Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Tiga Fasa terhadap Hasil Pengukuran Franky
Dr. Ir. Rudy Setiabudy
Departemen Elektro FTUI Depok
Departemen Elektro FTUI Depok
Abstrak-Terdapat ketidaksamaan hasil pengukuran dengan menggunakan kWh-meter satu fasa dan kWh-meter tiga fasa. Hal ini disebabkan oleh perubahan beban yang ada yang menyebabkan ketidakseimbangan beban. Ketidakseimbangan beban ini berpengaruh terhadap hasil pengukuran dengan menggunakan kedua jenis alat. Kata kunci-Ketidakseimbangan beban, kWh-meter
a. I. Pendahuluan Dalam suatu sistem tenaga listrik, faktor beban menjadi faktor yang paling variatif. Beban yang digunakan dapat sewaktu-waktu berubah, baik besar, sudut fasor mapun jenis beban tersebut. dengan demikian menyebabkan timbulnya ketidakseimbangan beban. Dalam aplikasi beban kepada konsumen listrik, digunakan alat ukur energi listrik berupa kWh-meter. KWhmeter yang secara umum dikenal adalah kWh-meter satu fasa dan kWh-meter tiga fasa. Hasil pengukuran dengan kedua jenis kWh-meter ini tidak selalu sama. Perbedaan hasil pengukuran ini dapat menyebabkan ketidakakuratan b.
dalam jual-beli listrik. Gambar 1
II. Perencanaan
Rangkaian percobaan
Dari rangkaian tersebut, dipasang dua buah kWh-meter
Untuk mengetahui pengaruh ketidakseimbangan beban
untuk masing-masing fasanya yaitu kWh-meter satu fasa
tiga fasa terhadap hasil pengukuran kWh-meter secara
dan kWh-meter tiga fasa. Rangkaian tersebut merupakan
khusus, dilakukan pengujian. Rangkaian uji tersebut
rangkaian sumber listrik arus bolak-balik tiga fasa dengan
menggunakan komponen alat ukur energi berupa kWh-
beban tiga fasa. Beban yang digunakan adalah beban
meter seperti ditunjukkan pada gambar berikut :
resistif, beban induktif dan beban campuran.
1-4244-0983-7/07/$25.00 ©2007 IEEE
ICICS 2007
Sebelum melakukan pengujian, alat-alat ukur kWh-
Beban Resistif 1 Jumlah 1fasa
meter disamakan hasil pengukurannya terlebih dahulu dengan membebani dengan beban yang sama selama kurun
3fasa
1.6
Jenis kWh-meter yang digunakan adalah kWh-meter analog untuk satu fasa (tiga buah untuk ketiga fasanya) dan tiga fasa (sebuah). KWh-meter analog ini menggunakan
Pengukuran kWh-meter
1.4
waktu beberapa saat.
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
10
20
yang
dipakai
menggunakan
40
50
60
70
80
90
100
% ketidakseimbangan
piringan yang berputar dengan elektroinduksi. Rangkaian
30
Gambar 2
Beban resistif 1
sumber
tegangan tiga fasa di laboratorium Tegangan Tinggi dan Beban Resistif 2
Pengukuran Listrik Universitas Indonesia. Tegangan yang
Jumlah 1fasa
Pengujian dilakukan dengan menjalankan beban selama selang waktu tertentu (30 menit atau 60 menit), kemudian didapat energi terpakai oleh beban tersebut selama beberapa
Pengukuran kWh-meter
didapat berkisar 206-215 Volt.
waktu.
3fasa
3 2 1 0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Beban divariasikan dari keadaan seimbang (masing-
% ketidakseimbangan
masing fasa diberi beban 1.045Watt kemudian dengan
Gambar 3
mempertahankan beban salah satu fasa, beban pada satu
Beban resistif 2
atau dua buah fasa lainnya diturunkan (divariasikan) sampai salah satu atau dua buah fasa terlepas sehingga terdapat Beban Induktif
hanya beban satu fasa pada rangkaian tiga fasa tersebut.
Jumlah 1fasa
Pengukuran kWh-meter
Hasil yang didapat dibandingkan dengan nilai ketidakseimbangan beban tiga fasanya. Nilai ketidakseimbangan ini dihitung dengan membandingkan selisih terbesar dari daya
3fasa
0.12 0.09 0.06 0.03 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0
beban antara dua buah fasa. Ketidakseimbangan ditentukan berdasarkan selisih beban antar fasa yang terbesar. Nilai
% ketidakseimbangan
ketidakseimbangan berkisar dari angka 0% sampai 100%.
Gambar 4
Beban induktif
Ketidakseimbangan sebesar 0% jika seluruh beban sama nilainya, sedangkan ketidakseimbangan 100% jika ada salah satu atau dua fasa yang tidak berbeban dan fasa yang lain Beban Campuran
memiliki suatu nilai.
Hasil pengujianrangkaian tersebut sebagai berikut dalam bentuk grafik :
Pengukuran kWh-meter
III. Hasil pengujian dan analisisnya
Jumlah 1fasa
3fasa
1.5 1 0.5 0 0
10
20
30
40
% ketidakseimbangan
Gambar 5
Beban campuran
50
30% − 21% × (3,62% − 1,71%) + 1,71%% 42% − 21% 9% = × (1,91%) + 1,71% 21% = 0,82% + 1,71% = 2,53%
Dari hasil pengukuran di atas terlihat bahwa pada beban seimbang, hasil pengukuran dengan menggunakan kWhmeter satu fasa lebih besar dari hasil pengukuran dengan menggunakan kWh-meter tiga fasa. Ketika keadaan beban tidak seimbang, hasil pengukuran dengan kWh-meter tiga fasa
bergerak
meningkat
ketidakseimbangan
sampai
dimana
hasil
masuk
jangkauan
pengukuran
dengan
menggunakan kWh-meter tiga fasa menjadi lebih besar dari
Pada grafik beban resistif 2, titik ketidakseimbangan 30% terletak diantara data ketiga dan data keempat. Data ketiga (11%) memiliki selisih sebesar :
2,596 − 2, 490 0,106 = = 0,0408 = 4,08% 2,596 2.596
hasil pengukuran dengan menggunakan kWh-meter satu fasa. Terdapat titik dimana
hasil pengukuran dengan
pada data keempat (42%) memiliki selisih sebesar : 2, 275 − 2, 210 0, 065 = = 0, 0286 = 2,86% 2, 275 2, 275
menggunakan kedua jenis kWh-meter sama besar, yaitu pada ketidakseimbangan rata-rata :
sedangkan pada titik ketidakseimbangan 30% :
40% + (2 × 70%) + 32% x= 1+ 2 +1 40% + 140% + 32% = 4 212% = 4 =53%
30% − 11% × (2,86% − 4,08%) + 4,08% 42% − 11% 19% = × ( −1, 22%) + 4,08% 31% = −0,75% + 4,08% = 3,33%
Untuk pemakaian listrik sehari-hari dengan pf berkisar
Pada grafik beban induktif, titik ketidakseimbangan 30%
0,6 - 0,8 (nilai tengah 0,7 yang berarti ketidakseimbangan
terletak diantara data keempat dan data kelima. Data
30%), hasil pengukuran dengan menggunakan kWh-meter
keempat (21%) memiliki selisih sebesar :
satu
fasa
lebih
besar
daripada
hasil
pengukuran
menggunakan kWh-meter tiga fasa. Pada grafik beban
1, 293 − 1, 250 0,043 = = 0,0333 = 3,33% 1, 293 1, 293
resistif 1, titik ketidakseimbangan 30% terletak diantara data
pada data kelima (32%) memiliki selisih sebesar : 1,160 − 1,160 = 0% 1,160
ketujuh dan data kedelapan. Data ketujuh (21%) memiliki selisih nilai sebesar :
1, 231 − 1, 210 0, 021 = = 0, 0171 = 1, 71% 1, 231 1, 231
sedangkan pada titik ketidakseimbangan 30% :
32% − 30% 2% × 3,33% = × 3,33% = 0, 61% 32% − 21% 11%
pada data kedelapan (42%) memiliki selisih nilai sebesar :
1,110 − 1,106 0,04 = = 0,0362 = 3, 62% 1,106 1,106 sedangkan titik ketidakseimbangan 30% :
Sehingga rata-rata ketiga tabel dengan memberi bobot 2x untuk data pada grafik beban resistif 2 (karena durasi pengujian dua kali durasi pengujian data pada tabel lain) adalah :
Bila yang dipasang adalah kWh-meter tiga fasa, maka THD
2,53% + (2 × 3,33%) + 0,61% 1+ 2 +1 2,53% + 6,66% + 0, 61% = 4 9,80% = 4 = 2, 45%
menjadi 5,20%, sedangkan bila dipasang baik kWh-meter tiga fasa dan kWh-meter satu fasa, THD menjadi 4,67%. Dari data tersebut terlihat bahwa alat ukur kWh-meter itu sendiri berpengaruh terhadap THD. Terlihat juga bahwa peningkatan THD ketika dipasang kWh-meter tiga fasa hasil
lebih besar daripada ketika dipasang kWh-meter satu fasa
pengukuran dengan kWh-meter tiga fasa lebih besar dari
yang menunjukkan bahwa kWh-meter tiga fasa lebih
hasil pengukuran dengan kWh-meter satu fasa mulai dari
berpengaruh terhadap THD daripada kWh-meter satu fasa.
keadaan beban seimbang dan beban tidak seimbang dengan
Harmonik ini dapat menimbulkan tambahan torsi pada
salah satu atau dua fasa dilepaskan.
kWh-meter
Pada
rangkaian
dengan
beban
induktif,
jenis
elektrodinamis
yang
menggunakan
Untuk mengetahui apakah posisi penempatan kedua
piringan induksi berputar. Sebagai akibatnya, putaran
kWh-meter berpengaruh. Dilakukan percobaan pembanding
piringan akan lebih cepat atau terjadi kesalahan ukur kWh-
dengan mengubah posisi kWh-meter satu fasa dengan kWh-
meter karena piringan induksi tersebut dirancang hanya
meter tiga fasa. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai
untuk beroperasi pada frekuensi dasar [1]. Maka, pada
yang didapat mengalami perubahan.
ketidakseimbangan besar dan beban non linier (induktif)
Pada rangkaian pengujian gambar 1 terlihat bahwa
dimana
THD
menjadi
lebih
berpengaruh
karena
kWh-meter tiga fasa ditempatkan pada jalur rangkaian yang
ketidakseimbangan tersebut, hasil pengukuran kWh-meter
lebih dekat dengan sumber arus listrik dibandingkan kWh-
tiga fasa menjadi lebih besar dari hasil pengukuran dengan
meter satu fasa yang diletakkan setelahnya. Posisi demikian
kWh-meter satu fasa.
membuat adanya jatuh tegangan pada kWh-meter tiga fasa yang mempengaruhi hasil pengukuran pada kWh-meter satu IV. Kesimpulan
fasa menjadi berkurang. Untuk itu dilakukan percobaan dengan posisi kWh-meter satu fasa lebih dekat dengan sumber tegangan.
-
meter satu fasa dan kWh-meter tiga fasa pada
Dari percobaan selama satu jam dengan beban resistif
pembebanan yang tak seimbang hingga mencapai
seimbang didapatkan hasil pengukuran kWh-meter satu fasa
4,08% dimana hasil pengukuran dengan kWh-
masing-masing sebesar 0,972 kWh ; 0,989 kWh dan 0,978
meter satu fasa lebih besar dari hasil pengukuran
kWh yang berarti jumlah hasil pengukuran dengan kWh-
dengan
meter satu fasa sebesar 2,939 kWh. Sedangkan hasil
pengukuran
kWh-meter,
dilakukan
pengukuran
THD
terhadap rangkaian. Pada sumber tiga fasa yang digunakan dengan keadaan tanpa beban, didapat nilai THD sebesar 3,24%. Ketiga dipasang alat ukur kWh-meter satu fasa pada masing-masing fasanya, THD meningkat menjadi 4,51%.
kWh-meter
tiga
fasa
pada
ketidakseimbangan 11% sampai 42%.
pengukuran dengan kWh-meter tiga fasa sebesar 2,92 kWh.
Untuk melihat pengaruh harmonik terhadap hasil
Terdapat perbedaan hasil pengukuran antara kWh-
-
Penggunaan beban induktif akan membuat hasil pengukuran menggunakan kWh-meter satu fasa lebih
rendah
menggunakan
daripada kWh-meter
hasil tiga
pengukuran fasa
dengan
persentase selisih maksimum sebesar 35,1%.
Daftar Pustaka [1] Forysthe, “Pengaruh Harmonik pada Transformator Distribusi yang dapat Mempengaruhi Kerja kWhmeter”, http://gomindo.wordpress.com/2008/05/05/pengaru h-harmonik-pada-transformator-distribusi-yangdapat-memepengaruhi-kerja-kwh-meter/, 16.07.2008 [2]
Chapman, Stephen J.. Electric Machinery and Power System Fundamentals International edition. Mc Graw Hill. 2002
[3]
Welldy. Skripsi: “Pengurangan Arus Harmonik Kabel Netral di Sisi Catu Sistem Distribusi Tiga Fasa 4 Kawat menggunakan Transformasi ZigZag”, Departemen Elektro Universitas Indonesia. 2006
[4]
Setiabudy, Rudy. Pengukuran Besaran Listrik. LPFEUI. 2007
