panas berlebihan, berembun, atau berdebu yang dapat merusak peralatan atau membahayakan proses pengumpulan data. Monitor tidak boleh ditempatkan pada jalan umum yang sering dilewati orang, terutama pada gang/koridor yang sempit. Monitor harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga tidak memberi risiko keselamatan kepada orang-orang yang sedang bekerja pada area tersebut. Kurungan untuk pelindung kadang-kadang dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan ini. Lokasi harus juga tidak memberi risiko keselamatan kepada orang yang memasang monitor. Terdapat juga beberapa lokasi yang sangat sempit, atau dengan kata lain, terdapat kendala secara fisik, untuk memberikan sambungan yang aman dari kawat sensor monitor. Pada situasi seperti ini, suatu lokasi alternatif harus dipilih. Ada sejumlah faktor lingkungan eksternal dapat mempengaruhi performansi suatu instrument monitoring daya. Faktor-faktor lingkungan tersebut berupa temperatur, kelembaban, medan RFI, pelepasan (discharge) statis, dan goncangan serta getaran mekanik. Temperatur merupakan faktor yang kritis pada instrumen monitoring daya berbasis mikroprosessor. Geometri fisik internal dari berbagai komponen-komponen elektronik sangat kecil sehingga panjang jalan sinyal, dan impedansi mungkin terkena dampak jika temperatur lingkungan melebihi spesifikasi instrumen. Kelembaban, temperatur, adalah kritis untuk elektronik sensitif yang ada dalam instrumen monitoring daya. Kelembaban yang berlebih dapat menyebabkan kondensasi dalam instrumen, yang dapat menyebabkan hubung singkat, loncatan listrik, korosi yang pada akhirnya membuat data menjadi salah. Udara yang terlalu kering juga mengundang pelepasan muatan statis yang dapat merusak komponen elektronik di dalam instrumen. Gejala lain dari pelepasan (discharge) statis adalah kerusakan sinyal atau kesulitan dalam memprogram instrumen. Kesalahan data mungkin terjadi ketika monitor dipasang di lokasi yang memiliki berbagai tingkat interferensi frekuensi radio. Interferensi mungkin saja masuk ke dalam instrumen melalui leads input. Jika data yang terkumpul terlihat tidak realistis, hal ini mungkin disebabkan oleh adanya interferensi frekuensi radio eksternal. Goncangan dan getaran mekanik dapat menciptakan tekanan di dalam instrumen yang melemahkan sambungan-sambungan mekanik dan menyebabkan loncatan api (arching) dan terjadilah kesalahan dalam pembangkitan data. Ketika instrumen Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

35


dipasang di suatu lokasi yang peka terhadap tegangan mekanik, maka pengguna harus hati-hati sehingga yakin bahwa instrumen dapat bertahan dan berfungsi secara benar dalam lingkungan tersebut. Karena getaran dan tegangan mekanik dalam pengangkutan instrumen ke lokasi monitoring, operasi instrumen sebelum penggunaan harus diverifikasi. 3.3.1.5 Pembumian Semua instrumen mempunyai kemampuan untuk pengembangan gangguan internal. Instrumen suplai daya harus dibumikan secara benar melalui suatu kabel kawat tiga. Gangguan dapat juga berkembang dalam modul-modul attenuator yang menerima kawat sensor tegangan input. Attenuator harus terikat melintasi suatu jalur pentanahan efektif sampai acuan ground rangkaian yang diukur. Jika ground attenuator disambungkan ke suplai daya atau chassis ground, maka akan terdapat suatu ground loop yang tidak diingini seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Pembumian instrumen monitoring 3.3.1.6 Proteksi Arus lebih Kawat Sensor Sambungan sensor tegangan yang bersekring haruslah tersedia dan ini selalu direkomendasikan. Sambungan-sambungan harus selalu diletakkan berdekatan dengan peralatan proteksi arus lebih yang sudah ada.

36



3.3.1.7 Penentuan Jalur Kabel Sensor Kabel sensor harus ditempatkan pada jalur yang berjauhan dengan konduktor telanjang, benda-benda tajam, medan elektromagnetik, dan lingkungan yang kurang menguntungkan lainnya. Kabel-kabel tersebut harus diikat dengan benda yang kuat untuk mencegah lepasnya sambungan yang tidak dikehendaki. 3.3.2 Lokasi Monitoring 3.3.2.1 Tujuan Karakteristik dari beberapa variasi (gangguan) sistem tenaga akan berubah tergantung pada kedekatan monitor ke sumber, impedansi sistem distribusi, dan dinamika beban. Lokasi awal pemasangan suatu monitor kualitas daya akan tergantung pada tujuan survei. Apabila tujuan monitoring adalah untuk mengdiagnosa suatu permasalahan unjuk kerja peralatan/beban, maka monitor seharusnya ditempatkan sedekat mungkin dengan beban tersebut. Ini diperuntukkan untuk permasalahan unjuk kerja baik terhadap beban-beban elektronik sensitif seperti computer dan ASD, maupun peralatan distribusi elektrik seperti pemutus daya dan kapasitor. Perlu dipastikan bahwa monitor yang terpasang dapat berfungsi dengan baik walaupun terjadi fluktuasi tegangan yang cukup besar, karena kadang kala ada monitor yang fungsinya berubah setelah mendapat fluktuasi dan variasi tegangan yang besar, baik dari sumber daya untuk instrumen maupun parameter yang diukur. Adakalanya pengukuran dilakukan pada daerah yang memiliki interferensi elektromagnetik yang cukup besar, sehingga diperlukan isolasi dan filter, agar monitor dapat berfungsi dengan baik. Atau cara yang umum digunakan adalah menempatkan monitor agak jauh dari pengaruh elektromagnetik tersebut, khususnya monitor yang tidak didisain untuk pengukuran pada daerah seperti itu. Namun ada beberapa monitor yang memang didesain memiliki spesifikasi yang dapat beroperasi pada daerah yang pengaruh elektromagnetiknya ada. Bila dalam pengambilan data, ternyata pengaruh interferensi elektromagnetik cukup besar, sehingga menyebabkan kesalahan dalam pengambilan/perekaman data, maka harus dipasang filter, atau monitor ditempatkan di lokasi yang tidak mempunyai pengaruh interferensi. Sedangkan apabila monitoring kualitas daya tidak spesifik terhadap suatu instrumen, melainkan untuk mengetahui kualitas total suplai daya yang masuk ke pabrik atau plant, maka monitor dapat ditempatkan di atas transformator atau pada feeder utamanya. Monitor dapat merekam total kualitas daya yang masuk ke pabrik yang kemungkinan dapat berpengaruh terhadap unjuk kerja peralatan atau beban. Biasanya setelah dilakukan pengukuran dengan menempatkan pada feeder utamanya, bila ditemukan adanya kualitas daya yang kurang baik, maka monitor dapat dipindahkan ke beban atau feeder yang memberikan/ penyebab buruknya kualitas daya tersebut. Bila masalah harmonisa menjadi fokus, maka monitor dapat dipasang dekat dengan kapasitor atau filter. Transien yang disebabkan oleh on-off kapasitor dapat dipantau dengan memasang monitor dekat kapasitor. Teknik pemasangan monitor untuk


37


merekam kualitas daya keseluruhan sistem atau plant, dapat dilihat pada rangkaian seperti tampak pada Gambar 3.2. 3.3.2.2 Pengetahuan Rangkaian Listrik Perlu untuk ditimbang lingkungan elektrikal keseluruhan sistem tenaga sebelum melakukan penyambungan suatu peralatan monitor. Hal ini dilakukan dengan menggambar atau menemukan diagram satu garis rangkaian listrik (SLD) yang akan dimonitor. SLD meliputi pelayanan utility, pelanggan listrik tetangga dan kawat internal dan beban-beban. pemahaman kondisi ini akan memudahkan pertimbangan untuk keselamatan, sambungan yang sesuai, dan interpretasi data. Untuk meningkatkan keandalan sistem, sebaiknya beban disuplai dari dua feeder atau sumber daya. Untuk operasi normal, beban biasanya disuplai dari PLN, tapi apabila PLN mengalami gangguan, maka beban tersebut disuplai dari sumber lain yang biasanya berupa genset atau UPS. Kedua hal tersebut harus diidentifikasikan dan diukur karena kedua sumber tersebut berpeluang menjadi sumber gangguan kualitas daya. Adanya beban yang besar dari perusahaan yang berdekatan dengan industri/plant yang sedang dimonitor juga akan berpengaruh terhadap kualitas daya yang diukur. Demikian halnya beban besar yang melakukan on-off di dekat perusahaan tersebut, juga akan berpengaruh terhadap kualitas daya yang akan diukur. Adanya beban individu yang beroperasi di sekitar pemasangan monitor harus diidentifikasikan, sehingga dapat diperkirakan dan diantisipasi kemungkinan besarnya interferensi yang terjadi. Sebagai contoh, beban-beban yang besar tersebut diambil dari feeder atau transformator yang sama dengan beban yang sedang diukur.

Gambar 3.2 Tipikal lokasi monitoring kualitas daya pada sistem tegangan rendah pengguna.

38



Pekerjaan konstruksi yang berlokasi dekat monitor juga harus diperhatikan, karena sering ditemukan penyambungan yang sifatnya sementara berbeda dengan yang permanen. Sambungan yang dibuat sementara biasanya mempunyai isolasi lebih banyak atau kadang kurang. Dengan kata lain harus diperhatikan mengenai lokasi dan tempat penyambungan monitor dan jangka waktu pengambilan/monitoring data. Berdasarkan pada perkiraan, peralatan elektrikal dan aspek mekanik dari distribusi daya pada lokasi monitoring akan mempunyai pengaruh yang paling besar pada kualitas listrik. Setelah pemasangan monitor, segala sesuatu yang tidak ada hubungannya dengan monitor agar segera dipindahkan dan dirapikan pada tempatnya. Demikian pula sambungan antara monitor dengan peralatan yang diukur harus benar. Data-data yang diukur saat sebelum perekaman data harus dicatat dan dianalisa apakah sudah sesuai dengan keadaan sebenarnya. Juga harus diperhatikan mengenai suplai daya cadangan bila suplai daya ke monitor terputus. 3.3.2.3 Diagnosa Suatu Masalah Unjuk Kerja Peralatan Monitor kualitas daya sebaiknya ditempatkan berdekatan dengan beban yang akan diagnosa. Inspeksi fisik harus dilakukan untuk memastikan bahwa filter, trafo, atau peralatan lainnya tidak terhubung antara monitor dengan beban yang akan diukur. Monitor harus dihubungkan ke sumber daya lain. Instalasi yang dilakukan harus dipastikan bahwa monitor dapat merekam magnited absolut fluktuasi tegangan yang secara langsung diterapkan ke beban tanpa pengaruh impedansi rangkaian dan filter. Jika beban bergejala ini disuplai dari stop kontak, monitor seharusnya dihubungkan ke suatu stop kontak lainnya dengan outlet yang sama. Jika hal ini tidak memungkinkan, maka stop kontak dari outlet sebelahnya dapat digunakan, tetapi hal ini harus diverifikasi secara elektrik bahwa stop kontak ini terletak pada rangkaian yang sama dengan beban dan pengawatannya sesuai. Untuk memonitor daya ke suatu beban yang dihubungkan ke suatu stop kontak yang pentahanannya diisolasi (warna jingga), daya monitor seharusnya dihubungkan ke stop kontak yang sama. Stop kontak ini didisain untuk penggunaan dengan dua konduktor yang ditanahkan. Adakalanya pemasangan monitor tidak dimungkinkan, terutama pada lokasi yang berbahaya (hazardous area), karena hampir semua peralatan listrik di tempat tersebut didesain tertutup dengan alasan/pertimbangan keamanan. Pada kondisi seperti ini, monitor dapat disambungkan ke subpanel terdekat yang mensuplai beban. Monitoring pada subpanel mempunyai keuntungan yaitu konduktor-konduktor rangkaian dapat dicapai untuk pengukuran arus. 3.3.2.4 Fasilitas Survei Kualitas Daya Survei kualitas daya pada seluruh fasilitas sebaiknya berawal dari hulu pada sistem distribusi listrik. Sesudah melakukan monitoring, penting untuk memeriksa kondisi mekanik dari rangkaian listrik tersebut. Rangkaian listrik yang lebih besar dari 480 volt biasanya tidak perlu untuk monitoring kecuali jika beban secara langsung terhubung ke Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

39


tegangan lebih tinggi. Lokasi awal monitor secara tipikal dilakukan pada sisi sekunder dari trafo layanan utama. Lokasi ini umumnya bertegangan 600 V untuk kelas peralatan layanan. Hal tersebut juga berguna melakukan monitoring secara simultan pada lebih dari satu lokasi dalam satu fasilitas. Jika perlu dilakukan monitoring pada tegangan yang lebih tinggi, maka diperlukan sirkit pembagi tegangan khusus atau transformator tegangan (PT) dan jepitan transformator arus (CT). Transducer ini harus mempunyai respon frekuensi yang mengijinkan untuk mendeteksi gangguan transien. Transformator tegangan dan transformator arus yang ada, yang digunakan untuk mengukur, tidak boleh mempunyai respon frekuensi untuk menyediakan monitoring daya dengan informasi transien yang akurat. Hal tersebut dapat digunakan oleh monitor daya, untuk merekam fluktuasi tegangan frekuensi rendah pada tegangan distribusi. Penerapan aturan keselamatan tersebut khusus pada peralatan layanan kelas tegangan yang lebih besar dari 600 V. 3.3.2.5 Spesifikasi Transformator Tegangan (PT) dan Transformator Arus (CT) Tabel 3.1 Lokasi monitoring dengan spesifikasi Transformator Tegangan dan Arus. Monitoring location

Voltage Transducer

Current Transducer

Substation

Matering PTs Voltage dividerss Bhusing taps

Metering CTs Relaying CTs

Overhead fedder

Metering PTs

Metering CTs

Underground feeder

Metering PTs Voltage dividers

Metering CTs

Service entrance

Direct connection

Metering CTs Clamp-on CTs

In facility

Direct connection

Clamp-on CTs

3.3.3 Sambungan Peralatan 3.3.3.1 Masukan Sensor Penganalisis monitoring harus dihubungkan dengan tidak melanggar rekomendasi pabrikan pada batas tegangan atau arus yang telah ditentukan. Sambungan kawat sensor pada monitoring harus mencakup semua jenis gangguan yang berdampak pada peralatan. Bila jumlah rangkaian konduktor meningkat, maka cara monitoring juga meningkat. Sebagai contoh, jika peralatan diberi suplai tegangan 220 V oleh suatu steker tanpa konduktor pembumian (seperti peralatan audio visual untuk rumah tangga) monitoring fasa ke netral merupakan satu-satunya konfigurasi yang valid, sedangkan stekker 220 V rms dengan konduktor pembumian peralatan

40



harus dimonitor dalam konfigurasi satu fasa ke netral, fasa ke bumi, dan netral ke bumi. Unit prosessing data fasa tiga yang dihubungkan dengan periferal fasa-tunggal sebaiknya dimonitor fasa ke fasa, fasa ke netral, netral ke bumi. Jumlah jenis monitoring dapat dikurangi melalui kemampuan peralatan untuk menahan adanya perbedaan jenis gangguan. Mode terbaik yang menghubungkan beban fasa tiga harus memenuhi konfigurasi peralatan. Jika peralatan sensitif dihubungkan secara delta (tiga kawat tanpa netral), monitor seharusnya diatur serupa. Suatu saluran fasa ke bumi harus disertakan jika memungkinkan. Jika peralatan sensitif dihubungkan dengan cara hubung Y, penganalisis harus dikonfigurasi secara Y juga, dan acuan netral ke bumi harus disertakan. 3.3.3.2 Terminal Pembumian Ada dua tujuan menghubungkan terminal pembumian, yaitu untuk keamanan dan unjuk kerja. Instrumen harus mengacu pada potensial pembumian yang sama dengan rangkaian yang sedang dimonitor. Perlu kehatian-hatian karena konduktor pembumian peralatan suplai Suplai Daya instrumen mungkin saja berbeda potensial dibandingkan kawat sensor (sense lead) yang terhubung ke pembumian rangkaian yang dimonitor. Jika konduktor pembumian suplai daya secara internal terhubung ke badan (chassis) instrumen dan juga terhubung ke terminal acuan, maka kemungkinan menghasilkan ground loops dan noise. 3.3.3.3 Suplai Daya Instrumen dan Monitoring Invasif Instrumen umumnya disuplai menggunakan steker 3 kawat, satu fasa dengan kabel daya standar. Jika rangkaian yang sedang dimonitor sama dengan yang mensuplai instrumen, pengguna harus mengetahui pengaruh instrumen pada rangkaian yang diukur. Perubahan tegangan yang disebabkan oleh arus instrumen biasanya tidak besar tetapi dapat menjadi nyata, terutama pada pengukuran netral ke bumi. Jika suplai daya instrumen dilindungi secara paralel dengan peredam tegangan kejut seperti varistor oksida logam (MOV) dan avalanche diodes, agar kemampuan instrumen untuk mendeteksi gangguan tetap akurat, instrumen harus disuplai dari rangkaian lain, atau menggunakan baterei. Jika rangkaian lain digunakan, ground loops seharusnya tidak boleh terjadi dan kabel daya atau kawat sensor (sense lead) yang terlalu panjang tidak digunakan. Jika batere digunakan (dan tidak ada pembumian yang disediakan melalui kabel daya), maka instrumen harus dibumikan dengan baik. 3.3.3.4 Sambungan Hard-wired Untuk monitoring yang lama, sambungan hard wired harus dibuat. Cara menyambung harus disesuaikan dengan standar kerja yang biasa digunakan. Harus dipastikan bahwa terminal alat sesuai dengan jenis kawat yang digunakan.


41


3.3.3.5 Sambungan Steker dan Stop Kontak Sense cord kawat tiga standar biasanya disuplai oleh instrumen-instrumen untuk sambungan outlet NEMA (National Electrical Manufacturer Association) standar. Outlet harus diperiksa terlebih dahulu untuk menghindari adanya kesalahan pemasangan kawat seperti polaritas yang terbalik dan kawat pembumian terlepas. Alat pemeriksa rangkaian (circuit checkers) mungkin dapat menemukan kesalahan sederhana, tetapi tidak untuk memastikan integritas sistem pengkabelan. 3.3.3.6 Kualitas Sambungan Indra Tegangan Sambungan indra tegangan merepresentasikan antarmuka antara sistem daya dan monitor. Keduanya merupakan suatu tambahan input monitor, bukan suatu tambahan sistem daya. Ini berarti bahwa bila ada sambungan lepas atau kabelnya cacat, maka harus segera diperbaiki sebelum data yang diinginkan direkam. Jika tidak, data gangguan mungkin hasil dari sambungan bukan dari ketidaknormalan dalam sistem. Ketika enclosure dibuka untuk melakukan sambungan dari monitor saluran daya, dapat mempengaruhi operasi peralatan. Untuk meminimalkan pengaruh kesalahan, dua kawat harus dihubungkan ke masing-masing saluran masukan monitoring dan bukan pada setiap kawat kanal dengan satu sambungan biasa. Dalam beberapa kasus, penganalisis salah melaporkan kejadian seperti tegangan transien yang dihasilkan dari kawat crosstalk atau EMI/RFI. Hal ini menyulitkan ketika melakukan monitor dengan ambang batas gangguan sangat rendah (seperti 25–50 V pada sistem 480 V). Pada kasus dimana kabel indra masukan yang berpelindung tidak tersedia, teknik praktis dapat digunakan untuk mengurangi interferensi EMI/RFI. Sebagai contoh, dua kawat setiap kanal dapat digunakan. Kawat-kawat ini harus dililit bersama-sama dan diroutekan melawan bodi enclosue yang dibumikan. 3.3.3.7 Monitoring Arus Jika monitoring tegangan dan arus secara simultan dapat dilakukan, informasi yang tersedia untuk pemecahan masalah menjadi lebih lengkap. Clamp-on CT (CT jepitan) dapat digunakan untuk mengukur arus yang berkaitan dengan penyimpangan tegangan. Jika arus rms meningkat ketika terjadi jatuh tegangan, maka kejatuhan tegangan yang terjadi merupakan akibat suatu gangguan atau beban dari titik monitoring yang sedang dienergisasi. Perubahan cepat pada arus (< 1 ms) mungkin tidak dapat diukur secara akurat oleh beberapa CT. CT seharusnya tidak dijepit pada konduktor yang diukur sampai CT dihubungkan ke instrumen monitoring. Seperti pada sambungan tegangan, kualitas sambungan arus dapat mempengaruhi data yang direkam. Terdapat tiga permasalahan umum ketika menggunakan CT jepit, sebagai berikut: a. Konduktor atau rel tidak diletakkan secara teratur dalam area jepitan. b. Kedua ujung inti CT tidak membuat hubungan yang solid. c. Tipe atau jumlah konduktor yang salah terlingkup dalam CT.

42



Termasuk dalam item terakhir ini adalah masalah polaritas yang tidak sesuai dimana CT diletakkan secara berlawanan atau polaritas CT salah. Spesifikasi CT secara tipikal mengasumsikan konduktor atau rel (busbar) berada tepat di tengah dalam area jepitan. Lokasi lain akan membuat beberapa kesalahan ketelitian. Jika ujung penjepit tidak terpasang secara kuat, maka celah yang dihasilkan antara ujung-ujung juga akan mengintrodusir kesalahan ke dalam pengukuran. Kesalahan celah ini dapat mempengaruhi bentuk gelombang yang direkam. Bila mengukur konduktor dengan banyak penghantar (multicore conductor), maka perlu dipastikan bahwa tidak ada penghantar balik yang sedang diukur juga. Hal ini akan menghilangkan sebagian atau seluruh medan magnet dari konduktor yang sedang diukur, karena itu akan mengubah pembacaan. 3.3.4 Ambang Batas Monitoring 3.3.4.1 Tujuan Proses pemilihan ambang batas monitor tergantung dari tujuan survei. Jika tujuan survei harus memecahkan suatu masalah kinerja peralatan, maka penyetelan ambang batas monitor harus disesuaikan dengan kepekaan peralatan. Karena itu, monitor harus diprogram dengan besaran tegangan atau arus yang akan memicu alat ukur untuk merekam data apabila kejadian-kejadian gangguan yang melebihi batas yang diijinkan dari peralatan yang diukur tersebut. Jika tujuannya untuk melakukan satu survei kualitas daya secara umum, maka penyetelan ambang batas monitor akan bergantung pada keterbatasan media penyimpanan, baik berupa kertas dan/atau Random Access Memory (RAM). Pabrikan yang berbeda mengadopsi filosofi yang berbeda sehubungan dengan pemrograman, pengambilan data dan display (tampilan). Instrumen dapat menghasilkan data yang salah tergantung pada sistem pengukuran, pembumian, pelindung dan pemasangan. Pemahaman kerja internal dari instrumen monitoring daya menjadi kritikal jika data yang dikumpulkan adalah untuk mendiagnosa dan mencari solusi terhadap variasi-variasi (gangguan) sistem tenaga. Poin pertama untuk dipertimbangkan adalah trigger level dari instrumen monitor daya. Ambang batas trigger tidak akan merekam data variasi-variasi sistem tenaga yang berada di bawah ambang batas dan hanya memicu terhadap variasi-variasi yang melebihi ambang batas. Penting untuk diingat bahwa kehilangan rekaman gangguan bukan berarti mengindikasikan tidak adanya fenomena elektromagnetik. Hal itu berarti bahwa variasi sistem tenaga tidak memicu monitor. Terdapat beberapa teknik untuk memicu berbagai variasi-variasi sistem tenaga. Teknik ini bervariasi tergantung pada desain pabrikan. Poin kedua untuk ditimbang adalah metoda atau teknik yang digunakan untuk melaporkan data yang dikumpulkan oleh instrumen monitoring daya. Tampilan data mungkin dalam suatu hard copy, pita data, tampilan visual dalam suatu format seperti osiloskop, atau data disimpan pada disk atau ditransfer ke PC untuk analisis lebih lanjut.


43


Semua instrumen monitor daya merupakan satu kompromi antara biaya, portabilitas, dan kelengkapannya. Instrumen dibatasi oleh kecepatan proses, penyimpanan data, kecepatan pencetakan dan 'buffer' memori. Ambang batas bisa terjadi kurang dari satu detik, batas ini bisa menyebabkan data hilang atau variasi-variasi sistem tenaga tidak tertangkap. Selanjutnya, instrumen yang hanya mengindikasikan suatu gangguan tertentu yang terjadi, tidak bisa mengakumulasi data untuk merepresentasikan jumlah kejadian, karakteristik, atau hubungan antara variasi-variasi sistem tenaga yang berbeda. Beberapa instrumen monitoring tenaga memungkinkan berbagai format laporan untuk diaktifkan atau dimatikan. Tergantung pada aplikasi, fitur-fitur ini dapat digunakan untuk membuat penggunaan instrumen yang lebih efisien. Instrumen grafik memungkinkan pemakai untuk melihat berbagai bentuk gelombang dalam bentuk format visual atau hard copy. Kedua format tersebut memberikan satu “snapshot” situasi dan bukan suatu gambar waktu-nyata (real-time) sebagaimana tersedia dari suatu osiloskop. Snapshot ini sangat memudahkan untuk penyetelan alat ukur dan memahami syarat-syarat yang ada terhadap sistem distribusi listrik. Dalam beberapa hal, dengan snapshot cukup untuk mengidentifikasikan sumber atau penyebab suatu variasi system tenaga. Dalam banyak kasus, pengguna biasanya berkeinginan untuk mengukur sistem pada kondisikondisi ajek. Hal ini memerlukan suatu instrumen yang mampu mencatat dan menampilkan kondisi ajek secara mudah untuk melengkapi periode monitoring pemantauan yang dapat berupa mingguan atau bulanan. 3.3.4.2 Persiapan Pada mulanya, monitor disiapkan dan dijalankan dalam mode sederhana selama kurang lebih setengah jam untuk memperoleh estimasi orde awal dari karakteristikkarakteristik kelistrikan. Sebaiknya monitor dijalankan untuk suatu periode 24 jam dalam mode sederhana sebelum penyetelan ambang batas akhir dibuat. Maksudnya adalah untuk menghindari perekaman data yang berlebihan yang menyebabkan memori cepat penuh. 3.3.4.3 Pertimbangan Lingkungan Listrik Pemilihan ambang batas monitor, sederhana apabila tujuan dari survei untuk memonitor suatu masalah kinerja peralatan dalam suatu lingkungan sistem elektrikal dimana tidak ada fluktuasi bentuk gelombang yang signifikan. Ambang batas monitor dapat ditetapkan hanya di bawah tingkat kepekaan peralatan yang sedang diuji. Gangguan bentuk gelombang selanjutnya dapat diekstrak dari catatan fluktuasi bentuk gelombang yang didasarkan pada suatu korelasi waktu dengan peralatan ukur yang berfungsi tidak baik, atau ketika fluktuasi dengan jelas melebihi tingkat kepekaan peralatan. CATATAN - Ambang batas harus ditetapkan lebih rendah dari tingkat kepekaan peralatan ukur untuk memastikan bahwa bentuk gelombang gangguan dapat direkam.

44



Seleksi ambang batas untuk lingkungan kelistrikan aktif (seperti masukan untuk adjustable speed drive) cukup sulit. Jika ambang batas terlalu rendah, fluktuasi secara kontinyu akan tidak mampu dimonitor, kemungkinan pencegahan gangguan lebih signifikan. 3.3.4.4. Pertimbangan Kepekaan Peralatan Penyetelan ambang batas terbaik adalah yang berhubungan langsung kepada tingkat kepekaan dari peralatan elektronik yang sensitif yang sedang diselidiki. Tingkat kepekaan untuk suatu beban elektronik diperoleh dari pabrikan, atau dari survei sebelumnya pada beban elektronik tertentu. Informasi ini jarang tersedia untuk jenis peralatan yang spesifik (kurva CBEMA digunakan dalam IEEE Std 446-1987). Tingkat kepekaan yang diperoleh dari standar industri yang secara umum dikenal (seperti CBEMA) sering bekerja dengan baik, terutama ketika digunakan dalam kaitan dengan tingkat yang ditentukan pabrikan. Monitor ambang batas harus di-set dibawah (lebih sensitif) tingkat susceptibility peralatan untuk memastikan bahwa gangguan terekam. Peralatan yang sudah lama, ketidaksesuaian antara peralatan dan kepekaan monitor, dan ketelitian monitor merupakan faktor-faktor yang dapat menyebabkan peralatan salah operasi pada tingkat tegangan di bawah tingkat kepekaan yang diharapkan. 3.3.4.5. Pertimbangan Arus Kemampuan alat ukur bermacam-macam, ada yang hanya dapat mengukur 1 kanal ada pula yang dapat mengukur multi-channel hingga tujuh atau delapan kanal. Fitur ini memungkinkan pengguna untuk mendiagnosa arus yang berhubungan dengan masalah kinerja peralatan, seperti tidak dikehendakinya bekerja suatu pemutus daya (CB) (unwanted tripping), pemanasan lebih pada motor, penghantar dan trafo. Pertambahan beban-beban nonlinier memerlukan pengukuran dan kemampuan mengukur rms-sebenarnya (true RMS). Penyetelan ambang batas arus untuk aplikasi ini biasanya mencakup penyetelan ambang batas arus lebih yang berkaitan dengan batas yang ditentukan dalam standar NEC atau di bawah spesifikasi pabrikan, meskipun nilainya lebih rendah. Suatu aplikasi penting dari pengukuran arus dalam analisis sistem tenaga adalah untuk membantu menentukan arah atau asal gangguan. Dengan mengamati perubahan arus yang terjadi secara simultan dan gangguan tegangan dapat memberi saran apakah asal gangguan berasal dari hulu atau hilir yang dilihat dari titik yang sedang dimonitor. Teknik ini bisa membantu untuk menentukan apakah suatu gangguan tegangan netral ke bumi merupakan konduktor terkait yang dibumikan atau rangkaian daya terkait. Untuk aplikasi ini, ambang batas arus harus ditetapkan sedikit di atas nilai arus ajek rangkaian. Merupakan suatu gagasan yang baik untuk memonitor selama 1 jam untuk mengkarakterisasi efek arus transien pada tingkat tegangan; kemudian penyetelan monitor di atas tingkat normal yang dimonitor.


45


Tabel 3.2 Setting ambang pintu diusulkan untuk beban 120 V.

Category Sag Swell

Conducted phase Voltage treshold

Conducted neutraltoGround diferential Voltage treshold

Normal load current on true rms basis

0.5 A true rms

Consider section 250-21 of the NEC [B2] for safety,as well as noise currents,that lead to objectionable voltages,from both safety and data error points of view.

noise

1.5 V

Harmonics

5% THD

Frequency

± Hz

Phase imbalance

2%

Swell

3.0 V rms

Impulsive transient noise

20 V peak

Ground current

Comments Minus 10% of nominal supply voltage Plus 5% of normal supply voltage Approximately twice the nominal phaseto- neutral voltage Approximately 1% of the nominal phaseto-neutral voltage Voltage distortion level at which loads may be affected Voltage imbalance greater than 2% can affect equipment. (Three-phase induction motors should be derated when operated with imbalanced voltage [B11] ). Typical level of interest for neutral and/or ground problems Ten to twenty percent of phase-to-neutral voltage Typical equipment susceptibility level Load current threshold may need to be raised well above normal load current,depending on the desired data and the amount of fluctuation in load current.

200 V

harmonics

46

108 V rms 126 V rms

Transient

Phase/neutral current

Current tresholds

Suggested setting

1.5 V rms

20% THD (for small customer) to 5% THD (for very large customers

Measured at service entrance (point of common coupling),and relative to maximum demand load current (refer also to IEEE Std 519-1992 [B13] );harmonics distortion reference values or measurements at subpanel should be chosen relative to concerns about effects of harmonics on equipment in the circuit that is being monitored such as neutral sizing,transformer loading and capacitors.



3.3.5 Periode Monitoring 3.3.5.1 Tujuan Periode monitoring merupakan suatu fungsi langsung dari tujuan monitoring. Biasanya periode monitoring mencoba menangkap suatu periode daya lengkap, suatu interval dimana pola pemakaian tenaga listrik kelihatan berulang. Sebagai contoh pada industri, pola pemakaian tenaga listriknya dapat berulang setiap hari, atau masing-masing shift kerja. Tergantung pada tujuan monitoring, periode pengukuran mungkin saja dilakukan untuk satu periode shift kerja saja. 3.3.5.2 Monitoring Daya Baseline Monitoring daya baseline adalah suatu proses yang relatif singkat. Tujuannya adalah untuk mendokumentasikan profil tenaga listrik pada lokasi atau daerah tertentu. Informasi utama yang diinginkan adalah kondisi ajek dan transien yang ekstrim. Parameter lain seperti frekuensi atau noise RFI dapat juga menjadi perhatian khusus. Monitoring saluran dasar digunakan terutama sebelum memasang peralatan untuk memverifikasi kesesuain spesifikasi tenaga listrik. Periode monitoring yang direkomendasikan didefinisikan sebagai siklus kerja yang lengkap. Pada semua kasus, data yang diperoleh adalah berupa suatu snapshot dari profil kualitas daya. Karena adanya perubahan-perubahan kondisi, direkomendasikan untuk melakukan pengukuran ulang. Profil hasil pengukuran yang baru harus dibandingkan dengan profil aslinya. 3.3.5.3 Monitoring Pemecahan Masalah Menemukan suatu masalah tenaga listrik yang menunjukkan gagal fungsi (malfunction) dari suatu beban peralatan tertentu dapat membutuhkan waktu berhari-hari bahkan sampai berminggu-minggu. Sekali masalah ditemukan, dilaksanakan tindakan perbaikan. Setelah diperbaiki, dilakukan monitoring untuk memastikan efektifitas perbaikan tersebut dan untuk memverifikasi bahwa tidak ada permasalahan baru yang ditimbulkan. 3.3.5.4 Monitoring Studi Tenaga Tipe monitoring ini merupakan kunci penting dalam pemahaman bagaimana gambaran keseluruhan kualitas daya berubah sebagai hasil perubahan-perubahan besar di suatu area. Studi tenaga listrik dilakukan dalam periode waktu yang lama, biasanya beberapa tahun, pada berbagai lokasi. 3.4 Interprestasi Hasil-Hasil Monitoring Daya Troubleshooting dan pemecahan masalah yang berhubungan dengan tenaga listrik mencakup sejumlah isu. Beberapa permasalahan diselesaikan dengan cara meneliti beban secara hati-hati, yang lainnya dengan cara memverifikasi pelaksanaan pengkabelan dan pembumian yang benar, dan yang lain juga mungkin memerlukan Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

47


penggunaan peralatan monitoring tenaga. Dalam pelaksanaannya tidak seorangpun dapat menangani setiap masalah. Misalnya seorang dokter dapat menerjemahkan suatu electrocardiogram, tetapi tidak akan pernah membuat satu rekomendasi tanpa menganalisa/menguji catatan kesehatan pasien, gaya hidup dan makanan (diet). Dengan cara yang sama, seseorang hendaknya tidak mendiagnosa suatu masalah tenaga listrik hanya dengan memperhatikan satu bagian informasi. Semua upaya untuk memperoleh informasi tidak mempunyai arti kecuali investigator mempunyai pengetahuan dan keterampilan untuk menghasilkan suatu solusi dari data yang tersedia. Menginterpretasikan suatu output monitor tenaga barangkali merupakan bagian yang paling kritikal dalam proses monitoring tenaga listrik. 3.4.1 Interpretasi Ringkasan Data Salah satu dari tahap pertama dalam menginterpretasi data dari suatu monitor daya adalah menguji suatu ringkasan data yang diperoleh pada interval waktu tertentu. Interval ini mungkin saja dari satu jam sampai satu bulan, tetapi secara umum paling sedikit harus satu siklus bisnis. 3.4.1.1 Persiapan Tipe dan detail ringkasan data harus merefleksikan tujuan dan sasaran awal. Hal ini merupakan suatu alasan untuk mempunyai target yang jelas dan menyiapkan secara baik monitor daya. Suatu ringkasan umumnya akan fokus pada dua hal. Pertama, data harus ditempatkan sesuai dengan waktu kejadian sehingga memungkinkan pengkorelasian kronologis yang cepat. Kedua, data harus digolongkan dalam kategori gangguan dan waktu, meringkas data yang didasarkan pada gangguan-gangguan tertentu. 3.4.1.2 Pemeriksaan Pemeriksaan langsung tetap diperlukan untuk memperkuat hasil analisis. Semua peralatan pencatat gangguan daya hanya merupakan perangkat (tools) yang bergantung pada keterampilan dan pengetahuan pengguna. Tanpa memperhatikan bagaimana kehati-hatian pengguna dalam mengeliminasi data yang salah, beberapa data bahkan dapat terselip. Hasil analisis data harus mempunyai makna (make sense) dalam kenyataannya. Pemeriksaan langsung akan memastikan bahwa data yang direkam adalah layak sesuai dengan metoda konfigurasi jaringan dan sambungan monitor. 3.4.1.3 Interprestasi Bila ringkasan data tertentu sudah valid, maka putaran pertama dari penafsiran dapat berlangsung. Hal ini mungkin tidak mencapai target seperti yang diinginkan, tetapi hal tersebut akan menyediakan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan penelitian data lebih lanjut.

48



Batas waktu ringkasan disediakan dalam kronologis ikhtisar kejadian selama interval monitoring. Histogram ini harus dibandingkan dengan siklus beban, log kegagalan, spesifikasi peralatan, hasil wawancara personil, atau informasi lain yang terkumpul. Jika permasalahannya mencakup gagal fungsi (malfunction) peralatan, dimungkinkan mengisolasi gangguan terhadap peralatan yang sensitif. Histogram gangguan / waktu dapat dengan cepat menunjukkan apakah terjadi gangguan, jika benar, kapan kejadian gangguan tersebut. Pola dalam waktu atau karakteristik gangguan dapat memperlihatkan sumber permasalahan yang tepat. 3.4.2 Ekstraksi Data Kritikal Seringkali ringkasan tidak menyediakan suatu solusi aktual pada suatu masalah. Ringkasan tersebut membantu menentukan data apa yang diperlukan untuk diuji lebih detail. Data ini disebut sebagai data kritikal. Sebagai contoh, dalam ringkasan mungkin menunjukkan bahwa tegangan sag dan peningkatan tegangan netral ke bumi mempunyai suatu akibat langsung serta pengaruh hubungan, tetapi untuk tegangan transien tidak terjadi. Dengan demikian, peningkatan tegangan sag dan netral ke bumi dipertimbangkan sebagai data kritikal. 3.4.2.1 Penentuan Kejadian Kritikal dari Gangguan yang Berkali-kali Tahap berikutnya dalam menginterpretasikan hasil memonitor adalah mengambil data kritikal dan menggabungkannya ke dalam kejadian-kejadian. Suatu kejadian merupakan fenomena elektromagnetik yang dihasilkan dalam satu atau lebih laporanlaporan dari monitor daya. Sebagai contoh, selama pemutusan singkat, monitor mungkin melaporkan sebagai pemutusan atau tegangan sag fasa ke netral, satu atau lebih tegangan transien dan satu atau dua gangguan bentuk gelombang. Pada kenyataannya, penentuan peristiwa kritikal melibatkan pengumpulan semua gangguan yang nampak untuk menggambarkan kejadian yang sama, kemudian menganalisis setiap gangguan. Jika tegangan sag fasa ke netral terjadi, apakah tegangan netral ke bumi juga meningkat yang menandakan suatu perubahan beban pada rangkaian yang dimonitor? Jika suatu pemutusan terjadi, apakah terdapat grafikgrafik bentuk gelombang yang menunjukkan adanya pemutusan lokal atau pemutusan dari utiliti? Satu kejadian yang berulang-ulang akan dilihat sebagai suatu kelompok gangguan, masing-masing memberikan informasi berharga. 3.4.2.2 Pemeriksaan Kejadian Nyata Pemeriksaan suatu kejadian nyata harus dilakukan dengan grafik dan laporan aktual yang menggambarkan suatu gangguan pada sistem tenaga. Pemeriksaan kejadian nyata tersebut sebagai jaminan bahwa data yang direkam adalah layak sebagai dasar dalam metoda monitoring dan konfigurasi rangkaian. Gambar 3.3 dapat diterjemahkan sebagai sejumlah pulsa arus yang disebabkan tegangan ekstrim. Pada kenyataannya, tegangan output biasanya pada bagian akhir UPS seperti pada Gambar 3.4. Pada kenyataan di lapangan bahwa secara virtual mustahil sistem beroperasi secara normal, karena distorsi tegangan pada sisi utiliti. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

49


Pada Gambar 3.5 ditunjukkan impuls cepat yang kemungkinannya adalah suatu pengosongan statis. Tetapi pada pengujian terlihat bahwa impuls, pada tegangan lebih dari 400 V, mencapai skala-penuh dan kembali ke nol dengan segera tanpa melampaui. Itu adalah benar-benar mau tidak mau, ketika menggunakan gawai mitigasi, bahwa sistem tenaga linier secara normal akan merespon impuls ini. Inersia listrik dalam impedansi sistem akan secara pasti melampaui. Gangguan Impuls tersebut merupakan hasil pemeriksaan yang nyata dan sangat memungkinkan menghasilkan kesalahan pada instrumen.

Gambar 3.3 Grafik gangguan lokal yang sementara.

50



Gambar 3.4 Tegangan keluaran UPS .

Gambar 3.5 Impuls dari kesalahan peralatan ukur. 3.4.3 Interprestasi Kejadian-kejadian Kritikal Setelah peristiwa kritikal ditentukan dan diperiksa, tahap selanjutnya mulai dilakukan interpretasi. Jika ringkasan analisis tersebut mengidentifikasi adanya kejadian tertentu maka perlu dilakukan pengujian. Jika gangguan tidak memperlihatkan spesifikasi tertentu, maka setiap gangguan tersebut harus diperiksa berdasarkan tingkat kronologisnya. Perlu diketahui bahwa gangguan kemungkinan lebih dari satu grafik atau laporan. Pada Tabel 3.3 ditunjukkan acuan untuk menginterpretasikan data gangguan. Kondisi yang diberikan dalam tabel tersebut mengidentifikasikan teknik analisis yang digunakan.


51


Tabel 3.3 Daftar acuan untuk analisis masalah. Tipe Gangguan Steady-state

Problem Tipikal Overheated neutral Intermittent lock-ups Frequency deviations

Interruption Garbled data Random increases in harmonics levels Intermitttent lockups Light flicker Garbled data Component failure Dielectric breakdown Locks-ups Garbled data Wavy CRTs

Sag/swell

Impulses EMI/RFI

Overheated transformers Voltage distortion Current distortion Overheated motors Garbled data Lock-ups Problems occur at the same time Problems occur at regular intervals SPS and/or automatic transfer switch does not work Exessive frequency shift

Harmonics

All

Discontinuities

Kemungkinan penyebab Shared neutrals Improper or inadequate wirring High source impedance SCR/Rectifiers and notching Harmonics Utility faults Inrush currents Inadequate wirring Source voltage variations Inrush surge currents Inadequate wirring Lighting Load switching Capacitor switching Static discharge Hand-held radios Loose wirring/acrhing Electronic loads SCR/rectifier Loads bandwidth of source impedance

Timed loads Cyclical loads Switching to alternate sources Non-synchronized power switching

3.4.4 Verifikasi Interprestasi Data Bagian ini mempunyai penekanan utama dalam mengambil petunjuk-petunjuk, menggabungkan secara bersama sampai pada suatu solusi, atau sekurang-kurangnya sebagai suatu perkiraan yang sangat baik. Tahap akhir dalam proses interpretasi data adalah pemeriksaan ulang solusi (perkiraan) untuk melihat jika hal itu benar-benar merupakan suatu solusi untuk masalah. Hal ini dapat dilakukan dengan mudah melalui pengujian dengan mengikuti sub ayat 3.4.4.1. Verifikasi alternatif menggunakan peralatan simulasi komputer. Banyak program yang tersedia yang digunakan oleh pengguna untuk menguji validasi solusi yang diusulkan khususnya jika metode kesalahan atau percobaan tersebut penuh resiko atau terlalu mahal.

52



3.4.4.1 Verifikasi Post-Monitoring Bila suatu solusi telah diimplementasikan, maka post-monitoring menentukan kesuksesan solusi. Untuk itu perlu menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut: a. Apakah peralatan yang gagal, sudah beroperasi dengan benar sekarang? b. Adakah suatu pengurangan atau eliminasi gangguan? Kalau jawabannya "tidak" untuk semua pertanyaan, maka investigasi harus dilanjutkan. Tidak berarti bahwa solusi ini adalah salah. Kadang-kadang bisa salah, tetapi seringkali, dengan menyelesaikan suatu permasalahan membuat kondisi sistem tenaga berikutnya kembali seperti pada kondisi baru. 3.4.4.2 Post-Monitoring untuk Interaksi Sistem Karena sistem tenaga itu merupakan suatu sistem, perubahan satu bagian sistem dapat berpengaruh terhadap bagian lainnya. Untuk itu sangat mungkin bahwa solusi terhadap masalah dapat mengintrodusir masalah lain pada sistem. Sebagai contoh, jika masalah tersebut menyebabkan mesin menghasilkan transien ke dalam saluran daya dan mengganggu sistem pembangkit.


53


BAB-4 KAJIAN RISIKO DAN DAMPAK BIAYA Permasalahan kualitas daya yang berkaitan dengan interaksi antara jaringan distribusi dengan sistem milik konsumen adalah suatu yang dapat dicegah. Hasil survei terhadap konsumen besar yang mendapatkan suplai listriknya dari sisi tegangan tinggi melalui jaringan transmisi maupun distribusi menunjukkan bahwa kualitas suplai daya listrik tidak banyak dipermasalahkan, sementara survei terhadap konsumen yang lebih kecil pada sisi tegangan rendah menunjukkan banyaknya keluhan mengenai kualitas suplai daya listrik mereka. Tiga perubahan besar terhadap karakteristik beban konsumen dan sistem distribusi tenaga listrik telah mengubah komposisi persamaan kualitas daya yaitu: a. Makin tingginya sensitifitas komponen dan peralatan terhadap variasi-variasi kualitas daya. b. Tersambungannya beban-beban sensitif pada jaringan secara luas serta berbagai proses otomasi. c. Makin meningkatnya jumlah beban yang menggunakan perangkat elektronika daya pada proses konversi daya listrik. Panduan ini dimaksudkan untuk memberi tambahan pengetahuan bagi para manajer di sektor komersial maupun industri dengan konsep-konsep, parameter serta daftar catatan yang menerangkan cara menerjemahkan data biaya kualitas daya dengan menggunakan rumus-rumus sederhana untuk menghitung total biaya operasi yang timbul karena permasalahan kualitas daya, yang mencakup berbagai tipe perusahaan. Beberapa contoh dari sejumlah industri pilihan akan ditampilkan untuk memberikan gambaran yang akan membantu analisis terhadap biaya keseluruhan akibat gangguan kualitas daya. Pada IEEE Orange Book dapat dilihat bahwa untuk pabrik yang beroperasi dengan kapasitas 100%, bila kehilangan produksi sedikitpun akan mengakibatkan kehilangan keuntungan dari produk yang seharusnya dihasilkan. Berbagai fixed cost maupun variable overhead yang sudah dikeluarkan akan menjadi kerugian. Peningkatan biaya produksi dapat berujung pada beralihnya pelanggan kepada kompetitor. Bila pabrikan menggunakan suplai daya cadangan dan lainnya dalam penyediaan energinya, biaya yang dikeluarkan juga harus ditimbang dalam menghitungan kerugian. 4.1 Aspek Kerugian Finansial Permasalahan kualitas daya merupakan penyimpangan kelistrikan karena daya listrik yang disalurkan ke peralatan menyebabkan kerusakan ataupun kejanggalan operasi pada perangkat elektronika ataupun peralatan listrik lainnya. Gejala yang lazim timbul antara lain berupa: a. Terputusnya operasi atau padamnya peralatan tanpa sebab yang jelas. b. Kerusakan atau kegagalan peralatan yang tidak menentu.

54



c. Kendali kinerja proses yang kacau. d. Terhentinya alur proses produksi serta kesalahan data yang tak menentu e. Pemanasan komponen-komponen listrik. Permasalahan kualitas daya tidaklah sederhana karena melibatkan sambungan penghantar, fenomena alam seperti petir, interaksi antara fasilitas peralatan listrik di lokasi, hingga penyambungan peralatan ke jaringan distribusi maupun transmisi. Beberapa mesin produksi di sektor industri pada umumnya didesain untuk beroperasi dengan suplai daya listrik yang ideal dan tanpa cacat. Namun pada kenyataannya, banyak hal yang menyebabkan gangguan sepanjang penyalurannya sebelum mencapai peralatan pengguna listrik yang akan digunakan untuk menghasilkan produk serta keuntungan bagi perusahaan. Pengamatan terhadap hasil perkiraan resiko dan kerugian finansial akibat gangguan kualitas daya, menunjuk kepada pengeluaran yang tidak sedikit setiap tahunnya. Biaya yang terkait kualitas daya sangatlah bervariasi di kalangan pelanggan listrik. Sebagai contoh, variasi biaya akibat pemutusan pada industri tekstil akan bergantung dari tipe pabrik yang merupakan produsen hulu, hilir, ataupun terintegrasi, termasuk perbedaan skala besar atau kecilnya industri. Secara umum pada sektor industri, biaya yang timbul akibat terhentinya suatu proses produksi sangatlah bervariasi karena sangat beragamnya kategori produk yang dihasilkan, serta variasi kompleksitas proses produksi setiap jenis kategori tersebut. Menentukan biaya tahunan terkait kualitas daya sangatlah rumit, dan memang pada kenyataannya hanya mungkin untuk diperkirakan. Biaya yang disebabkan permasalahan kualitas daya juga sangat bergantung pada jenis permasalahannya, sistem jaringan pelayanan listrik yang ada, serta tipe, ukuran, dan karakteristik kinerja elektromekanik dari peralatan ukur yang digunakan. Contoh dari industri automobil, merujuk tiga hal penting terkait biaya yang merupakan konsekuensi dari permasalahan kualitas daya bagi pabrik automobil: a. Biaya konsumsi energi listrik bagi pabrik dengan mesin-mesin besar berkisar sekitar Rp. 20.000.000 per jam, tapi tegangan sag selama sepersepuluh detik dapat menyebabkan kerugian sebesar Rp. 2.000.000.000. b. Mengaktifkan kembali jalur rakitan sebagai tindak lanjut dari peristiwa tegangan sag, akan mencakup menghidupkan kembali kompresor dan boiler, pemrograman ulang atau pengurutan kembali sistem kontrol, serta membersihkan jalur rakitan dari bahan-bahan gagal produksi yang disebabkan oleh tegangan sag. Biaya pekerjaannya berkisar pada Rp. 250.000 per jam per pekerja yang mencakup 2000 orang tenaga produksi, dengan total $500.000.000 per jam. c. Sebuah perusahaan automobil memperkirakan rata-rata kerugian karena gangguan sesaat mencapai Rp. 400.000.000 untuk setiap kali kejadiannya, dan mencapai total Rp. 100.000.000.000 per tahun bagi keseluruhan pabrikan yang dimiliki perusahaan tersebut. Di Amerika Serikat, berbagai perkiraaan telah dibuat untuk menentukan biaya total yang ditanggung pelanggan sebagai konsekuensi dari permasalahan kualitas daya. Sejak tahun 1987, biaya kualitas daya untuk sektor manufaktur diperkirakan berkisar


55


antara Rp. 128 hingga Rp. 256 Trilyun per tahun. Pada tahun 1990 biaya kualitas daya tersebut diproyeksikan mencapai Rp. 3.400 Trilyun atau lebih setiap tahunnya. Berdasarkan pada pengamatan beberapa tahun terakhir, industri manufaktur, penjualan peralatan ukur dan servis untuk perbaikan serta perlindungan terhadap permasalahan kualitas daya mencapai Rp. 20 Trilyun setiap tahunnya. Pertanyaan yang timbul adalah mengapa industri merugi hingga Rp. 120 sampai Rp. 340 Trilyun sementara pengeluaran untuk memecahkan masalah hanya Rp. 20 Trilyun per tahun? Kemungkinannya adalah karena kebanyakan biaya akibat permasalahan kualitas daya tidak terdefinisikan dengan jelas. Perkiraan biaya yang timbul dan terkait langsung dengan insiden kualitas daya memang mungkin dilakukan, tetapi perkiraan kehilangan waktu, potensial transaksi ataupun kesempatan bisnis lainnya dikarenakan insiden yang terjadi sangatlah sulit kalaupun mungkin dilakukan. Yang jelas adalah dampaknya terhadap ekonomi nasional sangat besar dan terus berkembang, dan yang lebih mengkhawatirkan adalah dampak ini tidaklah mudah dikenali. Sejumlah faktor yang berdampak paling besar terhadap kerugian terkait kualitas daya akan dirinci pada bagian-bagian berikutnya. Bila keseluruhan biaya gangguan yang berhubungan dengan kualitas daya telah dipahami, biaya penanggulangan variasi kualitas daya yang dialami, beserta keuntungan dan pengembaliannya akan dapat diperkirakan. 4.2 Parameter yang mempengaruhi biaya Saat ini sebagian besar kajian ekonomi teknik (engineering economic) harus menimbang kerugian yang akan terjadi bila tidak dilakukan perbaikan, keuntungan bila dilakukan modifikasi sistem, serta biaya implementasi dari modifikasi dengan kriteria finansial seperti internal rate of return (IRR), life cycle costs, depresiasi, pajak, dan lainlain. Pada kebanyakan kasus, pihak pengusaha tidak melakukan analisis ekonomi yang menyeluruh, dan hanya menanggulangi masalah kualitas daya yang jelas terihat atau sudah mencapai kondisi kritis. Hasilnya, solusi tercepat adalah yang sering dipilih, tanpa mempertimbangkan rate of return. Bagian penting dari kajian biaya terkait kualitas daya adalah menentukan apa yang terkena dampak, dan di bagian mana dari operasi bisnis, biaya tersebut akan muncul. Beberapa upaya telah dilakukan untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasi gangguan serta biaya kualitas daya. Dalam IEEE Orange Book, disebutkan bahwa kerugian produksi yang disebabkan oleh pemutusan tenaga listrik pada industri yang beroperasi dengan efisiensi 100%, akan menyebabkan hilangnya keuntungan dari produk yang seharusnya dihasilkan atau layanan yang seharusnya diberikan. Tipe gangguan kualitas daya yang tidak terlalu jelas, transien yang tak terdeteksi, tegangan sag dan/atau swell, serta distorsi harmonisa, biasanya dimasukkan pada golongan biaya yang tersembunyi (hidden costs). Hidden costs biasanya berasal dari kerusakan atau kerugian yang tidak langsung atau jelas teridentifikasi. Dalam satu studi kasus terhadap bangunan komersial, kebanyakan kerugian kualitas daya yang terjadi adalah tersembunyi, tetapi dapat ditelusuri sampai

56



ke permasalahan penghantar/pembumian dan permasalahan harmonisa yang dihasilkan oleh suplai daya komputer dan berbagai mesin kantor lainnya. Pada studi kasus lain terhadap industri yang melibatkan proses, biaya kerugian yang signifikan datang dari penyebab yang dapat diidentifikasi dan juga yang tersembunyi. Kerugian yang teridentifikasi biasanya disebabkan oleh tegangan sag dan impuls transien (impulsive transients). Sedang penyebab kerugian yang tersembunyi sering kali dapat ditelusuri sampai ke distorsi harmonisa yang dibangkitkan oleh electronic adjustable speed drives (EASD) dan resultan efek magnifikasi harmonisa yang disebabkan oleh resonansi dengan capacitor bank. Biaya terkait kualitas daya dapat timbul pada berbagai aspek operasi di sektor industri. Biaya tersebut meliputi pekerjaan servis jaminan, terputusnya proses manufaktur, kehilangan peluang, kerusakan barang produksi, energi yang terbuang, hingga berkurangnya usia peralatan. Karena banyak dari elemen biaya kualitas daya ini yang dapat menjadi kunci dalam menentukan biaya bila akan diambil tindakan ataupun tidak diambil tindakan, berikut beberapa contoh singkat yang dapat digunakan dalam menentukan parameter tersebut: a. Biaya pelayanan lapangan. Gangguan yang tidak terdeteksi yang menyebabkan kegagalan komponen atau circuit board tanpa penyebab yang jelas, dimana biaya perbaikan akan ditanggung oleh pihak produser alat atau pelanggan harus menanggung biaya perbaikan, tenaga kerja, konsultan, kontraktor elektrik, dan lainlain. Biaya pelayanan lapangan harus dimasukkan sebagai satu elemen biaya pengoperasian kembali (restart) setelah terjadinya gangguan listrik. b. Biaya produksi. Karena sebagian dari sistem produksi terpengaruh oleh gangguan kualitas daya, sistem secara keseluruhan kemungkinan tidak akan memenuhi persyaratan kinerja, kualitas produk, kecepatan produksi ataupun volume produksi. Dalam hal ini, pihak pabrikan banyak yang memutuskan untuk berinvestasi menyediakan suatu sistem cadangan untuk menghindari pemutusan, baik untuk gangguan yang jelas ataupun yang tidak jelas. Karena kebanyakan sistem manufaktur terdiri atas subsistem yang terkait dan saling bergantung, maka biaya sistem cadangan ini harus ditimbang sebagai bagian dari total biaya kualitas daya bagi proses manufaktur. Pabrikan yang proaktif telah mempelajari keterkaitan kualitas daya ini dan telah berinvestasi untuk menyediakan sistem cadangan yang cukup. Hal ini akan berdampak pada penekanan biaya produksi per unit produk, atau biaya kerusakan dan perbaikan dibandingkan pabrikan yang belum memahaminya dan kurang berpengalaman, atau sama sekali mengabaikan sistem cadangan yang sesuai dengan yang dibutuhkan. c. Biaya produktivitas. Biasanya dipengaruhi oleh kedua jenis biaya tersembunyi maupun biaya langsung atau yang teridentifikasi seperti tenaga kerja yang tidak produktif karena terjadinya gangguan, kegiatan pembersihan, atau pemeliharaan perbaikan dan pengaturan kembali sumber-sumber daya, yang secara efektif akan mengurangi produktivitas dan meningkatkan biaya. Biaya produktivitas merupakan elemen biaya yang signifikan untuk mambayar karyawan yang terpengaruh oleh gangguan suplai listrik dan karyawan yang terlibat dalam upaya restart. d. Kehilangan pendapatan. Gangguan langsung terhadap proses manufaktur bisa menghentikan penjualan atau benar-benar berdampak pada aliran pendapatan, dan menunda jadwal produksi. Kehilangan pendapatan karena terhentinya proses umumnya merupakan biaya langsung yang dapat diamati. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

57


e. Berkurangnya daya saing. Permasalahan kualitas daya pada sektor manufaktur sering kali berakibat pada ketidakpuasan konsumen dan kualitas produk yang rendah, hingga penundaan jadwal produksi. Kekurangan ini hampir bisa dipastikan akan mengurangi daya saing dan dapat berakibat fatal. f. Kehilangan kesempatan. Berbagai permasalahan kualitas daya yang berdampak pada produk yang dihasilkan, dapat juga berarti hilang atau berkurangnya penjualan, baik untuk pemasaran produk baru pada waktu yang tepat maupun untuk pemasaran produk musiman pada puncak musimnya. g. Kerusakan produk. Permasalahan kualitas daya dalam proses manufaktur bisa mengakibatkan kerusakan produk yang dihasilkan. Adakalanya, kerusakan dapat langsung teramati dan produk yang rusak akan dibuang atau didaur ulang. Kerusakan produk mungkin akan berakibat fatal jika kerusakannya sulit dideteksi dan efeknya baru akan timbul setelah beberapa waktu. Kerugian produk karena gangguan kualitas daya perlu diketahui jumlahnya untuk mengukur biaya kualitas daya. Jumlah unit dari kerugian produk dan biaya setiap unit kerugian produk serta perbaikannya merupakan kunci dalam menentukan total biaya gangguan suplai daya listrik. h. Energi terbuang. Pemutusan daya atau penghentian suatu proses manufaktur akan menyebabkan pemborosan energi karena proses restart. Bila kerusakan produk terjadi karena penghentian proses atau salah operasi (mis-operation) yang disebabkan gangguan, energi yang telah digunakan sampai saat terjadinya gangguan tersebut akan menjadi sia-sia. Jumlah energi yang terbuang serta biaya per unit energi merupakan faktor-faktor dari total biaya gangguan daya dan biasanya disertakan dalam biaya 'overhead' perusahaan. i. Pengurangan usia peralatan. Gangguan yang dialami sistem, baik yang terdeteksi maupun tidak, akan menyebabkan pengurangan usia peralatan. Fast-rise-time transients yang berenergi tinggi dapat menyebabkan kegagalan pada circuitboard, bahkan pada sistem yang menggunakan pelindung terhadap transien sekalipun, atau dapat menyebabkan degradasi dengan berjalannya waktu seperti halnya burnout yang hanya tinggal menunggu waktu. Distorsi harmonisa dan fasa tak seimbang secara bersama akan meningkatkan tekanan yang berlebihan pada motor serta trafo, menyebabkan pengurangan usia kerjanya, dan berakibat meningkatkan biaya produksi. Karenanya, usia peralatan karena gangguan kualitas daya dapat muncul sebagai biaya langsung maupun biaya yang tersembunyi. Contoh dari biaya tersembunyi yang dapat ditambahkan ke biaya yang teridentifikasi akan diterangkan bagian-bagian berikutnya. 4.3 Penyusunan Data Biaya Dasar Kualitas Daya Sistem dan peralatan elektronika terkadang lebih sensitif terhadap gangguan dalam sistem AC daripada beban-beban konvensional. Pengaruh dari gangguan daya terhadap peralatan elektronika yang sensitif sangat bervariasi bentuknya, yang mencakup kesalahan data, terhentinya kinerja sistem, hilangnya memori atau program, hingga kerusakan peralatan. Pada kebanyakan kasus, sangat sulit untuk menentukan apakah gangguan pada suatu hardware ataupun software sebenarnya disebabkan oleh gangguan pada daya listrik yang dialirkan ke peralatan. Kenyataan kualitas daya inilah yang meningkatkan kompleksitas dari pengumpulan data untuk perhitungan biaya dasar.

58



Untuk dapat menyusun biaya dasar, analisa yang mendalam terhadap sistem tenaga listrik beserta bebannya perlu dilakukan untuk menentukan hal-hal yang memerlukan perhatian seakurat mungkin, sebelum menentukan penyelesaian bagi permasalahan yang ada. Melakukan koordinasi dengan pihak-pihak yang terlibat, pemilik/pengguna peralatan, pabrikan/suplier peralatan elektronika, untuk mendiskusikan tujuan dari penyusunan biaya dasar. Pendekatan ini memungkinkan solusi biaya yang efektif untuk diterapkan yang tidak hanya mengoreksi permasalahan yang ada tetapi juga meminimumkan permasalahan yang mungkin akan terjadi. Kuncinya adalah untuk memahami serta mendefinisikan permasalahan, dan memperkiraan pengaruh biaya sebelum menetapkan solusi bagi permasalahan. Komunikasi yang efektif sangatlah penting untuk menentukan solusi yang akan diusulkan dan biaya dasarnya. Berikut ini adalah daftar proses yang dilakukan untuk pengumpulan informasi. a. Identifikasi peralatan elektronika sensitif yang mengalami permasalahan (yakni: jenis, lokasi, dll.). Karena kebanyakan para pengguna peralatan elektronika lebih perduli terhadap produktivitas peralatan, mereka perlu diberikan pegertian agar melaporkan peralatan yang tidak bekerja sebagaimana mestinya, dan menyebabkan kerugian bagi perusahaan. b. Dokumentasi tipe gangguan atau kegagalan peralatan (yakni: hilangnya data, kemacetan, kerusakan komponen). Usahakan pertemuan dengan pengguna peralatan untuk menentukan tujuan penyusunan biaya dasar yang berhubungan dengan kerugian produksi dan peningkatan biaya produksi. Walaupun detil teknis dari gangguan daya tidak menjadi perhatian bagi para pengguna peralatan, masukan dari pengguna sangatlah diperlukan sebagai feedback terhadap gangguan yang terjadi pada peralatan. c. Tentukan saat terjadinya permasalahan (yakni: jam, hari, minggu, langkah pengoperasian sistem). Informasi yang diperlukan untuk membantu pemecahkan permasalahan daya listrik dan penyusunan diperoleh dengan cara membukukan catatan yang akurat setiap kesalahan dan kerusakan yang terjadi pada peralatan. Cara yang efektif untuk mendokumentasikan informasi semacam ini diantaranya melalui pertemuan antara manajer bangunan dengan pihak penyedia tenaga listrik. Dengan demikian, informasi dari lokasi mengenai gangguan yang terjadi pada sistem distribusi dapat dihubungkan dengan kejanggalan yang terjadi di lokasi pengguna. Sambil berdiskusi antara kedua belah pihak, saat tersebut merupakan suatu kesempatan baik untuk lebih dalam mengamati beberapa hal seperti nilai produksi yang hilang, dan/atau metodologi yang diterapkan oleh pengguna untuk menentukan biaya dasar perusahaan akibat gangguan kualitas daya. d. Tentukan gangguan yang kebetulan sering terjadi bersamaan (seperti kedipan lampu, motor melambat). Observasi seperti ini memberikan petunjuk untuk mengidentifikasikan kemungkinan sumber permasalahan dan dampak kualitas daya pada biaya dasar di lapangan. Sebagai contoh, sebuah motor induksi berdaya besar ketika dihidupkan menyebabkan arus surge, dan menghasilkan kedipan yang terlihat pada sistem penerangan. Berdasarkan pada gejala yang terdokumentasi seperti ini, pertanyaan dan penyelidikan yang lebih terarah dapat dilakukan untuk menentukan solusi yang efektif dari segi biaya. e. Selidiki kemungkinan sumber penyebab masalah di lokasi (seperti perangkat las elektrik, air conditioner, perangkat kontrol, dan peralatan lain dengan penyearah Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

59


f.

sumber daya). Pendekatan ini mencakup pengumpulan petunjuk perlindungan kualitas daya dari pabrikan peralatan atau laboratorium pengujian, dimana peralatan digolongkan untuk menentukan imunitas terhadap voltage sag, impuls transients, respon sistem terhadap gangguan, dan lingkupan harmonisanya. Batasan kinerja kualitas daya setiap peralatan sangat diperlukan untuk memperoleh evaluasi terhadap biaya dasar produksi. Selidiki perangkat pengaman yang digunakan peralatan (seperti penahan transien voltage surge, trafo isolasi, rangkaian filter terintegrasi, dan lain-lain). Penyusunan biaya dasar dan pemilihan perangkat kualitas daya bervariasi dengan beragam alasan. Salah satu faktor yang acap terabaikan adalah bahwa pelindung dan filter internal dari peralatan itu sendiri mungkin tidak berfungsi, atau berinteraksi dengan beban elektronika lainnya.

4.4. Perhitungan Biaya Kualitas Daya Baik atau buruknya kualitas daya tidak akan terlepas dari biaya. Seperti telah disebutkan sebelumnya, salah satu bagian penting dari penentuan biaya yang terkait kualitas daya adalah menentukan apa yang sedang terkena gangguan dan di mana, atau pada aspek operasi bisnis apa sajakah biaya ini muncul. Beberapa penelitian jangka panjang mengungkapkan efek dari biaya tersembunyi maupun yang dapat diidentifikasi, pada pihak penyedia tenaga listrik maupun dari pihak pelanggannya. Biaya yang dapat diidentifikasi biasanya berhubungan dengan tegangan sag serta kejanggalan layanan listrik sementara atau lebih lama. Biaya teridentifikasi biasa disebut sebagai biaya langsung yang mencakup biaya jam kerja, biaya bahan terbuang, produk yang rusak, biaya pengulangan pekerjaan, biaya pemrograman ulang atau penggantian data yang hilang, dan biaya peralatan manufaktur yang rusak. Sedangkan biaya tersembunyi biasa disebut sebagai biaya tak langsung. Biaya ini merefleksikan biaya kegagalan penjualan, biaya kerusakan awal peralatan, biaya produk di luar spesifikasi, biaya dampak pengejaran jadwal pengiriman, dan biaya berhubungan dengan penurunan reputasi karena kegagalan pengiriman. Beberapa persamaan telah dikembangkan untuk mengidentifikasikan perkiraan secara kasar biaya yang terkait dengan gangguan terhadap berbagai proses, dilihat dari sudut pandang cash-flow. Biaya teridentifikasi dan biaya tersembunyi yang akan ditentukan haruslah mencakup hal-hal sebagai berikut: Total Biaya Gangguan Daya (TBGD) = ( A + B + C + D ) dalam Rupiah dimana: A= B= C= D=

upah kerja karyawan yang terlibat (Rp.) kerugian produk yang disebabkan oleh gangguan daya (Rp.) biaya restart (Rp.) biaya tersembunyi (Rp.)

Nilai A , B , C dan D dapat ditentukan sebagai berikut: A=ExFx(G+H)

60



B=IxJ C=KxLx(G+H)+MxJ D=NxO dimana: E = jumlah karyawan produktif yang terlibat F = jangka waktu terjadinya gangguan (jam) G = upah dasar per jam bagi karyawan yang terlibat (Rp.) H = biaya overhead per jam per karyawan yang terlibat (Rp.) I = kerugian jumlah unit produk yang disebabkan oleh gangguan J = biaya kerugian/perbaikan per unit produk yang disebabkan oleh gangguan K = waktu restart (jam) L = jumlah karyawan terlibat dalam proses restart M= jumlah unit peralatan yang rusak karena proses restart N = jumlah elemen biaya tersembunyi O = Rp./elemen biaya tersembunyi. Berikut adalah tiga contoh dari ilustrasi penghitungan biaya kualitas daya yang diusulkan: a. Kasus 1, Pusat data komputer komersial. Uraian masalah: Pusat data menyediakan dukungan komputer kepada 10 lokasi jarak jauh untuk semua kebutuhan komputasi bisnis. Aplikasi meliputi penggajian dan pencatatan waktu, produksi dan kontrol biaya, inventarisasi dan akunting umum. Dalam tahun lalu terjadi 20 peristiwa penghentian produksi disebabkan voltage sag atau pemutusan sesaat yang berlangsung dari 30 perioda hingga beberapa detik, dan mengganggu pekerjaan produksi rata-rata 0.6 jam. Biasanya, transaksi-transaksi yang sedang dalam proses akan hilang, demikian pula beberapa transaksi-transaksi sebelumnya yang belum lama dilakukan. Pemulihan mencakup pembuatan kembali berkas penggajian dan menentukan apa yang perlu diproses kembali, kemudian pengiriman kembali data dari semua lokasi. Biasanya, 10 penjualan baru tercatat setiap jam bisnis dan pendapatan bernilai sekitar Rp. 2.500.000. TBGD Kasus 1 = A + B + C + D A = (100 karyawan)x(0.6 jam) x [(Rp. 150.000/jam) + (Rp. 75.000/jam)] = Rp. 13.500.000/peristiwa B = (200 transaksi hilang) x (Rp. 225.000/transaksi) = Rp. 45.000.000/peristiwa C = (0.5 jam/restart) x (100 karyawan) x (Rp. 225.000/jam) + (2 disk /power supply rusak) x Rp. 15.000.000/perbaikan) = Rp. 41.250.000/peristiwa D = (6 gagal penjualan) x (Rp. 2.500.000/penjualan hilang) = Rp.15.000.000/peristiwa TBGD Kasus 1 = Rp. 13.500.000 + Rp. 45.000.000 + Rp. 41.250.000 + Rp. 15.000.000 = Rp. 114.750.000/peristiwa Jika terjadi 20 peristiwa gangguan kualitas daya per tahunnya seperti digambarkan di atas, pengaruh biaya kualitas daya tahunan terhadap pelanggan ini akan menjadi 20 x Rp. 114.750.000/peristiwa = Rp. 2.295.000.000/tahun. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

61


b. Kasus 2, Pabrikan mobil industri. Uraian masalah: Pabrikan mobil ini mengalami tidak berfungsinya adjustable speed drives (ASDs) dan sistem robotik tanpa alasan yang jelas. Hal ini menyebabkan beberapa kerusakan elektronik, tetapi masalah yang sebenarnya adalah downtime. Downtime yang terjadi berkisar sekitar 30 menit, dan nilai finansialnya terus meningkat karena kerugian waktu, produksi dan bahan baku. Permasalahan yang lebih spesifik terjadi pada bengkel pengecatan, dimana terjadi penghentian robot-robot yang sedang mengecat mobil. Selain kerugian karena 50 mobil gagal cat, terdapat biaya tersembunyi yang signifikan karena pengampelasan ulang 50 mobil tambahan (Rp. 350.000 per mobil), kerugian cat (Rp. 250.000 per mobil), dan pengecatan kembali mobil-mobil yang akan mempunyai lapisan cat di luar spesifikasinya (RP. 750.000 per mobil). Lebih jauh lagi, karena pabrik mobil ini berjalan dengan kapasitas penuh, 50 mobil gagal terjual (Rp. 5.000.000 setiap mobil) meningkatkan total biaya tersembunyi per mobil menjadi Rp. 6.350.000. Permasalahannya nampak tak beraturan, dan penyebabnya adalah transien yang berkaitan dengan capasitor switching pada pihak penyedia tenaga listrik. Pihak penyedia tenaga listrik telah menonaktifkan kontrol otomatisnya dan saat ini mengkoordiniasikan pengoperasian kapasitor secara manual dengan pihak pabrikan. Hal ini tidak dapat diterima sebagai sebuah solusi permanen, karena kapasitor tidak dapat digunakan untuk mengendalikan tegangan pada pihak penyedia jika dibutuhkan. TBGD Kasus 2 = A + B + C + D A = (1,000 karyawan) x (0.5 jam) x [(Rp. 170.000/jam) + (Rp. 90.000/jam)] = Rp. 130.000.000/peristiwa B = (50 mobil gagal cat) x (Rp. 750.000/mobil) = Rp. 37.500.000/peristiwa C = (0.5 jam/restart) x (50 karyawan) x (Rp. 260.000/jam) + (4 ASDs /pengontrol rusak) x (Rp. 5000.000/perbaikan) = Rp. 26.500.000/peristiwa D = (50 mobil ampelas & cat ulang) x (Rp. 1.350.000/cat ulang) + (50 mobil gagal terjual) x (Rp. 5.000.000/penjualan hilang) = Rp. 67.500.000 + Rp. 250.000.000 = Rp. 317.500.000/peristiwa TBGD Kasus 2 = Rp. 130.000.000 + Rp. 37.500.000 + Rp. 26.500.000 + Rp. 317.500.000 = Rp. 511.500.000/peristiwa c. Kasus 3, Pabrik pemrosesan industri. Uraian masalah: Industri ini (plastik, bahankimia, tekstil, dan lain-lain) mengalami matinya kontaktor motor karena gangguan pada sistem distribusi di area luas. Mereka terkena gangguan ini sekitar 10 sampai 20 kali per tahun dan berkisar dari beberapa siklus gelombang hingga 10 detik. Kerugian biaya pada setiap peristiwa gangguan meliputi sekitar satu jam kehilangan produksi karena berhenti bekerjanya 350 karyawan, terbuangnya bahan baku, dan biaya restart setiap kali terjadi gangguan. Kontaktor motor yang digunakan berjumlah 175 buah mulai dari 1 horsepower hingga 250 horsepower. Bila tegangan layanan listrik turun hingga 88% dari nominalnya, kegagalan operasi terjadi hingga pada 30 buah kontaktor. Keseluruhan dari sistem-sistem yang digerakkan oleh motor harus beroperasi bersama-sama untuk menghasilkan produk dari pabrik ini. Kegagalan peralatan penopang proses akan sangat mempengaruhi sistem pengontrol temperatur bahan plastik pada setiap gangguan. Hal ini mengakibatkan 20 reel produk plastik yang tidak sesuai dengan spesifikasinya dan juga diperlukan proses pembersihan dengan bahan kimia secara ekstensif.

62



Biaya tersembunyi pada setiap kali gangguan diperkirakan bernilai Rp. 725 per reel. TBGD Kasus 3 = A + B + C + D A = (350 karyawan) x (1 jam) x [(Rp. 120.000/jam) + (Rp. 40.000/jam)] = Rp. 56.000.000/peristiwa B = (125 lembar plastik reel) x (Rp. 1.750.000/reel) = Rp. 218.750.000/peristiwa C = (1 jam/restart) x (10 karyawan) x (Rp. 160.000/jam) + (2 pemberi kontak rusak & 1 motor rusak) x (Rp. 7.500.000/perbaikan) = Rp. 38.500.000/peristiwa D = (20 out-of-spec menyebut) x (Rp. 7.250.000/reel) = Rp. 145.000.000/peristiwa TBGD Kasus 3 = Rp. 56.000.000 + Rp. 218.750.000 + Rp. 38.500.000 + Rp. 145.000.000 = Rp. 458.250.000/peristiwa Pada kondisi tertentu, untuk analisis biaya kualitas daya yang sederhana mungkin hanya meliputi TBGD serta unsur-unsur A, B, dan C; tetapi analisis biaya kualitas daya yang lebih lengkap perlu mengikutsertakan D, biaya tersembunyi. Biaya tersembunyi kualitas daya tidak selalu berhubungan dengan gangguan pemutusan layanan listrik atau gangguan yang langsung terlihat jelas, tetapi peningkatan biaya dapat juga disebabkan salah satu hal berikut: a. Meningkatnya kerugian peralatan. b. Berkurangnya kualitas produk. c. Meningkatnya biaya pemeliharaan.


63


BAB-5 SOLUSI MASALAH KUALITAS DAYA 5.1 5.1.1

Solusi Voltage Sag Solusi Sirkit Kontrol

5.1.1.1 Ferroresonant Transformer Kebanyakan permasalahan voltage sag dalam system tenaga listrik dapat diatasi dengan ferroresonant transformers atau biasa disebut constant-voltage transformers (CVTs). CVT cocok diterapkan pada beban tegangan rendah. Tidak seperti pada transformator konvensional, inti transformer boleh menjadi jenuh (saturated) dengan fluks maknetis, untuk menjaga agar tegangan keluaran tetap konstan selama terjadi variasi tegangan masukan seperti kurang tegangan, tegangan lebih dan distorsi harmonisa. CVT pada umumnya merupakan transformator satu fasa dengan rasio 1:1. Untuk mendapatkan hasil yang terbaik, CVT harus didesain sedikitnya dua kali arus beban. Gambar 5.1 memperlihakan contoh tipikal keluaran dari ferroresonant transformer terhadap beban.

Gambar 5.1 Pengaturan tegangan keluaran dengan CVT 1000 VA. Pertimbangan yang lain dalam menentukan ukuran sebuah CVT adalah karakteristik pembebanan itu. Pemilihan kapasitas CVT harus pada beban maksimum. Apabila trafo dibebani berlebihan, maka tegangan akan turun hingga mendekati nol pada kira-kira 150% dari bebannya. Oleh karena itu, jika profil beban termasuk arus inrush atau arus starting motor, maka transfomator harus didesain untuk beban transien bukan hanya beban steady. Harus juga diperhatikan bahwa CVT ini tidak menyimpan energi. Oleh

64



karena itu, CVT ini hanya menyelesaikan masalah voltage sag, bukan interupsi. Gambar 5.2 berikut ini memperlihatkan respon CVT untuk tegangan interupsi dan tegangan sag.

Gambar 5.2 Respon keluaran CVT untuk variasi tegangan masukan. Harga peralatan CVT relative lebih rendah bila dibandingkan dengan peralatan perbaikan power kualitas lainnya. Keuntungan lain dari CVT ini adalah tidak banyak memerlukan pemeliharaan karena tidak ada komponen yang bergerak dan tidak menggunakan baterei yang biasanya perlu pemeliharaan. Perkiraan harga CVT adalah $ 1000 per kVA. 5.1.1.2. Uninterruptible Power Supply Untuk melayani beban-beban kritis yang tidak boleh terjadi pemutusan di industri dipergunakan UPS. UPS bukan hanya diperuntukkan melayani beban-beban yang sangat penting (kritis) saja, tetapi juga mengisolir beban-beban tersebut dari gangguan listrik seperti swell, sag, impuls dan variasi tegangan yang mungkin saja terjadi. Kualitas daya listrik yang dihasilkan oleh PT. PLN (Persero) tidak dapat dijamin bebas dari gangguan listrik seperti pemutusan sesaat, impuls, surges, sags, drop tegangan atau kelebihan tegangan dari batas yang seharusnya. Adanya gangguan ini biasanya timbul karena adanya pemutusan daya dari rangkaian secara tiba-tiba, starting motormotor besar, pengecoran logam, pengelasan dan masuknya beban besar secara tibatiba. Daya listrik yang buruk ini tidak baik bagi peralatan-peralatan yang sangat sensitif terhadap kualitas daya, seperti peralatan instrumen, data processing, control room, ruang gawat darurat, peralatan komunikasi dan lain sebagainya yang biasa digunakan di industri. Drop tegangan, pemutusan sesaat dan berbagai macam gangguan listrik lainnya jangan sampai terjadi pada saluran ke beban kritis, Oleh karena itu diperlukan UPS sebagai solusinya. Susunan dan konfigurasi dari UPS yang digunakan pada industri dan bangunan komersial sangat tergantung pada keandalan sistem yang dinginkan. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

65


Berikut ini akan dibahas lebih jauh tentang bagian-bagian penting dari UPS dan konfigurasinya. 5.1.1.2.1 Konfingurasi Tunggal Konfigurasi tunggal merupakan salah konfigurasi yang banyak digunakan karena bentuknya sederhana dan tidak terlalu banyak komponen yang digunakan, seperti terlihat pada Gambar 5.3. AC Input

Battery Charger

Inverter

Static Switch

Manual Bypass Switch

Alternative Source

Gambar 5.3 Penggunaan UPS konfigurasi tunggal. Prinsip kerja dari sistem ini dapat dijelaskan bahwa daya AC masuk yang disearahkan oleh rectifier/battery charger. Pengaturan daya DC didasarkan pada keperluan pengisian battery dan keperluan daya yang masuk ke inverter. Inverter ini berfungsi mengubah arus searah menjadi arus bolak balik yang dibutuhkan oleh beban yang melewati static switch. Pada kondisi normal, langsung menyuplai beban yang melewati manual switch. Tapi bila terjadi gangguan pada inverter, maka secara otomatis statis switch merubah posisinya ke sumber alternatif. Namun untuk tujuan pemeliharaan, posisi manual switch harus diubah agar suplai daya ke beban dapat diperoleh dari sumber alternatif. Apabila sumber utama mengalami gangguan, maka secara otomatis kebutuhan daya disuplai dari bank battery yang melewati inverter, terus ke static switch hingga melewati manual switch. Secara singkat berikut ini akan dijelaskan masing-masing komponen seperti static switch, manual switch, rectifier/battery charger dan inverter. Static Switch Fungsi utama dari pada static switch pada UPS adalah untuk memindahkan secara otomatis keluaran daya dari inverter ke sumber alternatif bila terjadi kelebihan beban (overload) pada UPS. Pada static switch ini dilengkapi pula rangkaian over current transfer circuit (rangkaian pemindah arus lebih). Rangkaian ini dilengkapi overcurrent transfer untuk memindahkan aliran ke sumber alternatif bila terjadi pembebanan melebihi dari kapasitas inverter. Namun pada operasi normal daya tetap tersuplai dari inverter. Pemindahan ke sumber alternatif terjadi apabila telah terbebani sekitar 110% hingga 125%, dan secara otomatis kembali ke posisi semula bila beban telah normal.

66



Static switch dilengkapi pula pemindah otomatis (automatic transfer) dari keluaran inverter ke sumber alternatif bila ada gangguan pada inverter. Waktu pemindahan dari static switch perlu diperhatikan pada saat pemilihan UPS. Static switch harus memiliki waktu transfer maksimum sekitar 4 millidetik untuk beban-beban kritis. Dan kebanyakan static switch yang ada pada UPS didesain seperti itu. Manual Switch Manual bypass switch bertujuan untuk membypass keluaran dari static switch dan menghubungkan langsung ke sumber alternatif bila diadakan pemeliharaan/perbaikan. Manual switch tidak dapat digunakan sebagai saklar pemutus dari static switch ke sumber alternatif. Oleh karena itu diperlukan CB yang dipasang secara seri dengan sumber alternatif untuk memutuskan daya dari static switch. Rectifier/Battery Charger Rectifier berfungsi merubah arus bolak balik menjadi arus searah sebelum masuk ke battery charger. Sebelum rectifier biasanya dilengkapi tranformator mengisolir battery dan inverter dari gangguan sistem. Keluaran dari battery charger harus dapat diatur dan dilengkapi pembatas arus agar tidak melebihi dari batasan arus yang diizinkan. Pembatas arus ini bertujuan untuk mengamankan bank battery dan inverter. Battery charger didesain agar mampu untuk melayani beban ke inverer dan juga untuk pengisian pada bank battery. Pengatur tegangan keluaran juga sangat penting agar sesuai dengan tegangan kerja battery untuk meminimalkan pemeliharaan dan memperpanjang umur dari peralatan tersebut. Inverter Ada tiga fungsi utama inverter pada UPS yaitu : 1. Mengubah arus searah menjadi arus bolak balik dengan kandungan harmonisa (THD) kurang dari 5% atau lebih kecil. 2. Mengatur besar tegangan keluaran agar sesuai dengan tegangan kerja dari beban. Biasanya berkisar ± 2% dari tegangan normal. 5.1.1.2.2 Konfigurasi Tunggal dengan Penyearah Konfigurasi dari jenis ini berbeda dengan yang pertama di atas. Perbedaanya terletak pada adanya rectifier yang dipasang secara tersendiri. Recitifier di sini hanya berfungsi untuk melayani kebutuhan daya yang masuk ke inverter dan bukan untuk pengisian battery. Sebuah dioda atau tyristor dipasang untuk mem-blocking atau mengisolir rectifier dari battery. Sebuah battery charger dipasang untuk melayani beban DC secara langsung dan juga untuk mengisi bank battery. Konfigurasi UPS jenis ini dapat dilihat pada Gambar 5.4.


67


AC Input

Static Switch

Rectifier


Blocking Dioda Battery Charger Alternative Source

Gambar 5.4 Penggunaan UPS konfigurasi tunggal dengan penyearah. Walaupun demikian kedua sistem ini masih memiliki kekurangan. Apabila terjadi kerusakan pada inverternya, maka suplai daya dari rectifier dan battery ke beban AC tidak dapat dilakukan. 5.1.1.2.3 UPS yang Bekerja Paralel Konfigurasi rangkaian UPS jenis ini dapat menutupi kekurangan dari jenis pertama dan kedua. Sistemnya adalah dua buah UPS dipasang secara paralel untuk melayani satu beban kritis. Tingkat keandalannya adalah dua kali lebih baik dari pada tipe yang pertama. Sistem konfigurasinya dapat dilihat pada Gambar 5.5. Battery Charger A

Inverter A

Static Interrupter A Static Switch

AC Input Battery Charger B

Inverter B


Static Interrupter B

Alternative Source

Gambar 5.5 Konfigurasi UPS kerja paralel. Setiap inverter didesain untuk mampu melayani beban pada kondisi normal. Pada waktu operasi normal kedua inverter tersebut dibuat interlock antara satu dengan lainnya, agar tidak bekerja secara paralel. Namun bila ada salah satu inverter mengalami kegagalan maka secara otomatis beban dilayani oleh inverter lainnya. Static inverter dipasang untuk mengamankan inverter dari gangguan yang mungkin terjadi pada beban. Static switch berfungsi disamping untuk memindahkan beban dari inverter

68



satu dengan yang lainnya, juga untuk mengamankan inverter dari gangguan di beban atau terjadi inrush pada beban yang melebihi dari kapasitas inverter. Konfigurasi dari sistem UPS yang digunakan di industri sangat tergantung dari tingkat keandalan sistem yang diinginkan. Untuk beban-beban penting namun tidak terlalu kriris, konfigurasi pertama adalah pilihan yang sudah memadai. Namun untuk bebanbeban yang sangat kritis yang tidak boleh sama sekali ada pemutusan daya, maka biasanya digunakan konfigurasi terakhir, walaupun agak sedikit mahal dibanding dengan yang lainnya. 5.1.1.3 Dip-Proof Inverters Dip-Proof Inverter (DPI) adalah suatu alat baru yang cara kerjanya secara terus menerus mengkoreksi tegangan AC yang datang untuk mengisi bus kapasitor DC. Saat terdeteksi adanya tegangan sag yang nilainya dibawah nilai yang sudah disetel, maka daya yang datang akan diputus dan DPI akan menghasilkan output gelombang persegi pada beban selama sekitar 1 sampai 3 detik. Waktu lama beban yang dapat disuplai dihitung berdasarkan pada daya sesungguhnya dengan energi yang tersimpan di dalam suatu bagian DPI (Gambar 5.6). Karena DPI tidak mempunyai battery maka peralatan ini adalah alat yang rendah biaya pemeliharaannya. Rata-rata umur dari kapasitor adalah 12 tahun. DPI ini juga ringkas dan ringan jika dibandingkan dengan CVT ataupun UPS.

Gambar 5.6 Dip Proof Inverter. 5.1.2

Solusi Untuk Adjustable-Speed Drives

Pemprograman ulang respon sebuah Adjustable Speed Drive (ASD) terhadap voltage sag bisa dilakukan bila deviasi kecepatan dan torsi pada motor tidak akan mengganggu proses yang menggunakan ASD. Jika pelaksanaannya tidak mensyaratkan operator untuk mengulang proses dari awal, ASD dapat diprogram kembali dengan menyertakan time-delay restart non-synchronous. Saat kecepatan motor turun hingga mencapai nol, fungsi ini akan merestart kembali motor sesuai dengan waktu delay yang telah ditentukan. Fitur pemrograman ulang yang lain adalah operasi non-synchronous dengan flying restart. Ketika DC bus turun mencapai titik undervoltage trip, speed drive akan Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

69


mengehentikan penyalaan Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) milik inverter. Dengan demikian, speed drive akan kehilangan kontrol terhadap motor dan beban. Motor dan beban akan masih bergerak dengan momentumnya selama tegangan DC bus tetap berada pada titik undervoltage trip. Torsi motor akan turun mencapai titik nol, dan kecepatannya akan berkurang. Saat tegangan DC bus meningkat ke atas titik trip, speed drive akan melakukan flying restart untuk menentukan kecepatan motor dan mempercepat sistem kembali ke titik operasional semula. Perubahan kecepatan ditentukan oleh lama terjadinya tegangan sag, inersia sistem dan beban torsi. Prosesproses yang tidak rentan terhadap perubahan kecepatan dan torsi yang signifikan, sangat baik digunakan untuk operasi non-synchronous dengan flying restart. Algoritma flying restart tidak selalu sama antara pabrikan alat kendali yang berbeda. Pabrikan yang satu bisa saja memiliki algoritma yang lebih akurat dibanding yang lain. Dengan demikian, suatu proses mungkin dapat saja merasakan perubahan torsi dan kecepatan yang berbeda antara alat-alat kendali dengan algoritma flying restart dari pabrikan yang berbeda. Flying restart sering kali menghasilkan transien arus dan torsi yang signifikan pada motor. Oleh karena itu, seorang ahli proses harus berkonsultasi dengan pabrikan speed drive dan mesin proses sebelum menggunakan flying restart. Pilihan pemprograman yang lain adalah menurunkan titik undervoltege trip dari DC bus. Beberapa proses menghendaki pengaturan kecepatan dan torsi yang presisi. Karena torsi dan kecepatan bervariasi saat DC bus mencapai titik undervoltage trip, beberapa pabrikan speed drive menawarkan revisi software untuk aplikasi drive yang sudah terpasang dengan memberikan akses kepada pengguna AC drive untuk menurunkan titik undervoltage trip dari DC bus. Dengan menurunkan titik trip, drive dan proses dapat tetap berjalan melewati voltage sag yang lebih lama dan lebih dalam tanpa terhentinya produksi. Sering kali, revisi software bukan bagian dari paket pembelian software kontrol drive dan harus dimintakan dari pabrikan. Kekurangan dari pendekatan ini adalah rectifier dan fuse akan mungkin rusak karena inrush current yang tinggi serta kondisi overcurrent. Arus akan meningkat dengan penurunan titik undervoltage trip dari DC bus. Kondisi ini perlu dipertimbangkan ketika menurunkan titik undervoltage trip. 5.1.3

Solusi untuk Aplikasi Skala Besar

5.1.3.1 Written Pole Motor Generator Skala Besar Written-pole motor generator dapat dikendalikan agar terus-menerus memvariasikan pola magnetik kutub medan magnet rotor "permanen" sementara mesin sedang beroperasi. Fitur unik ini memungkinkan mesin dirancang untuk dapat melindungi berbagai beban kritis akibat kualitas daya yang buruk. Diterapkan dalam satu set motorgenerator, written pole memungkinkan generator untuk menghasilkan keluaran frekuensi konstan dengan gelombang sinus kualitas tinggi pada kecepatan yang bervariasi. Motor memanfaatkan written pole untuk pengoperasian secara efisien energy inersia rotornya yang tinggi sebagai perangkat penyimpan energi roda gila. Set motor generator meningkatkan kualitas daya dengan melakukan isolasi langsung berkelanjutan antara sistem distribusi listrik dan beban dan pada saat padam 15 detik atau lebih dapat memasok beban penuh pada frekuensi nyata dan tegangan yang diatur. Energy putaran yang melekat termanfaatkan, sehingga menghilangkan

70



kebutuhan untuk baterai. Kualitas daya listrik juga ditingkatkan untuk sistem distribusi listrik karena generator dapat menerima beban harmonis yang berat dan beban pulse dan mencegah umpan balik harmonis. Motor merupakan gelombang sinus yang bersih, kesatuan faktor beban daya dan telah menambah keuntungan efisiensi tinggi dan lonjakan arus sangat rendah saat melakukan start. Beban konvensional seperti pompa dan kipas dapat dijalankan dengan written pole motor. Ini akan memberikan keuntungan sebagai beban pengganti selama gangguan listrik sesaat dan untuk kemampuan restart seketika. Selain itu, arus start yang rendah secara signifikan akan mengurangi sags tegangan pada jalur distribusi, meningkatkan kualitas daya untuk beban tetangga. 5.1.3.2 Penyimpan Energi Magnet Superconducting / Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) terdiri dari kumparan superkonduktor yang membawa arus dengan ukuran megawatt dengan tahanan listrik nol. Sebuah konverter elektronika daya digunakan untuk mengalihkan arus ke kapasitor jika energi akan diserap dari SMES. Unit SMES dirancang untuk melindungi seluruh fasilitas industri. Unit-unit SMES dirancang untuk dapat menyediakan dari 300 kW hingga beberapa megawatt dlm waktu beberapa detik saja. Energi yang tersimpan dapat dilepaskan kembali ke jaringan dengan menggunakan koil. Sistem power conditioner menggunakan inverter / rectifier untuk mengubah daya alternating current (AC) menjadi direct current (DC) atau mengubah DC kembali ke listrik AC. Inverter / rectifier menyebabkan kehilangan energi sekitar 2-3% pada setiap arah (AC ke DC atau DC ke AC). SMES paling sedikit kehilangan listrik dalam proses penyimpanan energi dibandingkan dengan metode penyimpanan energi lainnya. Sistem SMES sangat efisien; efisiensi penkonversian AC ke DC dan DC ke AC lebih besar dari 95%. Ada beberapa alasan untuk lebih menggunakan superkonduktor penyimpan energi magnetik dibandingkan dengan metode penyimpanan energi lainnya. Keuntungan yang paling penting dari SMES adalah waktu tunda selama charge dan discharge yang cukup singkat. Daya hampir seketika tersedia dan output daya yang sangat tinggi dapat diberikan untuk jangka waktu singkat. Metode penyimpanan energi lain, seperti hydro pump-storage atau pengkompresian udara memiliki banyak waktu tunda yang terkait dengan konversi energi dari energi mekanik disimpan kembali ke listrik. Keuntungan lainnya adalah kehilangan daya yang lebih sedikit dibandingkan dengan metode penyimpanan lain karena dalam membalik arus listrik hampir tidak ada tahanan.

5.2

Solusi terhadap Transien dalam Sistem Tenaga Listrik

5.2.1

Solusi untuk Capacitor-Switching Transients

5.2.1.1 Adjustable-Speed Drives Penggunaan reaktor pada masukan ASD atau disambungkan ke DC link merupakan cara yang paling efektif untuk meminimalkan efek dari transien pensaklaran kapasitor Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

71


terhadap ASD. Pada awal kemunculan drive, komponen magnetik seperti reaktor frontend dan / atau reaktor DC-link yang standar ada pada ASD. Tetapi dengan kemajuan perangkat semikonduktor (dengan pertimbangan pemangkasan biaya produksi), para produsen telah memutuskan untuk tidak menggunakan reaktor terutama untuk drive yang lebih kecil dari 50 HP. Namun, reaktor dijadikan sebagai komponen pilihan, yang pemasangannya akan ditentukan oleh pilihan pengguna. Reaktor memiliki dua fungsi utama yang membantu meminimalkan pengaruh transien dari kapasitor-switching. Pertama, impedansi reaktor, yang dinyatakan sebagai persentase dari nilai dasar drive, menetapkan jatuh tegangan yang mengurangi tegangan bus DC, dengan demikian diperlukan penetapan batasan yang lebih besar untuk gangguan tegangan lebih. Kedua, reaktor membatasi besar dan laju lonjakan arus pengisian kapasitor. Ukuran reaktor yang diperlukan adalah fungsi dari besaran transien, impedansi sumber, dan titik gangguan drive. Biasanya sebuah reaktor 3 % akan mencukupi. Perlu dicatat, bahwa drive yang menggunakan front-end dengan SCR seperti DC drive dan drive sumber arus, biasanya sudah memiliki trafo isolasi terpasang. Dalam hal tersebut, penambahan sebuah reaktor tambahan secara signifikan akan mengurangi terjadinya arus hubung singkat dan akan memperbesar pembentukan notching oleh drive tersebut di sisi beban reaktor. Dalam beberapa kasus, di mana transien kapasitor-switching mungkin meningkat karena lokal resonansi dengan kapasitor tegangan rendah, puncak tegangan overvoltage bisa lebih tinggi dari 2 p.u. Untuk kasus seperti itu, akan dibutuhkan sebuah reaktor 5%. Pengaruh transien kapasitor-switching juga dapat dikurangi dengan memodifikasi dari dalam drive. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memberikan sebuah rancangan solusi untuk menetapkan delay waktu dalam perintah trip bagi drive untuk overvoltage sesaat. Jelas, tidak ada peralatan yang dapat berfungsi jika kenaikan tegangan steady-state mencapai 800V. Namun, untuk transien sesaat seperti transien kapasitor-switching, durasi tegangan puncak terjadi dalam waktu beberapa milidetik. Jika komponen-komponen internal dalam drive mampu menahan tegangan lebih dalam waktu singkat, maka pemrograman penundaan waktu akan menghilangkan sebagian besar masalah gangguan pemutusan drive karena transien kapasitor-switching. Paling tidak, produsen harus memberikan informasi tentang sensitivitas pemutusan karena overvoltage dari transien sehingga pengguna atau system integrator dapat mengambil langkah yang tepat sebelum menginstal drive untuk menjalankan proses yang bersifat kritikal. 5.2.1.2 Utility-Side Solutions Ada beberapa pilihan yang tersedia di sisi suplai untuk meminimalkan transien overvoltage yang dihasilkan dari switching kapasitor. Permasalahan dengan semua pilihan yang ada, adalah bahwa biaya instalasi yang berkisar antara $ 20.000 sampai $ 100.000, bergantung pada besar tegangan dan ukuran capasitor bank. Kecuali bila pelanggan yang terlibat bersedia untuk berbagi biaya ekstra dalam menerapkan solusi ini, tidak semua pelanggan merasa perlu memilih pilihan ini. Beberapa solusi dari sisi suplai yang memungkinkan adalah:

72



5.3

Penambahan bank kapasitor switching yang bertahap dengan memasang pemutus untuk masing-masing tahapan. Pemasangan reaktor penghantar atau resistor siap koneksi secara seri dengan kapasitor bank. Pemasangan perangkat close-switching sinkron pada kapasitor bank. Solusi Surge

Voltage surge pada utility yang disebabkan oleh petir atau switching dapat dimitigasi oleh surge suppression device. Surge suppression device melindungi peralatan dengan mengalihkan energi ke bumi ketika tegangan melebihi tegangan break down (dadal) . Sebagai contoh, penangkal petir dapat ditempatkan pada ketinggian tertentu di gardu distribusi. Spark-gap device biasanya berperilaku sebagai isolator, akan membentuk busur lebih besar secara internal dan menjadi hubung singkat pada saat tegangan breakdown atau diatasnya. Kemudian, arus yang melewatinya turun sampai nol, biasanya pada AC zero crossing berikutnya. Karena tidak semua surges dihasilkan di sisi utilitas pabrik, disarankan untuk memberikan perlindungan tambahan pada sistem distribusi tenaga listrik. Clamping element yang digunakan berupa Metal-Oxyde Varistor (MOV). Resistansi pada MOV turun sepanjang tegangannya naik Ketika mengalami voltage surge besar resistansi drop sehingga energinya dialihkan dari beban ke netral atau bumi. Transient Voltage Surge Suppressor dapat digunakan sebagai beban plug-in , aplikasi hard-wired pada rangkaian cabang dan unit panel board. Untuk perlindungan yang maksimal, Hal ini diaplikasikan sebagai system proteksi berlapis. Metode ini memerlukan peralatan dengan kapasitas arus besar dan moderate clamping level untuk aplikasi diterapkan di titik awal untuk mengalihkan sebagian besar arus. Alat dengan kapasitas arus medium dan Medium clamping level diaplikasikan di panel board sedangkan alat dengan kapasitas arus rendah dan low clamping level diaplikasikan pada rangkaian cabang. Untuk mencapai kinerja maksimumnya, sebuah TVSS harus diinstal dengan penghantar yang pendek dan koneksi pembumian yang sangat baik. Untuk data komunikasi sebagai alat pelindung adalah Surge Reference Equalizer yang mana mereferensikan pentanahan dari data line ke pentanahan line listrik untuk mencegah ground offset voltages. 5.4

Solusi Masalah Harmonisa

Pengaruh arus harmonisa pada fasilitas perangkat listrik dapat dikurangi dengan beberapa cara. Salah satu metode adalah dengan menambahkan filter harmonisa untuk mengalihkan arus harmonisa dari peralatan yang ada. Metode kedua adalah dengan menambah reaktor atau transformator isolasi pada feeders yang terhubung ke beban yang menghasilkan harmonisa. Metode ketiga adalah dengan mengisolasi beban harmonisa dari peralatan yang sensitif lainnya sehingga tingkat harmonisa pada beban sensitif tersebut menjadi lebih rendah yang disebabkan adanya impedansi sistem antara sumber harmonisa dan beban sensitif. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

73


Filter arus-harmonisa mencegah arus harmonisa disebabkan oleh beban non-sinusoidal masuk kembali ke jaringan listrik.. Filter dapat diterapkan juga pada gardu untuk mencegah arus harmonisa, atau filter tersebut diinstal paralel dengan beban individu untuk melindungi pengaruh sistem pendistribusian pembangkit listrik. Filter harmonisa juga memberikan manfaat untuk meningkatkan power factor karena adanya kapasitansi didalam filter. Beberapa aplikasi yang membutuhkan Filter arus-harmonisa : - Adjustable speed drives (ASD). - Mesin las p - Pengisi battery. - Komputer. - Consumer electronics Isolation transformer dan line reactor juga dapat digunakan untuk mengurangi efek harmonisa pada sistem distribusi tenaga listrik. Aplikasi paling umum dari line reaktor adalah dengan ASD. Seperti disebutkan sebelumnya, line reactor akan menurunkan kemungkinan ASD mengalami kegagalan pada kondisi overvoltage saat terpengaruhi capacitor-switching transient. Selain manfaat ini, reaktansi perangkat ini akan meredam harmonisa yang dihasilkan oleh ASD. Isolation Transformer memberikan reaktansi untuk meredam harmonisa dengan cara yang sama dengan line reactor. Sebagai tambahan reaktansi terhadap sirkuit, kebanyakan isolation transformer akan mengeliminasi harmonisa ketiga. Isolation transformer biasanya terdapat sebuah delta winding. Salah satu karakteristik trafo dengan delta winding adalah bahwa arus zero-sequence tidak dapat melewati winding. Arus zero-sequence mengandung arus pentanahan maupun arus harmonisa ketiga, sehingga penerapan perangkat ini mengisolasi feeder dari harmonisa ketiga dan kesalahan pentanahan yang dihasilkan saat pembebanan. 5.5

Solusi Isu tentang Motor

5.5.1

Unbalance Voltage

Tegangan tak seimbang artinya tegangan yang tersedia di ketiga fasanya tidak sama, ini dapat terjadi di sistem distribusi dimana saja. Ini dapat menimbulkan problem serius pada motor dan peralatan-peralatan listrik dengan sistem induksi tiga fasa. Memang kondisi seimbang secara sempurna tidak akan pernah tercapai, namun harus diminimalkan. Kondisi tak seimbang lebih sering disebabkan oleh variasi dari beban. Ketika beban satu fasa dengan fasa lain berbeda, maka saat itulah kondisi tak seimbang terjadi. Hal ini mungkin disebabkan oleh impendansi, type beban, atau jumlah beban berbeda satu fasa dengan fasa lain. Misal satu fasa dengan beban motor satu fasa, fasa lain dengan heater dan satunya dengan beban lampu atau kapasitor. Jika motor hanya satu fasa saja yang berfungsi pada motor 3 fasa akan berakibat motor “overheating”, karena arus menjadi sangat besar sedang kemampuan output turun.

74



Ketika motor beroperasi dibeban penuh sedangkan yang berfungsi hanya 1 fasa maka motor mengalami “stall” kemudian stop atau mandeg. Dalam kondisi stall timbulah arus listrik yang sangat besar (overcurrent) dan menghasilkan kenaikan panas yang besar dan cepat. Jika proteksi motor tidak bekerja maka kerusakan stator dan rotor akan hangus (overheating). Cara yang paling efektif untuk memecahkan masalah motor mengalami panas berlebih karena ketidakseimbangan tegangan adalah dengan menghilangkan ketidakseimbangan tersebut. Pada dasarnya ketidakseimbangan ini dapat disebabkan oleh tidak seimbangnya beban satu fasa, koneksi rusak, atau kerusakan regulator tegangan. Masing-masing kemungkinan harus diselidiki untuk menghilangkan sumber ketidakseimbangan tersebut. Proteksi seharusnya dipasang disetiap fasa agar lebih aman. Langkah pertama test tegangan tak seimbang yaitu dengan mengukur tegangan antar line di terminal mesin. Juga ukurlah arus di tiap fasa, karena arus tak seimbang bahkan dapat mencapai 6 -10 kali lebih besar dari tegangan tak seimbang. Tegangan tak seimbang kebanyakan disebabkan oleh distribusi beban tidak sama satu fasa dengan fasa lain, cara memperbaiki ialah dengan mengurangi beban fasa yang ketinggian dan menambahkan beban pada fasa rendah, sehingga menghasilkan beban yang sedapat mungkin seimbang. Beban yang paling umum pada satu phase ialah dari beban penerangan (lighting) dan mesin las (welder). Juga perlu di periksa fuse pada capasitor bank ( power factor improvement capasitor). Jika ketidakseimbangan tegangan tidak bisa dihilangkan, motor harus derated (dioperasikan lebih rendah dari kemampuannya) untuk melindungi agar motor bisa bertahan lebih lama. Standar NEMA (The National Electrical Manufacturers Association) MG 1-14,35 merekomendasikan untuk melakukan derating pada sebuah motor induksi ketika mengalami ketidakseimbangan tegangan melebihi 1 % dan pengoperasian motor sama sekali tidak direkomendasikan derating ketika ketidakseimbangan tegangan melebihi 5 %. Jika motor tidak dilengkapi dengan detektor suhu atau jika kemudian akan memasukkan detektor yang ternyata tidak cocok/tidak sesuai dengan skema proteksi motor tersebut, maka pengguna motor harus berkonsultasi dengan produsen motor untuk menentukan tingkat maksimum arus tidakseimbang untuk semua kondisi pembebanan untuk mengeset detektor suhu agar terintegrasi dengan kondisi beban motor. Sebagai contoh, dampak dari terjadinya arus tidakseimbang sebesar 10 % pada motor yang dibebani penuh lebih besar dari dampak pada motor yang sama, kalau motor tersebut hanya dibebani 50 %. Pada dasarnya, operasi motor selama kondisi tegangan tidak seimbang membutuhkan motor yang akan diderated. Untuk motor standar, NEMA memberikan panduan untuk derating. Untuk tegangan tidak seimbang antara 1 % - 5 %, NEMA MG-1-1993 merekomendasikan derating motor sesuai dengan grafik yang ditunjukkan dalam Gambar 5.7. NEMA belum membentuk sebuah grafik derating untuk motor hemat energi. Namun, karena motor hemat energi memiliki kerugian yang lebih rendah selama tegangan seimbang serta kondisi tegangan tidak seimbang, penerapan grafik derating pada Gambar 5.7 untuk motor hemat energi akan menghasilkan faktor derating konservatif. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

75


Gambar 5.7 Tabel dan Grafik Derating untuk Motor Induksi atas dasar Persentase Tegangan Tak Seimbang (from NEMA MG.1-1993). NEMA mendefinisikan rumus untuk ketidakseimbangan tegangan tiga-fasa adalah 100 kali deviasi maksimum tegangan dari tegangan rata-rata ketiga fasa dibagi dengan rataratanya. Baik ketidakseimbangan tegangan maupun arus dapat dihitung dengan menggunakan proses tiga langkah. Pertama, mengukur tegangan fasa-ke-fasa dan arus dari ketiga fase di titik penggunaan. Kedua, menghitung rata-rata ketiga fasa. Ketiga, menentukan persentase ketidakseimbangan. Sebagai contoh, jika yang terukur di line tegangan adalah 462, 463, dan 455 volt, maka rata-rata adalah 460 volt dan maksimum deviasi dari rata-rata adalah 5 volt (460-455). Oleh karena itu, ketidakseimbangan tegangan (5 / 460) x 100 = 1,1 persen. Selain itu, perlu juga diperhatikan ketika motor distart, motor memerlukan daya awal yang sangat tinggi, mungkin dapat mencapai beberapa kali atau lebih dari 5 kali. Arus tinggi menimbulkan panas dan thermal shock, sehingga jika ini dilakukan ber-kali2 dan tanpa ada jedah waktu, maka berakibat sangat buruk terhadap winding motor, overheating. Sehingga sangatlah perlu mendapat perhatian serius perihal start dan stop semua motor listrik agar kerusakan fatal dapat dihindari. 5.5.2

Inkompabiltas antara Adjustable-Speed Drives dan Motor

Sebagaimana dibahas sebelumnya, penerapan PWM (Pulse Width Modulation) ASD dalam suatu proses dapat merusak motor konvensional dengan merusak isolasi lilitan dan merusak bantalan motor. National Electrical Manufacturers Association (NEMA) telah mengembangkan standar persyaratan kinerja untuk motor dengan aplikasi inverter. NEMA MG-1, section IV, part 31, Definite- Purpose Inverter-Fed Motors, menetapkan persyaratan untuk motor induksi squirrel-cage ditetapkan range 5.000 HP atau kurang dan pada 7.200 volt atau kurang, dirancang untuk digunakan bersama dengan inverter PWM. Dalam rangka menangani masalah spesifik transient overvoltages, standar tersebut mengharuskan motor yang dirancang dengan spesifikasi ini akan memiliki sistem stator insulasi yang dapat menahan tegangan pulsa hingga 1600 volt dengan rise time lebih besar dari 0,1 s untuk motor dengan rate dasar kurang dari 600 volt. Motor yang sesuai dengan spesifikasi ini biasanya memerlukan satu atau lebih dari fitur tambahan untuk meningkatkan sistem isolasi: magnet kawat dengan peningkat kekuatan dielectric, peningkatan isolasi pada ujung, slot, dan antara fase.

76



Beberapa pengguna akhir mungkin lebih memilih untuk menggunakan motor induksi standar dengan ASD untuk menghindari biaya tambahan akibat pemakaian sebuah motor khusus dan biaya suku cadang motor tersebut. Penggunaan filter yang dirancang dengan baik dapat memampukan motor standar untuk digunakan dengan aplikasi inverter. Seperti dijelaskan sebelumnya, motor juga dapat mengalami kerusakan bantalan dalam aplikasi ASD dari electrical discharge machining (EDM) karena besarnya couple tegangan poros ke pentanahan (ground) yang terbentuk. Setelah penggunaan EDM positif diidentifikasi sebagai akar penyebab kerusakan bantalan, pengguna akhir tidak memiliki pilihan lain kecuali untuk mengambil tindakan korektif atas penggunaan EDM tersebut. Walaupun ada beberapa kemungkinan alternatif mulai dari jenis khusus motor yang terlindung elektrostatis sampai bantalan keramik dan/atau pelumas khusus, alternatif pencegahan dasarnya adalah untuk mengatasi masalah itu dari sumber (inverter) atau dari sisi motor. Dari sudut pandang inverter, mengurangi frekuensi switching dan/atau menginstal filter merupakan pilihan yang mungkin untuk dilakukan. Sebelum menginstal sistem baru, pengguna akhir harus berkonsultasi dengan produsen inverter dan menentukan apakah dengan menurunkan frekuensi switching dari inverter dan/atau memasang filter pada keluaran inverter akan mengurangi waktu pembangkitan pulsa tegangan dan memecahkan masalah . Cara yang paling efektif untuk memastikan bahwa tindakan perbaikan ini akan memecahkan masalah adalah dengan melakukan analisa sebelum dan sesudah tegangan poros-ke-pentanahan (ground) dan analisis arus seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.7. Dari sudut pandang motor, cara yang paling efektif untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menginstal sistem pembumian poros. Sistem ini secara efektif menimbulkan pola impedansi rendah dari poros ke tanah dan meminimalkan besarnya tegangan poros. Pembumian poros motor dengan sistem brush menciptakan pola impedansi rendah ke tanah untuk aliran arus yang dinyatakan dapat merusak. Sejumlah sistem carbon brush tersedia secara komersial. Karbon brush yang lunak tidak cocok karena mereka bisa menciptakan sebuah film nonconductive yang mencegah kontak listrik antara carbon brush dan poros. brush terbuat dari bahan khusus, seperti kuningan dan stainless steel, yang tidak akan membentuk lapisan film tersebut. Juga, sistem pembumian yang terlindung dianjurkan pada lingkungan dengan ruang yang bersih, karena mungkin saja terkontaminasi oleh partikel udara. Selama pemeliharaan rutin, pastikan bahwa carbon brush yang terhubung listrik dengan poros, terlepas dari sistem pembumian. Alternatif lain yang mungkin untuk menyelesaikan persoalan motor adalah dengan memasang bantalan motor yang terisolasi. Meskipun pengisolasian bantalan motor menghentikan aliran arus keluar melalui bantalan motor, mereka tidak bisa mencegah kerusakan pada bantalan apabila poros terhubung peralatan lainnya, seperti tachometer dan fan. 5.6

Solusi Masalah Pembumian (Grounding)

Permasalahan-permasalahan pembumian secara tipikal ditunjukkan sebagai kegagalan peralatan. Ini akan sangat jelas terlihat pada perangkat elektronik yang terbuat dari Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

77


solid state, khususnya jika perangkat-perangkat tersebut menyebar di sebuah rangkaian elektronik (board) yang cukup luas dan dihubungkan dengan kabel data. Sebuah perangkat elektronik tipikal memiliki satu sisi rangkaiannya yang terhubung ke chassis, yang dibumikan melalui konduktor pembumian dalam kabel dayanya. Pembumian dari dua buah perangkat dalam chassis yang terpisah dapat dihubungkan dengan suatu kabel data yang memiliki pembumian atau suatu pelindung (shield). Konfigurasi ini akan memberikan suatu ground loop. Ground loop tidak akan menimbulkan masalah jika terdapat tegangan kecil (kurang dari 0,5 volt) antara kedua perangkat. Namun, kerusakan bisa terjadi ketika sebuah arus yang cukup besar terjadi di salah satu sirkuit untuk meningkatkan potensial pembumian salah satu perangkat. Kerusakan pada perangkat juga dapat terjadi jika daya pentanahan hilang. Jika pembumian sudah diputus, arus pembumian akan mencari suatu jalur ke bumi. Jalur ini dapat mengalir melalui sirkuit-sirkuit dan perangkat-perangkat yang tidak dirancang untuk menahan arus tersebut dan menyebabkan kerusakan. Dalam sebuah instalasi jaringan listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan (digroundingkan) atau sering juga disebut dibumikan. Empat bagian dari instalasi listrik ini adalah : 1. Pada semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya. 2. Pada Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar. 3. Pada Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi. 4. Pada titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah. Pembumian dapat diuji dengan sebuah alat uji impedansi pembumian. Sebuah alat uji impedansi pembumian adalah instrumen multifungsi yang dirancang untuk mendeteksi jenis pengawatan tertentu dan masalah pembumian pada sistem distribusi tenaga listrik tegangan rendah. Fungsi utama pengetesan adalah pengukuran impedansi konduktor pembumian peralatan dari titik uji sampai kembali ke sumber netral pembumian, serta impedansi dari konduktor netral. Impedansi ini tidak boleh lebih dari 0,25 ohm. Hal ini juga penting untuk menguji sistem pembumian/pentanahan gedung berkaitan dengan tanah bumi. Hal ini harus dilakukan dengan suatu alat uji kejatuhan potensial selama instalasi sistem pembumian gedung. Untuk jenis tanah yang sama, tahanan jenisnya dipengaruhi oleh kedalamannya. Makin dalam letaknya, umumnya makin kecil tahanan jenisnya, karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih basah. Oleh karena itu, dalam memasang batang pembumian, makin dalam pemasangannya akan makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan grounding yang makin rendah.

78



Selain pengujian, pemeriksaan kondisi daya dan sistem pembumian dalam sebuah fasilitas harus menjadi bagian dari sebuah program pemeliharaan preventif rutin. Ini termasuk pemeriksaan koneksi pembumian hilang atau tidak benar, memastikan bahwa penetralan dan pembumian terikat hanya pada sumber daya, dan memeriksa aplikasi yang cocok dari pembumian yang terisolasi. 5.7

Solusi Masalah Interfrensi Elektromagnetik

Interferensi Elektro Magnetik (IEM) adalah noise yang disebabkan oleh adanya radiasi akibat perbedaan tegangan listrik antara tiga kabel listrik - hot wire, kabel netral, dan kabel pembumian. Dua tipe IEM yang umum disebabkan oleh sistem kelistrikan: - Common-mode noise. Noise dari radiasi yang dihasilkan oleh perbedaan tegangan antara hot wire dan kabel ground. - Traverse-mode noise. Noise dari radiasi yang dihasilkan oleh perbedaan tegangan antara hot wire dan kabel netral. Ada empat metode untuk mengurangi Interfrensi Elektromagnetik (IEM) dalam fasilitas industri, yaitu: pembumian yang tepat, attenuasi emisi pada sumber, perlindungan peralatan sensitif, dan penangkapan dan pengembalian emisi ke sumber. 5.7.1

Pembumian yang Tepat

Pengalaman penggunaan kawat-kawat keluaran fase tanpa pelindung dalam suatu pelapis kabel dari ASD ke motor dapat menimbulkan common-mode noise di dalam sistem. Penggunaan suatu kabel daya terlindung-lapisan dari suatu penggerak ke motor akan memberikan jalur bagi common-mode noise untuk kembali ke sumber. Gambar 5.8 mengilustrasikan konsep ini.

Gambar 5.8 Penggunaan kabel terlindung lapisan untuk mengurangi Electromagnetic Interference. Pelindung sinyal dapat mengurangi sentuhan dengan eksternal tetapi mungkin menyebabkan terjadinya IEM jika pelindung tersebut terhubung ke potensial pembumian yang banyak noise. Standar penerapannya adalah membumikan pelindung di sisi sumber kabel. Jika penerapan standar tidak menghilangkan IEM, maka akan menjadi perlu untuk melakukan tindakan lain untuk mengatasi masalah, termasuk pembumian pada kedua ujungnya, pembumian di ujung yang lain, atau tidak sama sekali. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

79


5.7.2

Attenuasi Emisi Pada Sumber

Cara terbaik untuk menghilangkan emisi sistem adalah dengan meredam emisi pada sumber. Penggunaan Common-Mode Choke (CMC) adalah salah satu cara untuk mencapai hal tersebut. CMC adalah sebuah induktor dengan konduktor fasa A, B, dan C digulung dalam arah yang sama melalui sebuah inti magnetik biasa. Ini memberikan impedansi tinggi dan induktansi tinggi ke setiap emisi arus kapasitif line to ground. Tidak seperti line reactor atau induktor, CMC tidak mempengaruhi rangkaian salura daya. Perangkat ini tersedia dari vendor drive (alat kontrol/kendali). Gambar 5.9 menampilkan sebuah contoh penggunaan CMC.

Gambar 5.9 Penggunaan sebuah Common-Mode Choke.

5.7.3

Pelindung Peralatan Sensitif

Jalur emisi dapat dialihkan dari peralatan yang sensitif. Contoh praktisnya adalah memisahkan kabel kontrol dan kabel sinyal dari kabel tegangan tinggi. Akan lebih baik jika konduktor-konduktor daya termasuk kawat pembumian ditempatkan dalam sebuah saluran. Saluran harus terikat ke panel ASD dan kotak penghubung motor, dan kawat pembumian harus dihubungkan ke rel pembumian panel dan tiang pembumian motor. Kawat pembumian dan salurannya akan menyerap sebagian besar kebisingan kapasitif dan mengembalikannya kembali ke sumber emisi. Penerapan lain adalah memisahkan kabel kontrol dan kabel sinyal dari kabel daya dalam tray kabel. Praktek penempatan penutup pada tray kabel sinyal akan lebih lanjut dapat mengurangi kebisingan yang tergabung ke kabel sinyal dari kabel daya (Gambar 5.10).

80



Gambar 5.10 IEM-shield sleeving. Sumber : www.directindustry.com

5.7.4

Penangkapan dan Pengembalian Emisi Ke Sumber

Cara lain untuk mengurangi EMI adalah menangkap emisi dan mengembalikan emisi tersebut ke sumber. Ini bisa dicapai dengan filter IEM. Gambar 5.11 menunjukkan penggunaan filter IEM. Pada gambar tersebut dijelaskan bahwa arus CM (I ao ) akan terkumpul pada konduktor-konduktor pembumian dan kembali ke penggerak melalui filter IEM. Filter berisi suatu induktansi inti besar dan induktor fase individu yang membatasi frekuensi-tinggi, arus balik pembumian ke tingkat rendah dalam suplai AC utama. Filter ini juga berisi kapasitor line to ground untuk merubah rute sebagian besar emisi pembumian frekuensi tinggi kembali ke terminal masukan penggerak AC.

Gambar 5.11 Aplikasi Filter IEM


81


DAFTAR PUSTAKA 1. IEEE Std 1159-1995, “IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., NY, USA, 1995. 2. IEEE Std 1100-1999 (Emerald Book), “IEEE Recommended Practice For Powering & Grounding Electronic Equipment”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., NY, USA, 1999. 3. Power Quality Solutions for Industrial Customers, California Energy Commission: 2000. 4. Power Quality: Customer Financial Impact/Risk Assessment Tool; BC Hydro Power Smart; Vancouver, BC; March 2005. 5. IEC publications are available from IEC Sales Department, Case Postale 131, 3, rue de Varemb., CH-1211, Genve 20, Switzerland Suisse 6. IEC publications are also available in the United States from the Sales Department, American National Standards Institute,West 42nd Street, 13th Floor, New York, NY 10036, USA 7. IEEE publications are available from the Institute of Electrical and Electronics Engineers, 445 Hoes Lane, P.O. Box 1331, Piscataway,NJ 08855-1331, USA 8. IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby Power Systems for Industrial and Commercial Applications [IEEE Orange Book]; IEEE Std 446-1995; IEEE, Inc. ; New York, 1996.

82



APPENDIX Appendix A.

Daftar Istilah Kualitas Daya

Ketelitian: Kebebasan dari kesalahan pengukuran. Secara umum dinyatakan sebagai persentase ketidaktepatan. Ketelitian peralatan ukur dinyatakan dalam kaitannya dengan ketidakpastian derajat penyimpangan dari satu nilai. Suatu peralatan ukur dengan suatu ketidakpastian 0.1% adalah 99.9% yang akurat. Pada tingkat ketelitian yang lebih tinggi, ketidakpastian secara tipikal dinyatakan dalam bagian-bagian setiap juta (ppm) atau dalam persentase. Rasio ketelitian: Perbandingan kesalahan peralatan ukur yang dapat ditolerir kepada ketidakpastian dari standar yang digunakan untuk mengkalibrasinya. Kalibrasi: Proses yang digunakan untuk memverifikasi integritas satu pengukuran. Proses tersebut membandingkan alat ukur dengan standar terdefinisi dengan baik dari ketelitian yang lebih besar (calibrator) untuk mendeteksi variasi apapun dari parameter kinerja yang ditentukan, dan membuat kompensasi yang diperlukan. Hasilnya kemudian direkam dan disimpan untuk menetapkan integritas dari peralatan ukur yang dikalibrasi. Tegangan gaya: Sebuah tegangan yang nyata antara kawat penghantar (kondukktor) dan pembumian. Gangguan tegangan yang nyata sama serta pada tahap dari setiap konduktor mengalirkan arus kebumi. Daya komersial: daya listrik yang disediakan oleh perusahaan utilitas daya listrik. Kopling: Elemen rangkaian atau unsur-unsur, atau jaringan, yang ditimbang secara umum kepada masukan dan keluaran mesh melalui energi yang ditransfer dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya. Transformator arus (CT): Suatu instrument trafo yang mempunyai lilitan primer dihubungkan secara seri dengan konduktor untuk diukur atau dikontrol dip :Lihat: sag. Hilang-data (drop-out): Hilangnya operasi peralatan ukur (sinyal data terpisah) sehubungan adanya noise, sag, atau interupsi (pemutusan). Tegangan hilang (dropout voltage): Tegangan di mana satu gawai gagal beroperasi. Kompatibilitas elektromagnetik: Kemampuan gawai, peralatan ukur, atau sistem untuk berfungsi secara memuaskan di dalam lingkungan elektromagnetik tanpa memperhatikan gangguan elektromagnetik yang tidak bisa ditolerir terhadap lingkungan. Gangguan elektromagnetik: Fenomena elektromagnetik yang dapat menurunkan kinerja satu gawai, peralatan, atau sistem, atau dengan mempengaruhi kerja peralatan/sistem yang kurang baik atau tanpa daya. Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT

83


Lingkungan elektromagnetik: Keseluruhan fenomena elektromagnetik yang sudah ada pada satu lokasi. Kepekaan elektromagnetik: Ketidakmampuan suatu gawai, peralatan, atau sistem untuk bekerja tanpa adanya degradasi gangguan elektromagnetik yang dihadapinya. Catatan: kepekaan adalah kurangnya kekebalan. Peralatan dengan konduktornya dibumikan: Konduktor digunakan untuk menghubungkan bagian-bagian yang tidak bertegangan, saluran, raceways, dan peralatan ke penghantar bumi (netral) dan membumikan elektroda pada peralatan layanan (panel utama) atau kedua sistem secara terpisah (misalnya trafo pemisah). mode kegagalan: Efek kegagalan diobservasikan Fliker: Kondisi keadaan tidak pasti dari sensasi visual yang diinduksikan oleh stimulus cahaya melalui luminansi atau fluktuasi distribusi spektral dengan waktu. Penyimpangan frekuensi: Satu peningkatan atau penurunan frekuensi daya. Durasi penyimpangan frekuensi dapat berasal dari beberapa siklus dalam beberapa jam. Fundamental (komponen): Komponen dari orde satu (50 atau 60 Hz) dari jumlah periodik deret Fourier. Pembumian: Sambungan konduktor yang disengaja atau tidak melalui satu rangkaian atau bagian peralatan yang dihubungkan ke bumi, atau ke beberapa rangka. Catatan: Pembumian ini digunakan untuk menentukan dan menjaga potensial bumi atau potensial terhadap konduktor yang terhubung dan mengalirkan arus tanah ke dan dari bumi. Pembumian loop: Suatu sistem pembumian radial dengan jalur bagian yang mengalirkan antara dua badan yang telah terhubung ke bumi. Harmonisa (komponen): Sebuah komponen yang ordernya lebih besar dari kuantitas periodik Deret Fourier. Frekuensi gelombang dengan kelipatan dari frekuensi dasarnya. Isi harmonis: Kuantitas diperoleh dengan cara mengurangi komponen dasar dari satu kuantitas alternating. Imunitas: Kemampuan satu gawai, peralatan, atau sistem untuk beroperasi tanpa adanya degradasi terhadap gangguan elektromagnetik Impuls: Sebuah pulsa, untuk satu aplikasi yang diberikan untuk mendekati satu unit pulsa. Ketika digunakan dalam monitoring kualitas daya, istilah impulsif transien sebagai pengganti impuls.

84



Impulsif transien: Sebuah perubahan frekuensi nonpower yang seketika dalam kondisi posisi ajek dari tegangan atau arus yang searah terhadap polaritas (terutama salah satu kutub, baik positif atau negatif). Seketika: julat waktu dari siklus 0.5 dari frekuensi daya ketika digunakan untuk mengukur durasi dari variasi jangka waktu singkat sebagai sebuah modifier. Interharmonic (komponen): komponen frekuensi dari satu kuantitas periodik yang bukan satu bilangan bulat berbagai frekuensi yang mana sistem suplai yang didesain untuk beroperasi (misalnya, 50 Hz atau 60 Hz). Gangguan sesaat: jenis variasi gangguan waktu singkat. Rugi tegangan (< 0.1 pu) di atas satu atau lebih fasa konduktor dalam perioda waktu antara 0.5 siklus dan 3 detik Gangguan (sistem tenaga listrik): Gangguan yang tidak digolongkan sebagai gangguan sesaat. Gangguan sementara (monitoring kualitas daya): Jenis variasi gangguan waktu singkat. Rugi tegangan (< 0.1 pu) terhadap satu atau lebih fasa konduktor untuk sementara waktu perioda antara 3 detik dan 1 menit. Pembumian terisolasi: Konduktor yang dibumikan terhadap peralatan yang dibatasi dengan saluran yang sama atau raceway sebagai konduktor suplai. Konduktor ini mungkin saja dibatasi dari bahan metalik raceway dan semua titik pembumian. Itu berasal dari kotak kontak atau peralatan terisolasi yang dapat dimasukan blok terminal dan mengakhiri di titik netral serta pembumian dibatasi oleh sumber daya. Isolasi: Pemisahan satu bagian sistem dari pengaruh yang tidak diinginkan bagian lain Variasi tegangan jangka waktu lama: Lihat: variasi tegangan, janga waktu lama. Momentari-sesaat (monitoring kualitas daya): Rentang waktu pada frekuensi daya dari 30 siklus sampai 3 detik ketika digunakan untuk mengukur variasi jangka waktu singkat sebagai sebuah modifier. Gangguan sesaat: Lihat:gangguan, sesaat. Noise: Sinyal listrik yang tidak dikehendaki menghasilkan efek yang tidak diinginkan dalam rangkaian sistem kontrol. (Dalam panduan ini, sistem kontrol ditujukan untuk mencakup alat-alat elektronika sensitif secara keseluruhan atau sebagian) Tegangan nominal (Vn): Sebuah nilai nominal yang diberikan kepada rangkaian atau sistem dengan maksud untuk menjelaskan kelas tegangan. Beban nonlinier: Beban listrik ajek yang menggambarkan arus terputus (discontinuously) atau impedansi bervariasi di dalam siklus input bentuk gelombang tegangan bolak-balik.


85


Tegangan mode normal: Tegangan yang tampak antara konduktor rangkaian aktif, tetapi tidak antara konduktor pembumian dan konduktor rangkaian aktif. Notch: Mengeluarkan gangguan dari bentuk gelombang tegangan daya normal, kurang dari 0.5 siklus, yang pada awalnya dari polaritas kebalikan dibandingkan bentuk gelombang dan begitu dikurangi dari bentuk gelombang normal dalam kaitan dengan nilai puncak tegangan gangguan. Hal ini meliputi rugi tegangan sampai dengan 0.5 siklus. Transien ber-osilasi: Perubahan frekuensi nonpower seketika dalam kondisi ajek dari tegangan atau arus meliputi kedua nilai polaritas positif atau negatif. Tegangan lebih: Ketika digunakan untuk menggambarkan satu jenis variasi durasi yang lama, mengacu pada satu tegangan yang diukur mempunyai satu nilai lebih besar dari tegangan nominal untuk satu perioda waktu tertentu lebih besar dari 1 menit. Nilai tipikal adalah 1.1-1.2 pu. Pergeseran fasa: Pergeseran dalam waktu dari satu bentuk gelombang relatif ke yang lain dari frekuensi yang sama dan content harmonis Trafo potensial (PT): Trafo instrumen yang mempunyai lilitan primer dihubungkan secara paralel dengan satu rangkaian supply daya, tegangan yang akan diukur atau dikendalikan. Gangguan daya: Penyimpangan dari nilai nominal (atau dari beberapa ambang batas dipilih berbasis pada toleransi beban) dari input karakteristik daya bolak balik. Kualitas daya: Konsep daya dan pembumian terhadap peralatan yang sensitif dalam satu cara yang dioperasikan pada peralatan tersebut. Presisi: Kebebasan dari kesalahan acak. Pulsa: Suatu variasi terjal yang terjadi secara mendadak dalam jangka waktu singkat baik yang diakibatkan oleh listrik maupun oleh kuantitas fisik diikuti dengan cepat kembali ke nilai awal. Kesalahan acak: Kesalahan tidak berulang, misalnya, noise atau sesuatu yang dapat berubah karena faktor lingkungan yang berubah. Catatan: Untuk beberapa alat ukur, kesalahan acak biasanya lebih kecil dibandingkan dengan toleransi alat ukur. Sag: Suatu kejadian adanya pengurangan antara 0.1 - 0.9 pu pada frekuensi tegangan rata-rata atau arus rata-rata untuk jangka waktu 0.5 siklus hingga 1 menit. Umumnya nilainya antara 0.1 - 0.9 pu. Catatan: Untuk memberikan gambaran nilai numerik dari sag, maka ini berarti bahwa tegangan menurun sekitar 20% dari tegangan normalnya.

86



Shield: Bahan pelindung yang terbuat dari metal biasanya digunakan pada kabel instrumen yang terdapat di luar isolasi dari penghantar tersebut. Tujuannya adalah untuk melindung terjadinya gesekan kabel tersebut dan agar tidak timbul elektrostatik serta untuk mengurangi pengaruh adanya interferensi elektromagnetik Shielding: Digunakan untuk melindungi penghantar atau ferromagnetik antara sumber yang berpotensi menimbulkan gangguan dengan rangkaian yang sensitif. Pelindung digunakan untuk memproteksi kabel data dan kabel daya dan rangkaian elektronik. Bentuknya bisa berupa metal yang berbentuk batangan, selubung, atau pembungkus disekitar rangkaian sumber atau rangkaian penerima. Variasi tegangan waktu singkat: Lihat: variasi tegangan, waktu singkat. Slew rate: Tingkat perubahan tegangan bolak-balik, yang dinyatakan dalam volt per detik satu kuantitas seperti volt, frekuensi, atau temperatur Sustained: Digunakan sebagai jumlah untuk mengukur jangka waktu satu gangguan tegangan, mengacu pada variasi waktu jangka waktu lama (misalnya lebih besar dari 1 menit). Swell: Adanya peningkatan tegangan atau arus rata-rata pada frekuensi daya dalam jangka waktu dari 0.5 siklus - 1 menit. Bisanya nilai berada antara 1,1 - 1.8 pu. Kesalahan Sistemik (Systemic error): Merupakan gangguan yang terjadi secara berulang, misalnya gangguan nol, gangguan skala, dan gangguan linearitas. Pemutusan sementara: lihat interupsi pemutusan Toleransi: Variasi yang dapat diijinkan dari nilai nominal. Total harmonic distortion disturbance level: Tingkat karena adanya gangguan elektromagnetik yang merupakan gabungan dari beberapa gangguan dalam suatu sistem. Perbandingan antara gangguan harmonis rata-rata terhadap nilai kuantitas fundamental, yang dinyatakan dalam persen fundamental. Traceability: Kemampuan untuk membandingkan peralatan ukur kalibrasi tehadap standar ketelitian lebih tinggi. Standar tersebut dibandingkan dengan standar lainnya, bahkan dapat dibandingkan suatu standar nasional laboratorium. Transien: Menyinggung atau menjelaskan peristiwa atau jumlah bervariasi antara dua kondisi ajek berurutan selama satu interval waktu yang singkat dibandingkan dengan skala waktu. Transien mungkin berupa satu impuls atau beberapa impuls yang merupakan gelombang ber-osilasi. Undervoltage: Tegangan terukur yang mempunyai satu nilai kurang dari tegangan nominal untuk satu periode waktu tertentu lebih besar dari 1 menit, bila mengacu kepada nilai jangka waktu variasi tegangan. Nilainya berada antara 0.8 - 0.9 pu.


87


Perubahan tegangan: Adanya variasi tegangan rata-rata atau tegangan puncak antara yang terjadi secara berurutan yang waktu durasinya tidak ditentukan. Voltage dip: Lihat: sag. Distorsi (penyimpangan) tegangan: Banyaknya penyimpangan terhadap bentuk gelombang sinus nominal pada tegangan bolak-balik. Fluktuasi tegangan: Suatu rangkaian perubahan tegangan atau adanya variasi siklus tegangan. Ketidakseimbangan tegangan sistem fasa banyak: Deviasi maksimum antara tegangan fasa tiga tehadap tegangan rata-rata fasa tiga. Perbandingan komponen urutan negatif atau komponen urutan nol terhadap komponen urutan positif, biasanya dinyatakan dalam persen. Putus tegangan (voltage interruption): Hilangnya suplai tegangan sistem satu fasa atau lebih. Biasanya diindikasikan dengan adanya gangguan lain yang biasa, misalnya sesaat, sementara, atau pun terus menerus. Pengaturan tegangan: Tingkat pengaturan atau stabilitas tegangan rata-rata pada beban. Kadangkala dikaitkan dengan parameter lain, seperti perubahan tegangan masuk, perubahan beban, atau perubahan temperatur. Penyimpangan tegangan berdurasi lama: Adanya variasi nilai tegangan rata-rata dari tegangan nominal dalam waktu lebih besar dari 1 menit. Penggambaran mengenai variasi tegangan waktu lama (misalnya tegangan kurang, tegangan lebih, atau pemutusan tegangan). Penyimpangan tegangan berdurasi singkat: Adanya variasi nilai tegangan rata-rata dari tegangan nominal dalam waktu singkat dimana waktunya lebih dari 0,5 siklus tetapi kurang atau sama dengan 1 menit. Biasanya variasi tegangan yang termasuk waktu singkat digambarkan sebagai bentuk gangguan seperti swell, sag ataupun pemutusan yang waktunya bisa seketika, sesaat ataupun sementara. Penyimpangan bentuk gelombang: Sebuah penyimpangan yang terjadi pada suatu gelombang sinus ideal dalam keadaan ajek pada frekuensi daya yang ditandai oleh penyimpangan spektral.

88



ISTILAH DAN SINGKATAN A Ac ASD CRT CT CVT Dc DMM DVM EFT EMC Emf EMF EMI ESD Hz LC MOV MCOV MTBF NEMP PC PLC PT RAM RFI Rms RVM SCR SPD THD TVSS NAIK V VOM

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :

amper arus bolak balik kecepatan yang dapat diatur tabung sinar katoda transformator arus trafo tegangan tetap arus searah multimeter digital voltmeter digital listrik transien kompatibilitas elektromagnetik daya elektromotif medan elektromagnetik interferensi elektromagnetik pelepasan muatan elektrostatik hertz; siklus per detik kapasitor-induktor oksida-logam varistor maksimum tegangan operasi yang kontinyu gangguan antar waktu rata-rata pulsa elektromagnetik nuklir komputer pribadi pengontrol logika dapat diprogram trafo tegangan Random-Access Memory interferensi frekuensi radio root-mean-square (nilai efektif) voltmeter penyearah-pengontrol silikon gawai pelindung surja total distorsi harmonisa surja tegangan transien sumber daya tak terputus volts volt-ohm meter


89

Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri

Recommend Documents