5 Solusi Masalah Kualitas Daya
5.1 Solusi Voltage Sag
5.1.1 Solusi Sirkit Kontrol
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 motor-motor besar, pengecoran logam, pengelasan dan masuknya beban besar secara tiba-tiba. 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.
66 Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT 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.
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.
AC Input
Battery
Charger Inverter
Static Switch
Manual Bypass Switch
Alternative Source
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT 67 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.
68 Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT 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.
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
Rectifier
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT 69 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 beban-beban yang sangat kritis yang tidak boleh sama sekali ada pemutusan daya, maka biasanya digunakan konfigurasi terakhir, walaupun agak sedikit mahal dibanding dengan yang lainnya.