Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Panas Pada Belitantransformator Distribusi

(1)

ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP PANAS PADA BELITAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

(2)

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik

maupun elektronika. Rugi-rugi dalam transformator adalah suatu fakta yang tidak

bisa dihindari karena adanya arus. Dengan adanya harmonisa maka arus akan

semakin besar yang menyebabkan rugi-rugi semakin besar sehingga panas pada

transformator meningkat secara signifikan yang bisa melebihi batas tertinggi

temperature kerjanya. Bila hal ini dibiarkan bisa menyebabkan kerusakan pada

transformator. Maka perlu dianalisis pengaruh harmonisa terhadap kenaikan suhu

yang menyebabkan panas pada transformator.

Tugas akhir ini akan menganalisis pengaruh harmonisa terhadap panas

pada belitan transformator distribusi. Dari hasil pengukuran didapat arus puncak

harmonisa paling besar terdapat pada trafo 2 phasa T pukul 19:27 yaitu sebesar

28% sehingga kenaikan suhunyapun yang terbesar diantara ketiga trafo yaitu

(3)

ii

Puji syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Pengasih atas

segala berkat dan karunianya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga

penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk

menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga

banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak.

Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. Bapak Ir. Panusur S.M.L. Tobing, selaku Dosen Pembimbing Tugas

Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk

memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis

selama penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. M. Natsir Amin, M.M, selaku Dosen Wali penulis.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen

Teknik Elektro FT.USU serta Bapak Rahmat Fauzi,ST,MT selaku

Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberi

motivasi selama penulis menjalani kuliah.

(4)

4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf dan pegawai PT. PLN cabang Medan yang telah

memberikan fasilitas data demi lancarnya Tugas Akhir ini.

7. Teman-teman seperjuangan yang telah banyak menolong khususnya

Leonardo Siregar, Rolly Sinaga, Lamhot Abdi Simanjuntak, Yoakim

Simamora, Aser Singarimbun, Francisco dan teman-teman seluruhnya

yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kebaikan Tugas

Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan

pembaca.

Medan, November 2013

Penulis

(5)

iv

!"# !$% &%

' () * +' ,...i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR GAMBAR ...vi

DAFTAR TABEL...vii

BAB I.PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penulisan...1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ...1

1.3 Batasan Masalah...2

1.4 Metode Penulisan ...2

1.5 Sistematika Penulisan...3

BAB II. DASAR – DASAR DISTORSI HARMONIK 2.1 Umum...5

2.2 Defenisi Harmonisa...6

2.3 Beban Linear dan Beban Nonlinear ...10

2.3.1 Beban Linear ...11

2.3.2 Beban Nonlinear...13

2.4 Sumber – Sumber Harmonisa ...16

2.5 Jenis – Jenis Harmonisa ...18

2.6 Triplen Harmonik ...20

2.7 Pengaruh Arus Harmonik pada Impedansi ...22

(6)

2.8 Distorsi Tegangan ...23

BAB III. EFEK HARMONISA PADA SISTEM DISTRIBUSI 3.1 Efek Panas Pada Transformator ...27

3.2 Rugi – rugi Termal Pada Konduktor ...29

3.3 Derating Transformator atau K-Faktor Transformator ...29

3.4 Standar Harmonisa ...31

3.5 Dampak Lain Harmonisa Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik ...33

3.6 Peralatan Pengukuran ...34

3.7 Sistem Kerja dan Rangkaian Alat Pengukuran ...39

BAB IV. ANALISA PENGARUH HARMONISA TERHADAP PANAS PADA BELITAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 4.1 Umum...43

4.2 Persamaan yang digunakan dalam perhitungan ...43

4.3 Prosedur pengambilan data ...45

4.4 Data pengukuran kandungan harmonisa ...46

(7)

vi

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan...63

5.2 Saran...64

DAFTAR PUSTAKA ...65 LAMPIRAN

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gelombang sinusoidal 60 Hz dan beberapa harmonik ....7

Gambar 2.2 Gelombang sinusoidal terdistorsi oleh harmonik ketiga, Kelima dan ketujuh...9

Gambar 2.3 Gelombang Sinus Arus dan Tegangan ...8

Gambar 2.4 Gelombang fundamental, harmonik ketiga dan hasil penjumlahannya...10

Gambar 2.5 Hubungan antara tegangan, arus, dan daya dalam rangkaian resistif murni ...12

Gambar 2.6 Hubungan antara tegangan, arus, dan daya dalam Rangkaian induktif (a) dan kapasitif (b) ...13

Gambar 2.7 Hubungan antara tegangan dan arus dalam sumber Daya nonlinear...14

Gambar 2.8 Karakteristik hysteresis transformator ...15

Gambar 2.9 Fasor fundamental ...19

Gambar 2.10Fasor harmonisa ke-5...19

(9)

viii

Gambar 2.13Proses harmonik individu mengakibatkan drop

Tegangan dalam impedansi ...23

Gambar 3.1 Hubungan transformator derating (K-faktor) dan Beban nonlinear ...31

Gambar 3.2 Nilai puncak dan nilai rms gelombang sinusoidal ...36

Gambar 3.3 Kesulitan meter konvensional membaca bentuk Bentuk gelombang terdistorsi ...37

Gambar 3.4 Tas PerangkatEMT-PORTABLE_...39

Gambar 3.5 CT-CLAMP; GPS & Pheriperal ...39

Gambar 3.6 Gambaran Sistem Pengukuran MenggunakanEMT_...40

Gambar 3.7 Rangkaian Pengukuran MenggunakanPortable EMT_....41

Gambar 4.1 Portable EMT ...₄₆

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Harmonisa Berdasarkan Orde dan Polaritas ...20

Tabel 2.2 Polaritas Dari Komponen Harmonik ...21

Tabel 2.3 Akibat Dari Polaritas Dari Komponen Harmonik ...21

Tabel 3.2 Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519 ...32

Tabel 3.3 Standar Harmonisa Arus IEEE 519 ...32

Tabel 4.1.a Data Arus Harmonisa Trafo 1 (siang) ...47

Tabel 4.1.b Data Arus Harmonisa Trafo 1 (malam) ...48

Tabel 4.5.a Pembebanan Trafo 1 ...53

(11)

x

Tabel 4.5.d Pembebanan Trafo 4 ...54

Tabel 4.6.a THD Arus Trafo 1 (siang) ...54

Tabel 4.6.b THD Arus Trafo 1 (malam)...54

Tabel 4.6.c THD Arus Trafo 2 (siang) ...55

Tabel 4.6.d THD Arus Trafo 2 (malam)...55

Tabel 4.6.e THD Arus Trafo 3 (siang) ...55

Tabel 4.6.f THD Arus Trafo 3 (malam)...55

Tabel 4.6.g THD Arus Trafo 4 (siang) ...56

Tabel 4.6.h THD Arus Trafo 4 (malam)...56

Tabel 4.7.a THD Tegangan Trafo 1 (siang) ...56

Tabel 4.7.b THD Tegangan Trafo 1 (malam) ...57

Tabel 4.7.c THD Tegangan Trafo 2 (siang) ...57

Tabel 4.7.d THD Tegangan Trafo 2 (malam) ...57

Tabel 4.7.e THD Tegangan Trafo 3 (siang) ...57

Tabel 4.7.f THD Tegangan Trafo 3 (malam) ...58

Tabel 4.7.g THD Tegangan Trafo 4 (siang) ...58

(12)

Tabel 4.7.h THD Tegangan Trafo 4 (malam) ...58

Tabel 4.8 Ringkasan Susut Daya dan Kenaikan Suhu ...61

(13)

i

ABSTRAK

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik

maupun elektronika. Rugi-rugi dalam transformator adalah suatu fakta yang tidak

bisa dihindari karena adanya arus. Dengan adanya harmonisa maka arus akan

semakin besar yang menyebabkan rugi-rugi semakin besar sehingga panas pada

transformator meningkat secara signifikan yang bisa melebihi batas tertinggi

temperature kerjanya. Bila hal ini dibiarkan bisa menyebabkan kerusakan pada

transformator. Maka perlu dianalisis pengaruh harmonisa terhadap kenaikan suhu

yang menyebabkan panas pada transformator.

Tugas akhir ini akan menganalisis pengaruh harmonisa terhadap panas

pada belitan transformator distribusi. Dari hasil pengukuran didapat arus puncak

harmonisa paling besar terdapat pada trafo 2 phasa T pukul 19:27 yaitu sebesar

28% sehingga kenaikan suhunyapun yang terbesar diantara ketiga trafo yaitu

sebesar2,90 . Ini disebabkan disekitar trafo 2 banyak beban-beban non-linear.

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Seiring perkembangan zaman khususnya teknologi informasi maka

komputer dan printer semakin banyak digunakan baik di perkantoran ataupun di

rumah. Di sisi lain, krisis energi menjadi pemicu meningkatnya penggunaan

Lampu Hemat Energi (LHE). Komputer, printer & LHE merupakan beban non

linier yang menjadi penyebab munculnya harmonisa yang dapat mengganggu

sistem distribusi listrik termasuk Trafo Tiang (TT).

Adanya harmonisa menyebabkan terjadinya peningkatansusut energiyaitu

energi “hilang” yang tidak dapat dimanfaatkan, yang secara alamiah berubah

menjadi panas.

Harmonisa juga menyebabkan terjadinya peningkatan Temperatur

konduktor kabel pada transformator, yang memaksa dilakukannya derating pada

alat-alat ini dan justruderatingini membawa kerugian (finansial) yang lebih besar

dibandingkan dengan dampak langsung yang berupa susut energi. Untuk itu perlu

dilakukan analisa untuk mengetahui seberapa besar pengaruh harmonisa pada

panas transformator dalam melayani beban [1].

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan Tugas Akhir

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui

(15)

2 meminimalisasi dampak harmonisa dan menambah wawasan para pembaca

sehingga bisa dilakukan penelitian lebih lanjut.

1.3 Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada Tugas Akhir ini,

maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini

diperbuat supaya isi dan pembahasan dari Tugas Akhir ini menjadi lebih terarah

dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada

penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Transformator yang dibahas adalah trafo tiang

2. Pembahasan analisis pengaruh harmonisa terhadap transformator difokuskan

pada panas yang timbul pada transformator tersebut.

3. Harmonisa yang dibahas adalah harmonisa tegangan dan harmonisa arus.

4. Keadaan suhu yang dibahas adalah keadaan dengan harmonisa dan tanpa

harmonisa.

5. Dalam tugas akhir ini body trafo khususnya terminal trafo mewakili

keseluruhan trafo termasuk belitan.

1.4 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini maka penulis menerapkan

beberapa metode studi diantaranya :

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik

Tugas Akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau

di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.

(16)

2. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik Tugas Akhir ini

dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik

Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi listrik, asisten

Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka

penulismenyusun sitematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat

penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR-DASARDISTORSI HARMONIK

Bab ini menjelaskan tentang defenisi harmonisa, beban linear dan

beban nonlinear, sumber-sumber harmonisa, jenis-jenis

harmonisa, triplen harmonik, pengaruh arus harmonik pada

impedansi, dan distorsi tegangan.

BAB III : EFEK HARMONISA PADA SISTEM DISTRIBUSI

Bab ini menjelaskan Tentang efek panas pada transformator,

rugi-rugi termal pada konduktor, derating transformator, standar

harmonisa, dampak lain harmonisa pada sistem distribusi tenaga

(17)

4 BAB IV : ANALISA PENGARUH HARMONISA TERHADAP PANAS

PADA BELITAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Bab ini menjelaskan tentang prosedur pengambilan data,

persamaan yang digunakan, dan analisa

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil studi.

(18)

BAB II

DASAR-DASARDISTORSI HARMONIK

2.1 Umum

Idealnya, pasokan listrikharusselalumenunjukkan

sinyaltegangansinusoidalsempurnadi setiap lokasi pengguna tenaga listrik. Akan

tetapi, peralatan sistem tenaga listrik sulit mempertahankan kondisi yang

diinginkan karena terjadi deviasi gelombang tegangan dan arus dari bentuk

sinusoidal. Hal ini disebut distorsi gelombang, sering dinyatakan distorsi

harmonik [2].

Distorsi harmonikbukanlah hal yang barudanhal itu merupakansalah

satuperhatian utama saat ini dalam sistem tenaga listrik. Distorsi

harmonikterutama disebabkan olehkejenuhantrafo, tungku

busurindustri,perangkatlain seperti lasbusurlistrik yang besar. Perhatian

utamaadalah efek yangdistorsi harmonikbisa saja padamesin listrik,

gangguantelepon danpeningkatan risikokesalahandari

kondisitegangandikembangkanpadakapasitorkoreksifaktor daya.

Meningkatnya penggunaanbebannonlinierdalam industrimembuatdistorsi

harmonikpadajaringan distribusimeningkat. Perangkatnonlinieryang

palingmungkin adalahpenggunaankonverter dayastatis yang banyak digunakan

dalam aplikasiIndutrial baja, kertas, tekstil dan sistem transportasilistrik.

Meningkatnyadistorsigelombangdalam jaringandistribusisangat

(19)

6 Impedansireaktifyang dihasilkanmembentukrangkaiandengan sistemreaktansi

induktifpada frekuensi tertentuakan bertepatandengan salah

satuharmonikkarakteristikbeban. Iniakanmemicuarusosilasibesar

danteganganyang mungkinmenekankanisolasi[2].

Untuk itu sangat diperlukanpenelitianharmonikdariperencanaan

hinggatahapdesainsistem tenaga listrikdan instalasiindustriuntuk

mengantisipasipotensi masalah denganinstalasiataupenambahanbebannonlinier.

2.2 Defenisi Harmonisa

Istilah "harmonik" berasaldaribidang akustik, di manahal tersebut terkait

dengangetarandaristring ataukolom udarapada frekuensiyang merupakan

kelipatandari frekuensidasar.Komponenharmonikdalam sistemlistrik

ACdidefinisikansebagai komponensinusoidaldarigelombang periodikyang

memilikifrekuensi sama denganbeberapa integer dari frekuensi fundamental

sistem[2].

Harmonisa padagelombang tegangan atau aruskemudian dapatdipahami

sebagaikomponensempurnasinusoidalfrekuensikelipatan darifrekuensi dasar.

= ( ) (2.1)

Dimana n adalah bilangan bulat.

Sebagai contoh, harmonikkelimaakan menghasilkankomponenharmonik :

= 5 60 = 300

Frekuensi dasarnya adalah 60 Hz.

Gambar 2.1 menunjukkan sebuah gelombang dengan frekuensi dasar 50

Hz dengan nilai puncak 100 A, yang dapat diambilsebagai salah satuper unit. Hal

(20)

inijugamenggambarkanamplitudo(1/7), (1/5), dan(1/3) per unitdan frekuensitujuh,

lima dan tigakalifrekuensi dasar, masing-masing.perilaku

inimenunjukkankomponen harmonikpenurunanamplitudosering mengikutihukum

yangterbalik denganurutanharmonikkhasdalam sistem tenaga [2].

Gambar 2.1 Gelombang sinusoidal 60 Hz dan beberepa harmonik.

Gambar 2.2 Gelombangsinosoidalterdistorsi olehharmonikketiga,kelima dan ketujuh

Gelombangini dapatdinyatakan dengan :

(2.2)

(21)

8

= (5 − ) (2.4)

= (7 − )(2.5)

Dimana adalah nilai puncak RMS dari harmonisa arus ke n.

Gambar 2.2menunjukkan bentuk gelombangharmoniksama seperti yang

diGambar 2.1ditumpangkan padafrekuensi dasar sehingga menghasilkan

gelombang arus .

Gelombangterdistorsi yang dihasilkansehinggadapat dinyatakan sebagai

Persamaan (2.6) :

= + (3 − ) + (5 − ) + (7 −

) (2.6)

Dengan cara ini,penjumlahangelombangsinusoidalsempurnadapat

menimbulkangelombangterdistorsi. Sebaliknya, bentuk gelombangterdistorsidapat

direpresentasikansebagaisuperposisigelombangfrekuensi dasardenganbentuk

gelombanglain darifrekuensi harmonikyang berbeda danjuga amplitudonya[2].

Dari penjelasan di atas kita dapat simpulkan bahwa harmonisa adalah

gangguan yang timbul akibat distorsi antara gelombang arus dan tegangan.

Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul dari pengoperasian beban

listrik yang sebagian besar diakibatkan dari beban non linear, dimana akan

terbentuk gelombang yang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari

frekuensi fundamentalnya[3].

Di Indonesia frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz, yang juga dikenal

sebagai frekuensi fundamental. Gelombang fundamental tersebut dikatakan

mengalami distorsi apabila frekuensi gelombang tersebut menjadi kelipatan

frekuensi fundamentalnya, misalnya harmonisa ke-2 maka frekuensinya menjadi

(22)

100 Hz, harmonisa ke-3 menjadi 150 Hz, dan seterusnya. Gelombang harmonisa

ini akan menumpang pada gelombang sinus murni (frekuensi fundamental)

sehingga akan terbentuk cacat gelombang (distorsi) yang merupakan hasil

penjumlahan sinus murni dengan gelombang harmonisa. Untuk mengetahui secara

jelas proses penjumlahan ini dapat dilakukan analisa deret fourier.

Gambar 2.3 Gelombang Sinus Arus dan Tergangan

Gelombang non sinusoidal dapat terbentuk dengan menjumlahkan

gelombang-gelombang sinusoidal, seperti terlihat pada Gambar2.4 [3].

(23)

10 Gambar 2.4 Gelombang Fundamental, Harmonik Ketiga dan Hasil

Penjumlahannya

2.3 Beban Linear dan Beban Nonlinear

Pada pembahasan bagian ini, maka akanjelas bahwabeban

yangmenimbulkan arus darisumber

ACsinusoidalmenghadirkangelombangsepertidariGambar 2.2tidak dapat

dipahamisebagaibebanlinier[2].

2.3.1 Beban Linear

Bebanlinieradalah dimanategangan dan arusmempunyai perbandingan

yang konstan. Hubungan inilebih dikenal sebagaihukum yangmenyatakan

bahwaarus melaluisuatu hambatan olehsumbertegangan yang bervariasiadalah

Penjumlahannya

(24)

sebanding dengantegangan danberbanding terbalik dengan hambatannya, seperti

yang dijelaskan olehOhm:

(2.7)

Dari Persamaan (2.7), gelombangtegangan dan arusdalam rangkaianlistrik

dalam bebanliniersama.Oleh karena itu, jika sumbertegangan adalah sinusoidal

sempurna, gelombang arus juga akan sinusoidaldimanatidak ada distorsi.

Jumlahpanasyang diciptakan olehbebanresistifliniersepertielemen

pemanasataulampu pijardapat juga ditentukan dengan mudah karena itusebanding

dengan kuadrat arus.

Bentuk gelombangtegangan dan arusdalam

rangkaiandenganbebanlinearakan menunjukkanduabentuk gelombangdalam

fasesatu sama lain.Tegangan dan arusyang melibatkaninduktormembuat

teganganmendahului arusdan jika rangkaianyang mengandungkapasitormembuat

arus mendahului tegangan. Oleh karena itu, dalam kedua kasus,

keduagelombangakankeluar dari faseyang sama dan tidak ada distorsi

gelombangakan berlangsung[2].

(25)

12 Gambar 2.6menyajikanhubunganantarategangan, arus, dan daya

dalamrangkaian linieryang disuplysumber AC.Daya sesaat, P = V x I , tidak

pernah negatifkarena gelombang tegangan dan arusberada dalam fase yang sama..

Gambar 2.6(a) menunjukkan hubungan antaraparameter yang

samaketikaarus Itertinggal daritegangan V, yang akansesuai denganbeban

induktif, danGambar 2.6(b) ketikaI mendahuluitegangan Vseperti dalam

kasusdaribebankapasitif.

(a) I tertinggal dari V (rangkaian induktif)

(b) I mendahului V (rangkaian kapasitif)

Gambar 2.6 Hubungan antara tegangan, arus dan daya dalam rangkaian : (a)induktif dan (b)kapasitif

2.3.2. Beban Nonlinear

Bebannonlinieradalahbebandimanagelombang arus tidak

menyerupaibentuk gelombangtegangan. Oleh karena itu,kita bisa

menentukanhubungan antaraV danI dalam bebannonliniertidak bisa dijelaskan

(26)

denganhukum ohm.Bebannonlinieryang paling umumdalam sistemtenaga listrik

adalahsemua perbaikanperangkatdaya seperti yang ditemukan dikonverter

daya,Uninterruptible Power Supply(UPS), Las listrik danlampu-lampu hemat

energi[2].

Gambar 2.7menunjukkantegangan dan arusdengan bentuk

gelombangsaatswitchingdariInsulated Gate Bipolar Transistor (IGBT),

dayaperangkat elektroniksolid stateumum.Cara ini paling sederhana

untukmenggambarkankinerjabebannonlinierdi manaarus tidak

mengikutisinusoidalsumber tegangankecuali selamawaktu

ketikamenembakkanpulsaFP1danFT2(seperti yang ditunjukkan pada plotyang

lebih rendah) ON. Beberapapengendali kecepatan motor, peralatan rumah tangga

seperti:Televisi, VCR, dan berbagaimacam peralatanelektronik lainnyayang

menngunakankontroltegangan. Ketikaproses yang samaterjadidalam peralatantiga

fasedan jumlahbebanyang signifikan, distorsiyang sesuaidapat terjadijuga

(27)

14 Gambar 2.7 Hubungan antarategangan dan arusdalam sumberdayanonlinier

Bebanliniersepertitransformator dayadapat bertindaksebagai beban

nonlinierdalam kondisisaturasi.Artinyadalam kasus tertentukerapatanfluks

magnet(B) dalam transformatortidak bisa naiklagi

walaupunintensitasfluksmagnetik(H) terus bertambah.Inilah yang

disebutkejenuhankurvamagnetizingtransformator. Perilakutransformatordi bawah

perubahansiklusnilai-nilai positifdan negatifdariHditunjukkan padaGambar 2.8dan

dikenal sebagaikurvahisteresis[2].

(28)

Gambar 2.8 karakteristikhysteresistransformator.

DalamGambar 2.8yang disebutkurvamagnetisasitransformator

dimanadimulaidari titik0dengankenaikanintensitasmedan magnetH, mencapai

titik1pada puncaknyaH, setelah mencapai puncak

fluksmagnetikmenunjukkanperilakudatar sekalipun H dinaikkan,.Akibatnyamulai

mendapatkandistorsidan dengan demikianmenunjukkankomponen

harmonikpadagelombang teganganjuga.Perhatikan bahwadari titik1ke titik2,

karakteristikB-Hmengikuti jaluryang berbedasehingga ketikaintensitasmedan

magnetmengalami penurunanke nol, kerapatanflukssisa, Br,

disebutmagnetisasipermanen atauremanenyang tersisa dalamintitransformator. Ini

hanyadibatalkan pada saatmedan listrikintensitasterbalikdan mencapaiapa yang

disebutkekuatankoersifHc. point 4sesuai dengansiklusmedan magnetintensitas

(29)

16 karakteristikBHberakhirdi titik5. Dari sinisiklushisteresislengkapakan

selesaisaatHmencapailaginilai positifpuncaknyauntuk kembali ke titik1[2].

2.4 Sumber Harmonisa

Gelombang arus maupun tegangan ideal yang disalurkan dari tegangan

pembangkit ke beban adalah berbentuk sinus murni dengan frekuensi 50/60 Hz.

Seperti dijelaskan sebelumnya beban pada sistem tenaga dapat dibagi menjadi

dua, yaitu beban linear dan beban non-linear.

Beban linear adalah beban yang impedansinya selalu konstan sehingga

arus listrik selalu berbanding lurus dengan tegangan setiap waktu. Beban linear ini

mematuhi hukum ohm yang menyatakan bahwa arus yang mengalir pada sebuah

komponen berbanding lurus dengan tegangan pada ujung-ujung pada komponen

tersebut, asalkan suhu dijaga tetap. Gelombang arus listrik yang dihasilkan oleh

beban linear akan sama dengan bentuk gelombang tegangan. Apabila diberi

tegangan sinusoidal, maka arus yang mengalir ke beban linear juga merupakan

sinusoidal sehingga tidak terjadi distorsi dan tidak menimbulkan harmonisa.

Beban ini berupa elemen pasif seperti resistor, induktor, dan kapasitor [4].

Beban non-linear adalah beban yang impedansinya tidak konstan dalam

setiap periode tegangan masukan. Dengan impedansinya yang tidak konstan maka

arus listrik yang dihasilkan tidaklah berbanding lurus dengan tegangan yang

diberikan sehingga beban non-linear tidaklah mematuhi hukum ohm. Gelombang

arus listrik yang dihasilkan oleh beban non-linear tidak sama dengan bentuk

gelombang tegangan sehingga terjadi cacat (distorsi). Dengan meluasnya

(30)

pemakaian beban non-linear, gelombang sinusoidal ini dapat mengalami cacat

sehingga menimbulkan harmonisa.

Semua peralatan yang menggunakan komponen semikonduktor

(dioda,transistor,trisistor) merupakan beban non-linear. Peralatan semikonduktor

ini merupakan pemakaian beban non-linear terluas. Peralatan semikonduktor ini

mencakup semua peralatan elektronika daya, seperti :

1. UPS (Uninterruptible Power Supply),

2. Pengendali kecepatan motor (adjustable speed drive)

3. Soft starter

4. Static compensator

5. Catu daya (power supply)

6. Pengubah frekuensi (cycloconverterdanrectifier inverter).

7. Pengisi baterai (charger), dll.

Selain itu ada juga beberapa peralatan yang termasuk beban non-linear,

seperti :

1. Peralatan penerangan

2. Peralatan industri

Peralatan ini mencakup tungku busur listrik (Electric Arc Furnace), tungku

induksi(induction furnace),dan mesin las.

3. Perlengkapan kantor

Perlengkapan ini mencakup printer, mesin fotocopy, mesin fax, komputer,

monitor, elevator,dan sebagainya.

4. Peralatan rumah tangga

(31)

18

2.5 Jenis-Jenis Harmonisa

Berdasarkan ordenya, harmonisa dapat dibedakan menjadi harmonisa ganjil

dan harmonisa genap. Sesuai dengan namanya maka harmonisa ganjil terdiri dari

harmonisa ke- 3, 5, 7, 9, dan seterusnya. Sedangkan harmonisa genap terdiri dari

ke- 2, 4, 6, 8, dan seterusnya. Harmonisa ke- 1 tidak masuk ke dalam harmonisa

ganjil karena frekuensi dari harmonisa tersebut adalah frekuensi fundamental.

Harmonisa orde 0 menunjukkan konstanta atau komponen DC dari suatu

gelombang [5].

Selain itu, dikenal juga harmonisa yang memiliki frekuensi yang lebih besar

dari frekuensi fundamentalnya tetapi bukan merupakan kelipatan bulat ( integer )

dari frekuensi fundamentalnya. Harmonisa jenis ini dinamakan inter harmonics.

Sedangkan harmonisa yang memiliki frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi

fundamentalnya dinamakansub-harmonics.Harmonisa ini memiliki orde 0.2, 0.5,

0.7, dan seterusnya [5].

Berdasarkan urutan fasanya, harmonisa dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu

1. Harmonisa Urutan Positif

Harmonisa ini mempunyai urutan fasa yang sama dengan fasor aslinya yang

terdiri dari tiga buah fasor yang sama besarnya dan mempunyai beda fasa 120 .

Harmonisa positif terdiri dari harmonisa ke- 1, 4, 7, 10, dan seterusnya.

(32)

1 1

1

Gambar 2.9 Fasor fundamental

2. Harmonisa Urutan Negatif

Harmonisa ini memiliki urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya

yang terdiri dari tiga buah fasor yang sama besarnya dan mempunyai beda fasa

120 . Harmonisa negatif terdiri dari harmonisa ke- 2,5,8, dan seterusnya.

5 5

5

Gambar 2.10 Fasor harmonisa ke-5

3. Harmonisa Urutan Nol

Harmonisa ini memiliki fasor yang sama besarnya dan mempunyai beda fasa

(33)

20 Jenis-jenis harmonisa berdasarkan orde dan urutan fasanya dapat

disimpulkan dalam tabel 2.1 berikut ini [5].

Tabel 2.1 Harmonisa berdasarkan orde dan polaritas. Harmonisa

Ke-1 2 3 4 5 6 7 8

Frekuensi

(Hz)

50 100 150 200 250 300 350 400

Urutan

+ _ 0 + _ 0 +

-2.6 Triplen Harmonik

Setiap komponen sistem distribusi dapat dipengaruhi oleh harmonik

walaupun dengan akibat yang berbeda. Namun demikian komponen tersebut akan

mengalami penurunan kinerja dan bahkan akan mengalami kerusakan. Salah satu

dampak yang umum dari gangguan harmonik adalah panas lebih pada kawat

netral dan transformator sebagai akibat timbulnya harmonik ketiga yang

Gambar 2.11 Fasor urutan ke- 3 Urutan fasa nol

I a3 I b3

I c3

(34)

dibangkitkan oleh peralatan listrik satu fasa. Pada keadaan normal, arus beban

setiap fase dari beban linear yang seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling

mengurangi sehingga arus netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban tidak linear

satu fasa akan menimbulkan harmonik kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen

harmonik (harmonik ke-3, ke-9, ke-15 dan seterusnya ) yang sering disebut zero

sequence harmonik. Harmonik ini tidak menghilangkan arus netral tetapi dapat

menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus fasa [6,7].

Tabel 2.2 Polaritas dari komponen harmonik.

Harmonik 1 2 3 4 5 6 7 8

Frequensi

(Hz)

50 100 150 200 250 300 350 400

Urutan + - 0 + - 0 +

-Tabel 2.3 Akibat dari polaritas dari komponen harmonik

Urutan Pengaruh pada sistem distribusi

Positif Panas

Negatif

Panas

Arah putaran motor berubah

Nol

Panas

(35)

22

2.7 PengaruhArusHarmonicpadaImpedansi

Gambar 2.12dalam bentuk yang sederhanamenunjukkan bahwa

ketikabebannonliniermenarikarus terdistorsi(non-sinusoidal) darisuplai, dimana

arusterdistorsimelalui semuaimpedansiantara beban dansumber listrik.

Arusharmonikyangmelewatiimpedansimenyebabkanteganganturununtukmasing-masing frekuensiharmonikberdasarkanHukum Ohm( .Jumlah

vektordarisemuateganganindividuturunmenghasilkan totaldistorsitegangan,

besarnyatergantung padaimpedansisistem dantingkatarus

harmonisapadamasing-masing frekuensiharmonik[8].

Gambar 2.12 ArusTerdistorsiMenginduksiDistorsiTegangan

Gambar 2.13menunjukkansecara rincipengaruharus

harmonikpadaimpedansidalam sistemdaya dan masing-masing

dropteganganterkait. Perhatikan bahwa"totaldistorsiteganganharmonik",

VTHD(berdasarkan penjumlahan vektorsemua harmonikindividu),

(36)

berkurangkarena lebih banyakimpedansidiinduksiantara bebannonlinier

dansumber.

Gambar 2.13 Prosesharmonikindividu mengakibatkan dropstegangan

dalamimpedansi.

V = x (Hukum Ohm) (2.8)

Pada beban ) (2.9)

Pada Trans. ) (2.10)

Pada Sumber ) (2.11)

Dimana :

Z = impedansi padafrekuensiharmonik(misalnya, 250Hz)

= harmonisa teganganorde ke -h(misalnya, 5)

= harmonisa arus di orde ke-h (misalnya, 5)

(37)

24 Setiapperiodik(berulang) gelombang kompleksterdiri

darikomponensinusoidalpadafrekuensi dasardan sejumlahkomponen

harmonikyangpenggandaintegral darifrekuensi dasar. Nilai

sesaatteganganuntukgelombangnon-sinusoidal ataugelombangyang

=langsung(atau rerata) nilai(komponen DC)

=nilai rmskomponen fundamental

f=frekuensikomponen fundamental(1⁄ mendefinisikanwaktuyang lebih dari

gelombangkompleksberulang).

Hal ini biasanyalebih nyaman, namun,

untukmenginterpretasikangelombangkompleksdengan cara"Fourier Series"dan

metodeanalisisterkait. JosephFourier, abad ke-19fisikawan

Perancismemperkenalkanteori bahwasetiapfungsi periodikdalam

intervalwaktudapatdinyatakan denganjumlahfundamentaldan

(38)

serangkaianurutanfrekuensi harmonikyang lebih tinggiyangpenggandaterpisahkan

darikomponen fundamental[8].

MengabaikankomponenDCdalam rumus di atas, di mana

dan mewakiliteganganfundamental dansaat

ini,masing-masing,sesaatteganganrms, Vh, dapat direpresentasikansebagaiSeriFourier:

V(t) = _∑ ( ) = ∑ _{√ 2} sin ( + ∅ ) (2.13)

Nilai rms tegangan dapat dirumuskan :

= + + + + .... (2.14)

= _∫ _{( )} = _∑ = + + + + .... (2.15)

Dimana penurunan dan ada pada lampiran.

Rmstegangan atau arus"totalharmonikdistorsi", dan , masing-masing dapat

dirumuskan sebagai :

Rumus yang lebih sederhana dapat juga dinyatakan dengan persamaan berikut :

Total rms arus

= + (2.18)

(39)

26

= 1 + ( ) i (2.19)

Arus fundamental

= (2.20)

Total arus fundamental terdistorsi :

( ) = ( ) − 1 (2.21)

(40)

BAB III

EFEK HARMONISA PADA SISTEM DISTRIBUSI

3.1 Efek Panas Pada Transformer

Jaringanindustri dan komersial yang semakin modern,dipengaruhi

olehsejumlah besararus harmonikyang dihasilkan

olehberbagaibebannonliniersepertipengendali kecepatan motor,tungku busur

listrik, lampu hemat energi, UPS, komputer, dan lain sebagainya [2].

Semuaarus ini melaluitransformator dimana ini akan mengakibatkan

kondisi saturasidanmenjadi sumberharmonisa. TransformatorDelta-Wye atau

delta-delta yangmenimbulkanarusurutannolakan menghasilkan panas berlebih

padakawatnetral. Arusmengalirdi deltameningkatkan nilaiarus

rmsdanmenghasilkan panastambahan. Inimerupakan aspek yang pentinguntuk

diperhatikan. Arusdiukur pada sisitegangan tinggidaritransformatordelta-Wye

terhubungtidakakan mencerminkanurutanarusnol tetapiefeknyadalam

memproduksirugi-rugipanas.

Rugi-rugitransformatortanpa bebandimana ini tergantung

padanilaipuncakfluksyang menimbulkan magnetisasiintitrafodapat

diabaikansehubungan dengantingkatarus harmonik dan rugi-rugi bebanyang

meningkat secara signifikanpadafrekuensi harmonikketikatransformerpasokanarus

nonlinier.

Pengaruharus harmonikpada frekuensiharmonikpada

(41)

rugi-28 rugifluksbocor yangdapat mengakibatkanpemanasantambahan khususnya

padagulunganisolasi,terutama jikapada tegangan tinggi _⁄ (yaitu, laju

kenaikantegangan) yang ada. Suhusiklusdan kemungkinanresonansiantarabelitan

transformatorinduktansi dankapasitansipasokanjuga dapat menyebabkanrugi-rugi

tambahan.

Peningkatanarus rmskarenaharmonikakanmeningkatkan rugi-rugitembaga

yaitu . Rugi-rugi tembagadapat dihitung dengan menggunakanPersamaan3.1

seperti dibawah ini :

= (3.1)

Dimana

= Total rugi-rugi tembaga

= Total arus rms

R = Tahanan dari belitan

Rugi-rugiarus eddydapat dihitung dengan menggunakanPersamaan

= _∑ (3.2)

Dimana

= Total arus eddy

= rugi-rugiarus eddypada bebanpenuh padafrekuensi dasar

= arus harmonisa orde ke n

n = orde harmonisa

Rugi-rugihisteresisadalahdaya yang dikonsumsikarenakenon-linearan

darikerapatan fluks/magnetizing transformer danpembalikanmedan

magnetintitransformatorsetiap kaliperubahan aruspolaritas(yaitu, 120kali per

detikuntuk 60Hz). Rugi histeresisyang lebih tinggiterjadi pada

(42)

frekuensiharmonikkarenapembalikanlebih cepatdibandingkanpada

frekuensifundamental.Rugi histeresissebanding denganfrekuensi dankuadrat

darifluksmagnetik[2].

3.2 Rugi-rugiTermal Pada Konduktor

Rugi-rugi kabel yanghilang sebagai panas, secara substansialmeningkat

ketikamembawa arusharmonikkarena rugi-rugi tinggi, resistansi kabel, R,

ditentukan oleh pendekatan nilai DCnyaditambahefek kulit.

Sebagaimana dinyatakan dalamPersamaan2.15, saatgelombang

arusterdistorsidapatdihitung dengan rumus [8] :

= _∫ _{( )} = _∑∞ = + + …+ (3.3)

Sehingga :

= 1 + (3.4)

3.3Derating Transformator atau K-Faktor Transformator

Transformatorsangat pentingutamanyadalamsistem tenaga listrik.

Ketikadibebani oleh bebannonlinier, transformatorsangat rentan terhadappanas

danmenjadi awal kerusakan.Dalam rangka meminimalkanrisiko

kegagalanprematur, dua metodeyang digunakanantara lain :

•"Derate" transformator(yaitu, Kapasitas daya yang besarsedemikian rupa

sehinggaberoperasi dibawah kapasitasbeban)ataupertimbangkan untuk

(43)

30 •Gunakan"K-faktor" atau"K-rated" transformer.K-rated transformatorsecara

khusus dirancanguntuk bebannonlinier danberoperasi denganrugi-rugi yang lebih

rendahpada frekuensiharmonik.

K-rated transformator dirancanguntukdioperasikan

padaratedkVAbebandengan adanyaarusharmonis danini juga biasanyasesuai

denganUnderwriters Laboratory(UL) dan persyaratanNECuntuk

transformatormemasok bebannon-linier.Gambar

3.1mengilustrasikanhubungantransformatorderating(K-faktor)dan beban

nonlinier[8].

Gambar 3.1hubungantransformatorderating(K-faktor)dan beban nonlinier.

ULmengembangkan sistemK-faktor untuk

menunjukkankemampuantransformatoruntuk menanganibeban harmonik. Pada

dasarnya, K-faktor dengan bobotbebansaatharmonisaefeknya terhadappemanasan

(44)

transformatordirumuskan dariANSI/IEEEC57.110. A K-faktor

1,0menunjukkanbebanlinear(yaitu, tidak ada bebanharmonik). Semakin

tinggiK-faktor, semakin besarefek pemanasanpada transformatoryang diberikan.

Persamaanuntuk menghitungK-faktoradalah rasiorugi-rugiarus eddysaatmemasok

bebannonlinierdan linier:

K = = ∑ (3.5)

Dimana

K = K-faktor

= Rugi arus eddy akibat beban linear

= Rugi arus eddy akibat beban nonlinear

n= orde harmonik

= arus harmonisa (per unit)

Ada satu masalah yang telah diketahui berkaitan

denganmenghitungK-faktor yangmemilih rentangyang paling tepatdarifrekuensi harmonik.

Berdasarkanbatas atas, misalnya, dari15, 25 atauharmonikke-50, perhitungandapat

menghasilkan nilai yangberbedasecara signifikandengan K-faktor beban yang

sama. IEEE519 (1992)menganggapharmoniksampai50 [8].

3.4 Standar Harmonisa

Untuk mengurangi harmonisa pada suatu sistem secara umum tidaklah harus

mengeliminasi semua harmonisa yang ada tapi cukup dengan meruduksi sebagian

harmonisa tersebut sehingga nilainya di bawah standar yang diizinkan. Hal ini

(45)

32 harmonisa secara teknik di bawah standar yang diizinkan sementara dari sisi

ekonomis tidak membutuhkan biaya yang besar.

Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah

yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang

mengatur batasan harmonisa pada beban-beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa

yang nilai arusnya lebih kecil dari 16 amper perfasa. Untuk beban-beban tersebut

umumnya digunakan standar IEC1000-3-2. Hal ini disebabkan karena belum

adanya standar baku yang dihasilkan oleh IEEE.

Untuk standar pembatasan harmonisa arus, ditentukan oleh rasio dari

/ . adalah arus hubung singkat dan adalah arus beban nominal

fundamental. Untuk standar harmonisa tegangan ditentukan berdasarkan tegangan

sistem yang dipakai [6,7,9].

Tabel 3.2 Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519

Maximum Distortion (%)

System Voltage

<69 kV 69 – 138 kV > 138 Individual

Harmonic 3,0 1,5 1,0

Total Harmonic 5,0 2,5 1,5

Tabel 3.3 Standar Harmonisa Arus IEEE 519

(46)

Nilai distorsi pada Tabel 3.3 dinyatakan dalam persen (%) dan hanya

digunakan pada harmonisa ganjil saja. Harmonisa dibatasi sebesar 25% dari nilai

yang ada di Tabel 3.4

3.5Dampak Lain Harmonisa Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik

dibangkitkan oleh peralatan listrik satu fasa.

Pengaruh harmonik pada transformator sering tanpa disadari dan tidak

diantisipasi keberadaanya sampai terjadi gangguan yang penyebabnya tidak jelas.

Hal ini dapat juga terjadi bila perubahan konfigurasi atau jenis beban yang

dipasok. Transformator dan peralatan induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh

harmonik karena trafo itu sendiri dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya.

Selain itu transformator juga merupakan media utama antara pembangkit dengan

beban. Frekuensi harmonik yang lebih tinggi dari frekuensi kerjanya akan

mengakibatkan penurunan efisiensi atau terjadi rugi-rugi daya. Selain itu, ada

beberapa akibat yang dapat ditimbulkan oleh adanya harmonik dalam sistem

tenaga listrik, antara lain [4,7].

1. Timbulnya getaran mekanis pada panel listrik yang merupakan getaran

resonansi mekanis arus frekuensi tinggi.

(47)

34 akibatnya, putaran piringan akan lebih cepat atau terjadi kesalahan ukur kWh

meter karena piringan induksi tersebut dirancang hanya untuk beroperasi pada

frekuensi dasar.

3. Pemutusan beban dapat bekerja dibawah arus pengenalnya atau mungkin tidak

bekerja pada arus pengenal. Pemutus beban yang dapat terhindar dari gangguan

harmonik pada umumnya adalah pemutus beban yang mempunyai respon

terhadap arus rms sebenarnya (true-rms current) atau kenaikan Temperatur

karena arus lebih.

4. Dampak pada kabel

 Dengan adanya harmonisa, efek kulit (skin effect) akan meningkat pada

kabel sehingga menaikkan resistansi ac (Rac) yang meningkatkan rugi-rugi.

 Pada saat terjadi resonansi, akan terjadi korona di sekitar kabel dan isolasi

kabel dapat mengalami stress yang dapat memicu kepada terjadinya

kegagalan isolasi.

5. Beberapa peralatan elektronika menjadi kurang teratur dalam menjalankan

fungsinya dan bahkan bisa mengalami gagal fungsi.

6. Menimbulkan kesalahan pengukuran pada alat ukur.

7. Menimbulkan interferensi pada saluran komunikasi radio, telepon, PLC (Power

Line Carrier)melalui kopling induktif

8. Arus yang mengalir pada konduktor netral terlalu besar dikarenakan adanya

harmonisa urutan nol.

9. Memperburuk faktor daya.

3.6 Peralatan Pengukuran

(48)

Meterkonvensionalbiasanya dirancanguntuk membacagelombang

yangsinusoidal. Tegangandan arusnonlinierakan menghasilkan

kesalahandalampengukuranyangmenghasilkanpembacaan palsu[8].

Meterkonvensionaldikalibrasiuntuk menanggapinilai-nilairms. Root mean

square(rms) dapat didefinisikan sebagaibesarnya arussinusoidalyang

merupakannilaiaruslangsungsetarayang akan menghasilkanjumlah yang

samapanas dalambeban resistiftetap yangsebanding dengankuadrat arusrata-rata

selamasatupenuhsiklusgelombang. Gambar 3.2Untukgelombangsinus murni,

nilairms0,707kali nilaipuncak dannilai puncakadalah1,414kali nilairms).

Jikabesarnyagelombang sinus adalah"rata-rata" (yaitu,setengah

siklusnegatifterbalik) nilai rata-rataakan menjadi0,636kali nilaipuncak

atau0,9kalinilai rms.

Untukgelombang sinus, kedua rasiopenting yang berkaitan

denganpengukuranarus dan tegangandapat diturunkan:

Peak faktor = (2.6)

Form faktor = (2.7)

Kebanyakan meter analog dan sejumlah besar digital multi-meter yang

dirancang untuk membaca jumlah tegangan dan arus didasarkan pada teknik

disebut "membaca rata-rata, RMS yang dikalibrasi". Teknik Ini mengambil

pengukuran rata-rata nilai (0,636 × puncak) dan mengalikan hasilnya dengan

Form faktor (1,11 untuk gelombang sinus). Hasilnya adalah 0,7071 kali nilai

puncak, yang ditampilkan sebagai "rms". Asumsi ini hanya berlaku untuk bentuk

(49)

36 Namun, hanya"truerms" instrumenmampusecara akurat

mengukurnilaiterdistorsi[8].

Gambar 3.2 Nilai puncak dan nilai rms gelombang sinusoidal

Kesulitandalam mengukur secara

akuratnilaiterdistorsidenganmeterkonvensionaldigambarkanoleharus yang ditarik

olehmodepower supply(Gambar 3.3). Menggunakan meter

yangbenar,arusriil1.0A, nilai puncakdari2,6Adengan

rata-rata0,55A.Menggunakan"rata-rata membaca,dikalibrasirms"

konvensionalmeter"rms saat ini"akanditampilkan0,61A, hampir 40% lebih rendah

darinilai saat ininyata[8].

(50)

Gambar 3.3KesulitanMeterKonvensionalMembacaBentuk gelombangTerdistorsi

The"Crest factor" dari bentuk gelombangdapat didefinisikansebagai:

Crest factor = (2.8)

Untukgelombang sinusmurni,faktor puncakadalah1,414(1.0/0.707).

Untukgelombang pulsainiakan jauh lebih tinggi. Semakin tinggicrest

faktorsebuahinstrumenrms semakin akurat dalam

pengukurangelombangterdistorsi. Penggunaanmeter denganfaktorcrest faktor dari

tiga(3) tidak dianjurkan.[8]

Standartransformator arustoroidal-tipe yang digunakan untuk

mengukurarusterdistorsiharus berkualitastinggi, dengan responlinear

(51)

38 umumnya digunakan denganinstrumenkemungkinan(misalnya, analisisharmonik,

meterlistrik, dll) yangsecara akurat mengukurarusnonlinier, tetapi

harusdikalibrasisecara teratur.

Pengukuranakuratfaktor dayatidakada masalahdenganbebannonlinierketika

duafaktordaya yang berbedayang hadir(lihat Bagian 5): "faktordayaperpindahan",

yang merupakanfaktor dayakomponen fundamentalsaja dan"benar" atau "nyata

"faktor daya, yang meliputikomponenfundamental danharmonik. Dalamsebuah

gelombang sinus, faktor dayahanyalah sebuahukurankosinussudut fase

antarategangan dan arus, ini tidak berlakuuntuk bebannonlinier. Carauntuk secara

akurat mengukurfaktor dayanonlinieradalah untukmengukurdaya sesaatrata-rata

danmembaginyadenganprodukyang benarteganganrmsdan benarrmssaat ini:

True cos Φ =

( . ) (2.9)

Dimana

cos Φ =power faktor true beban nonlinear

= Daya sesaat rata-rata

= tegangan rms true

= arus rms true

Metode di atasumumnya digunakandalam instrumentasidaya digital. Dan

dalam tugas akhir ini data yang tersedia telah diukur sebelumnya dengan peralatan

digitalPortable EMT (Energy Measurement And Data Transmit)[10].

(52)

Gambar 3.4 Tas Perangkat EMT-PORTABLE

Gambar 3.5 CT-CLAMP; GPS; GSM & Pheriperal

3.7 Sistem Kerja dan Rangkaian Alat Pengukuran

Portable EMT adalah peralatan untuk mendukung inspeksi Gardu

Distribusi, yang didesain khusus untuk mempermudah pengukuran

parameter-parameter listrik, mendeteksi posisi gardu (ordinat GPS) secara riel time dan

(53)

40 notebook/PC (Personal Computer).Gambaran dari sistem kerja Portable EMT

ditunjukkan dalam Gambar 3.6[10].

Gambar 3.6 Gambaran sistem pengukuran menggunakanEMT

Pengukuran dengan menggunakan Portable EMT dapat dilakukan pada

Gardu Distribusi. Rangkaian pengukuran ditunjukkan seperti pada Gambar 3.6

(54)

Gambar 3.7 Rangkaian Pengukuran menggunakanPortable EMT

Peralatan pengukuran dengan menggunakan Portable EMT memiliki fungsi

sebagai berikut :

1. Pengukuran besaran-besaran listrik berupa Arus (I), Tegangan (V), Power

Faktor (pf), THD (Total Harmonic Distortion), secara periodik untuk

saluran utama dan jurusan.

2. KVA Travo (Inspeksi).

3. Pengukuran Temperature Body Trafo (Thermo Gun).

4. Mendeteksi posisi/ordinat (GPS) Gardu Distribusi secara otomatis.

(55)

42 6. Komunikasi data secara opsional dapat menggunakan GSM/GPS atau

CDMA.

7. Tas pelindung koper peralatan dimaksudkan untuk kemudahan mobilisasi,

(56)

BAB IV

ANALISA PENGARUH HARMONISA TERHADAP PANAS

PADA BELITAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

4.1 Umum

dibangkitkan oleh peralatan listrik satu fasa.

Meningkatnya harmonik ini seiring dengan meningkatnya penggunaan

beban-beban non linear, dimana terdapat perangkat semikonduktor di dalamnya.

Disatu sisi hal tersebut memberi efek positif bagi masyarakat namun juga

memiliki efek negatif bagi sistem tenaga listrik khususnya sistem distribusi karena

beban – beban non linear tersebut merupakan sumber hadirnya harmonisa pada

sistem tenaga listrik. Efek munculnya harmonisa pada transformator distribusi

dapat menyebabkan kenaikan rugi – rugi dan derating pada transformator

tersebut. Oleh karena itu akan dibahas seberapa besar pengaruh harmonisa yang

muncul terhadap panas pada belitan transformator distribusi [1].

4.2 Persamaan yang Digunakan Dalam Perhitungan

(57)

44

a. Mencari arus beban penuh ( ) dan arus hubung singkat ( )

=

√ (4.1)

Dimana :

= Arus Beban Penuh ( A)

S = Daya Nyata Transformator (kVA)

V = Tegangan Sisi Sekunder Transformator (V)

=

√ % (4.2)

Dimana :

= Arus Hubung Singkat (A)

= Daya Nyata Transformator (kVA)

= Tegangan Sisi Sekunder Transformator (V)

b. Pembebanan pada transformator

% Pembebanan = x 100% (4.3)

Dimana :

= Arus Pengukuran (A)

= Arus Beban Penuh (A)

c. THD arus dan THD tegangan pada transformator

THD arus dan THD tegangan dianalisa berdasarkan standar yang

ditetapkan oleh IEEE 519 “ Recommended Practices and Requirements for

Harmonic Control in Electrical Power System”. Oleh karena itu, THD arus dan

(58)

THD tegangan yang didapat dari pengukuran kemudian dibandingkan dengan

standar IEEE yang terdapat dalam Tabel 3.2 dan Tabel 3.3

d. Rugi-rugitermal

Rugi-rugi kabel, hilang sebagai panas, secara substansialmeningkat

ketikamembawa arusharmonikkarena rugi-rugi tinggi, resistansi kabel, R,

ditentukan oleh pendekatan nilai DCnyaditambahefek kulit.

Sebagaimana dinyatakan dalamPersamaan2.7, saatgelombang

arusterdistorsidapatdihitung dengan rumus:

= _∫ _{( )} = _∑∞ = + + …+ (4.4)

Sehingga :

= 1 + (4.5)

Penambahan panas akibat harmonisa dalam %:

= 100% (4.6)

Sehingga suhu pada frekuensi dasar dalam℃ ( )adalah

= (4.7)

Maka kenaikan suhu∆T

∆T = - (4.8)

4.3 Prosedur Pengambilan Data

Pengukuran kandungan harmonik disetiap Transformator Distribusi

dilakukan pada setiap phasa ( R, S, T ) secara berkala dengan menggunakan alat

(59)

46 digunakan untuk mengukur besarnya arus, tegangan dan kandungan harmonik

pada transformator distribusi.

Gambar 4.1Portable EMT

4.4 Data pengukuran Harmonisa Pada Transformator Distribusi

Data dalam tugas akhir ini diperoleh dari PLN cabang medan yang

sebelumnya trafo tersebut telah diukur kandungan harmonisanya pada tanggal 25

juni 2012 dan juga dari PT Raja Prima Teknik sebagai mitra PLN yg datanya

kami ukur langsung pada tanggal 24 september 2013. Data transformator yang

diambil adalah :

1. Jalan Jamin Ginting No.1 (Depan Siti Hajar)

Transformator distribusi ini mensuplai daya ke Rumah Sakit Siti Hajar dan

perumahan sekitarnya. Spesifikasi transformator tersebut adalah seperti dibawah

(Tabel 4.1.a dan 4.1.b).

Data hasil pengukuran Pada Transformator 1 Pada Siang Hari ( 12:14:00)

(60)

Gardu Induk : TITI KUNING

Penyulang : TN06

Kode Garduk : BR139-1

Kapasitas Trafo : 250 kVA

Power Faktor System : 0,96

Arus Nominal : RMS (A) PEAK(A)

360,83 510,30

Pukul : 12:14:00

Pembebanan : 60 %

RN SN TN

Tegangan Incoming : (V) 217,00 218,00 217,00

THD Tegangan : (%) 2,00 2,00 2,00

Tabel 4.1.a. Data Arus Harmonisa Trafo 1 (Siang)

RMS PEAK

R S T N R S T

Arus Incoming (A)

145,00 152,00 210,00 95,00 229,67 249,35 341,53

THD Arus Incoming (%)

12,00 16,00 15,00 93,00 45,01 48,01 66,93

Pukul : 21:22:00

Pembebanan : 83,5 %

RN SN TN

(61)

48 Tabel 4.1.b Data Arus Harmonisa Trafo 1 (Malam)

RMS PEAK

R S T N R S T

Arus Incoming (A)

372,00 296,00 266,00 173,00 615,57 481,40 455,22

17,00 15,00 21,00 205,00 120 94,34 89,21

*Sumber: PT PLN (Persero)

2. Jalan Jamin Ginting No. 580 (Pasar Baru)

Transformator distribusi ini mensuplai daya ke beberapa perumahan,super market

dan warnet disekitarnya. Spesifikasi transformator tersebut adalah.

Tabel 4.2.a dan 4.2.b Data hasil pengukuran Pada Transformator 2 Pada Siang

Hari ( 12:14:00) dan Malam Hari (19:27:00)

Gardu Induk : TITI KUNING

Penyulang : TN06

Kode Garduk : BR19-1

360,83 510,30

Pukul : 14:48:00

Pembebanan : 38,5 %

RN SN TN

THD Tegangan : (%) 3,00 2,00 3,00

(62)

Tabel 4.2.a. Data Arus Harmonisa Trafo 2 (Siang)

151,00 127,00 107,00 77,00 249,87 202,95 184,63

17,00 13,00 22,00 128,00 48,97 39,77 36,18

Pukul : 19:27:00

Pembebanan : 38,5 %

RN SN TN

THD Tegangan : (%) 3,00 3,00 3,00

Tabel 4.2.b Data Arus Harmonisa Trafo 2 (Malam)

Parameter RMS PEAK

R S T N R S T

Arus Incoming (A)

172,00 160,00 121,00 109,00 291,92 271,55 219,05

20,00 20,00 28,00 151,00 57,21 53,21 42,93

3. Jalan Jamin Ginting No.861 (Depan Jambur Namaken)

Transformator distribusi ini mensuplai daya ke Carrefour dan perumahan

sekitarnya. Spesifikasi transformator tersebut adalah.

Tabel 4.3.a dan 4.3.b Data hasil pengukuran Pada Transformator 1 Pada Siang

(63)

50

Penyulang : TN06

Kode Garduk : BR1-1

360,83 510,30

Pukul : 14:08:00

Pembebanan : 83,5 %

RN SN TN

THD Tegangan : (%) 3,00 2,00 2,00

Tabel 4.3.a Data Arus Harmonisa Trafo 3 (siang)

RMS PEAK

R S T N R S T

Arus Incoming (A)

302,00 219,00 107,00 186,00 491,16 356,17 310,42

15,00 15,00 18,00 113,00 96,25 69,80 60,83

Pukul : 21:22:00

Pembebanan : 83,5 %

RN SN TN

THD Tegangan : (%) 4,00 3,00 3,00

(64)

Tabel 4.3.b Data Arus Harmonisa Trafo 3 (malam)

372,00 296,00 266,00 173,00 615,57 481,40 455,22

17,00 15,00 21,00 205,00 120,63 94,34 89,21

4. Kompleks Tasbih Jalan Setia Budi (24 Oktober 2013)

Transformator distribusi ini mensuplai daya ke perumahan setia budi dan

beberapa supermarket. Spesifikasi transformator tersebut adalah pada Tabel 4.4.a

dan 4.4.b. Data hasil pengukuran Pada Transformator 1 Pada Siang Hari (

12:32:00) dan Malam Hari (20:04:00)

Gardu Induk : PAYA GELI

Penyulang : PA1/SG4

Kode Garduk : BR093

288,67 408,24

Pukul : 12:32:00

Pembebanan : 34,8 %

RN SN TN

(65)

52 Tabel 4.4.a Data Arus Harmonisa Trafo 4 (siang)

RMS PEAK

R S T N R S T

Arus Incoming (A)

100,00 124,00 101,00 32,00 155,56 189,39 152,83

10,00 8,00 7,00 77,00 38,11 46,39 37,44

Pukul : 20:04:00

Pembebanan : 49,1 %

RN SN TN

THD Tegangan : (%) 2,00 2,00 2,00

Tabel 4.4.b Data Arus Harmonisa Trafo 4 (malam)

RMS PEAK

R S T N R S T

Arus Incoming (A)

191,00 135,00 153,00 47,00 283,62 204,28 238,01

5,00 7,00 10,00 75,00 69,47 50,04 58,30

*Sumber: PT RAJA TEKNIK*

4.5 Analisi Data

1. Menghitung Arus Beban Penuh ( ) dan Arus Hubung Singkat ( )

Transformator 1,2 dan 3 :

Z = 4%

S = 250 kVA

(66)

V = 0,4 kV

2. Menghitung Pembebanan Transformator Distribusi

Sesuai dengan persamaan 4.3 maka persentase pembebanan tiap phasa pada

masing-masing transformator distribusi adalah :

Trafo 1.

Tabel 4.5.a Pembebanan Trafo 1

Phasa Arus Nominal (A) Arus Full Load

(A) Pembebanan (%)

R 145 360,84 40,2

S 152 360,84 42,1

T 210 360,84 58,2

Trafo 2

Tabel 4.5.b Pembebanan Trafo 2

(A) Pembebanan (%)

R 151 360,84 41,8

S 127 360,84 35,2

(67)

54 Trafo 3

Tabel 4.5.c Pembebanan Trafo 3

(A) Pembebanan (%)

R 302 360,84 83,7

S 219 360,84 60,7

T 186 360,84 51,6

Trafo 4

Tabel 4.5.d Pembebanan Trafo 4

(A) Pembebanan (%)

R 191,00 288,67 66,16

S 135,00 288,67 46,76

T 153,00 288,67 53,00

3. Analisa THD pada Transformator Distribusi

Tabel 4.6 THD Arus pada Transformator Distribusi

Trafo 1 (Pukul 12:14:00)

Tabel 4.6.a THD Arus Trafo 1 (siang)

Phasa / Range Pengukura

n

100 16,00 12 Lebih 4

T 210,0

Tabel 4.6.b THD Arus Trafo 1 (malam)

(68)

Tabel 4.6.c THD Arus Trafo 2 (siang)

n

Tabel 4.6.d THD Arus Trafo 2 (malam)

Phasa / Rang

Tabel 4.6.e THD Arus Trafo 3 (siang)

Phasa / Range Penguku

ran

Tabel 4.6.f THD Arus Trafo 3 (malam)

(69)

56 Trafo 4 (Pukul 12:32:00)

Tabel 4.6.g THD Arus Trafo 4 (siang)

Phasa / Rang

Tabel 4.6.h THD Arus Trafo 4 (malam)

Phasa / Rang

50 10,00 6 Melebihi 4

Dari tabel di atas terlihat bahwa kandungan harmonisa arus trafo 1,2, 3 dan 4 fasa

T malam melebihi standar, sedangkan trafo 4 tidak melebihi standar.

Tabel 4.7 THD Tegangan pada Transformator Distribusi

Trafo 1 (pukul 12:14:00)

Tabel 4.7.a THD Tegangan Trafo 1 (siang)

Phasa

Tegangan(%) Standar (%) Keterangan

R 2 5 Tidak melebihi

S 2 5 Tidak melebihi

T 2 5 Tidak melebihi

(70)

Trafo 4.7.b THD Tegangan Trafo 1 (malam)

Phasa

Tabel 4.7.c THD Tegangan Trafo 2 (siang)

Phasa

Tabel 4.7.d THD Tegangan Trafo 2 (malam)

Phasa

Tabel 4.7.e THD Tegangan Trafo 3 (siang)

Phasa

(71)

58 Trafo 3 (pukul 21:22:00)

Tabel 4.7.f THD Tegangan Trafo 3 (malam)

Phasa

Tabel 4.7.g THD Tegangan Trafo 4 (siang)

Phasa

Tabel 4.7.h THD Tegangan Trafo 3 (malam)

Phasa

4. Perhitungan kenaikan temperatur perphasa masing-masing trafo

Trafo 1 ( Jam 12 : 14 : 00 )

Fasa R

= 145 1 + (0,12)

= 146

= 100% = 1,44 % dibandingkan denganpemanasanpadafrekuensi

dasar.

(72)

=

,

=28,58833

∆T = - = 29-28,58833= 0,41167

Fasa S

= 152 1 + (0,16)

= 153,93

= , 100% = 2,56 % dibandingkan denganpemanasanpadafrekuensi

dasar.

=

,

= 28,2761

∆T = - = 29-28,2761= 0,7239

Fasa T

(73)

60 = 212,35

= , 100% = 2,25 % dibandingkan denganpemanasanpadafrekuensi

dasar.

=

,

= 28,3619

∆T = - = 29-28,3619=0,6381

Untuk perhitungan selanjutnya dilakukan dengan menggunakan microsoft

xl dan hasilnya seperti tabel 4.8 berikut :