Kualitas Daya Listrik Industri
Muhammad Hamdani Rizal
Teknik Elektro Universitas Indonesia Depok, Jawa Barat, Indonesia muhammad.hamdani51@ui.ac.idAbstract—Makalah ini menjelaskan mengenai permasalahan kualitas daya listrik pada industri. Disamping itu, akibat dari buruknya kualitas daya listrik sangat mempengaruhi proses dan hasil dari produksi. Rekomendasi batas harmonisa dan mitigasi yang sebaiknya dilakukan dalam perbaikan kualitas daya listrik industri juga dipaparkan dalam makalah ini.
Kata Kunci : industri, kualitas daya listrik industri, harmonisa, mitigasi kualitas daya listrik
I. PENDAHULUAN
Kualitas daya listrik menjadi sangat penting untuk diperhatikan, ketika semakin sensitifnya suatu peralatan baik di industri maupun di rumah tangga, kualitas daya listrik menjadi suatu hal yang perlu diperhatikan. Hal ini untuk mengurangi kemungkinan kerusakan-kerusakan peralatan sensitif tersebut.
Beban-beban non-linier juga menjadi salah satu faktor penting yang mempengaruhi kualitas daya listrik. Beban tersebut merupakan sumber harmonik yang dapat menurunkan kualitas daya listrik. Beban non-linier adalah beban dimana bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dalam setiap setengah siklus, sehingga gelombang keluaran arus dan tegangannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi).
Beberapa beban non linier adalah inti magnet pada trafo dan mesin berputar, mesin-mesin sinkron, pengelasan, photovoltaic inverter, dan peralatan elektronik kantor. Kualitas daya listrik pada industri sangat penting, karena sangat mempengaruhi proses dan hasil akhir produksi. Selain itu, masih banyak akibat yang dihasilkan jika kualitas daya listrik dalam industri buruk.
II. PERMASALAHAN KUALITAS DAYA LISTRIK
Identifikasi kualitas daya listrik perlu dilakukan untuk melakukan perbaikan atau peningkatan kualitas daya. Beberapa permasalahan pada kualitas daya listrik antara lain :
• Tegangan Turun (Voltage Dip)
Penurunan nilai tegangan RMS pada kisaran 10-90% dalam kurun waktu antara 0,5 siklus hingga kurang dari satu menit. Penyebab kejadian ini antara lain adanya kenaikan beban atau pengasutan motor kapasitas besar. Gejala ini berakibat pada terganggunya rangkaian sensing pada komputer dan kontrol, serta terdapat beberapa peralatan yang tidak dapat bekerja.
• Tegangan Swell
Peningkatan nilai tegangan RMS pada kisaran 110-180% dalam kurun waktu antara 0,5 siklus hingga
kurang dari satu menit. Penyebab kejadian ini antara lain kegagalan sistem, switching loads dan switching kapasitor.
Akibat dari gejala swell adalah rusaknya peralatan karena kegagalan isolasi.
• Transien
Penyimpangan sesaat yang tidak diinginkan dari tegangan supplya atau arus beban.
• Harmonik
Merupakan distorsi sinusoidal periodik tegangan suplai atau arus beban yang disebabkan oleh beban non linier. Akibat dari distorsi harmonik adalah overheating pada motor berbeban, gangguan pada relai, dan rusaknya isolasi.
• Distorsi Tegangan
Bentuk gelombang arus mengandung distorsi periodik yang bersifat sinusoidal, yang tidak merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi pasokan mendasar.
• Flicker
Istilah yng digunakan untuk menggambarkan efek visual variasi tegangan kecil pada peralatan pecahayaan tegangan listrik.Rentang frekuensi gangguan yang mempengaruhi perlatan pencahayaan , yang terdeteksi mata manusia adalah 1-30 Hz. • Ketidakseimbangan Tegangan
Adanya perbedaan tegangan pada masing-masing phasa pada sisem tiga phasa, dimana sudut normal antar phase adalah 120o.
Akibat dari ketidakseimbangan tegangan adalah timbul overheating pada perlatan tiga phasa.
• Deviasi frekuensi
Variasi frekuensi dari frekuensi pasokan nominal, di atas atau di bawah tingkat yang telah ditentukan, biasanya ± 0,1 %.
• Gangguan Transien
Didefinisikan sebagai penurunan tegangan suplai atau arus beban, ke tingkat yang kurang dari 10 % dalam waktu yang tidak lebih dari 1 menit. Kegagalan dapat disebabkan oleh kesalahan sistem, kegagalan peralatan sistem atau kerusakan control dan proteksi.
• Outage
III. PENGARUH KUALITAS DAYA LISTRIK PADA INDUSTRI
Pengaruh kualitas daya pada sektor industri sangat berpengaruh pada aspek operasi industri.
• Loss Produksi
Setiap kali produksi terganggu oleh adanya kualitas daya yang buruk, akan berakibat pada hasil produksi yang buruk atau tidak sempurna, sehingga tidak dapat dijual dan menyebabkan kerugian dari segi bisnis. • Gangguan Manufaktur
Proses manufaktur yang terganggu, mengakibatkan tidak maksimalnya performa mesin untuk menghasilkan proses produksi. Hal ini mengakibatkan kualitas produk dan kuantitas yang dihasilkan berkurang atau tidak sesuai dengan target yang telah direncanakan.
• Hilangnya Pendapatan
Adanya gangguan pada proses manufaktur dapat mempengaruhi hasil penjualan karena jadwal produksi yang tidak sesuai perencanaan.
• Biaya Produktivitas
Tenaga kerja menganggur karena adanya gangguan, membersihkan area operasi, atau pemeliharaan korektif dan pengalihan sumber daya, yang mana menurunkan produktivitas dan meningkatkan biaya untuk hal tersebut.
• Daya Saing Menurun
Gangguan pada kualitas daya mempengaruhi ketidak puasan konsumen dikarenakan produksi yang tidak maksimal, sehingga menurunkan daya saing bagi manufaktur tersebut.
• Kehilangan Peluang
Gangguan pada produksi mengakibatkan hilangnya peluang dalam penjualan, pertama produk baru tidak bisa diluncurkan pada waktunya, kedua penjualan terhadap produk dengan permintaan tinggi tidak dapat terpenuhi secara maksimal.
• Produk Rusak
Gangguan kualitas daya terkadang mempengaruhi hasil akhir dari produk yang rusak. Kerusakan produksi menjadikan bertambahnya biaya untuk bahan produksi • Energi Terbuang
Adanya gangguan pada kualitas daya menjadikan banyaknya energi yang terbuang, karena harus mengulang kembali proses produksi dari awal. • Menurunkan umur peralatan
Energi yang besar, kecepatan kenaikan dan waktu transien dapat mengakibatkan kerusakan rangkaian elektronik, bahkan menjadikan motor dan trafo menjadi overstress dan memperpendek umur peralatan tersebut.
IV. REKOMENDASI BATAS HARMONISA
Harmonisa merupakan fenomena dimana bentuk gelombang pada frekuensi-frekuensi tinggi merupakan kelipatan dari frekuensi dasarnya, seperti 100Hz, 150Hz, 200Hz, dan seterusnya, yang dapat mengganggu suplai daya listrik pada
frekuensi dasarnya (50Hz). Bentuk gelombang arus maupun tegangan yang idealnya adalah sinusoidal murni, akan menjadi cacat akibat distorsi harmonisa yang terjadi.
Tingkat harmonisa yang melewati standar dapat menyebabkan terjadinya peningkatan panas pada peralatan. Bahkan pada kondisi terburuk dapat terjadi gangguan (hanging up), bahkan kerusakan permanen pada beberapa peralatan elektronik yang sensitif.
Gambar 1. Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan
Kiri (tidak terdistorsi); Kanan (terdistorsi)
TABEL 1. STANDAR DISTORSI HARMONISA(IEEE)
Batas Tegangan Distorsi Tegangan Bus V pada
PCC
Batas Arus Distorsi (120 V–69 kV)
Ihs/ IL T H D
*Seluruh perlengkapan pembangkitan daya dibatasi pada nilai arus distorsi ini, tanpa melihat nilai sebenarnya dari Ihs/ IL
Ihs= arus hubung singkat maksimum; IL = arus beban maksimum
V. MITIGASIKUALITASDAYALISTRIK
A. Peralatan Mitigasi dengan Penyimpanan Energi
Peralatan ini di desain untuk mengcover gangguan singkat dan tegangan sag/swell. Efisiensi operasinya mencapai 99%, terintegrasi terhadap sistem AC untuk baterai dan beberapa ketahanan lainnya. Gangguan yang seringkali terjadi pada industri adalah tegangan dip kurang dari 500 ms pada drop tegangan antara 10-40%. Solusi ini disebut SEPEC.
Karakteristik dari peralatan ini adalah :
• Tinggi efisiensi dalam sistem suplai emergensi • Kompatibel dengan sistem proteksi eksisting • Menurunkan kebutuhan investasi
• Terintegrasi dengan genset
• Proteksi permanen pada tegangan lebih sementara • Merekam terjadinya gangguan sesuai waktu gangguan
Gambar 2. Topologi SEPEC
B. Peralatan Mitigasi Tanpa Penyimpanan Energi
Peralatan ini didesain untuk meningkatkan baik kerangka waktu kompensasi dip, serta persentase penurunan tegangan kompensasi. Dengan mempertahankan tegangan output tetap stabil dengan input 30% secara terus menerus atau 40% selama 30 detik. Topologi ini juga dirancang untuk mengurangi masalah daya lainnya (flicker, distorsi harmonik, gangguan pengaturan tegangan). Peralatan ini dinamakan SET-DVR.
Gambar 3. Topologi SET-DVR
Kebanyakan topologi menggunakan strategi standby, yaitu komponen kompensasi aktif atau beroperasi selama dip. Desain
ini dibuat untuk menutup keterbatasan pada desain yang ada, yaitu :
• Tanpa baterai, meminimalisir cost
• Regulasi tegangan yang kontinyu, tidak lebih dari ± 0,5%
• Kompensasi dips permanane (-50% hingga 30 detik)
• Waktu respon kurang dari 3 ms
• Kemampuan menyeimbangkan tegangan • Mudah untuk diparalel dalam peralatan • Bypass otomatis
• Kerangka waktu yang lama untuk dips yang berulang
• Memungkinkan operasi terus menerus dengan akurasi dan stabilitas yang tinggi
• Meningkatkan respon waktu untuk penyaringan tegangan distorsi.
)
VI. KESIMPULAN
Kualitas daya listrik industri sangat besar pengaruhnya terhadap keberlangsungan produksi maupun kegiatan dalam industri tersebut. Kerugian yang dialami perusahaan akan sangat signifikan jika kualitas daya listrik yang dimiliki buruk.
SEPEC dan SET-DVR menjadi beberapa solusi yang dapat digunakan untuk memperbaikai kualitas daya listrik pada industri.
DAFTAR PUSTAKA
[1] S. John and Collinson Alan, “Power Quality” IEEE Power
Engineering Journal, April, 2001
[2] IEEE Std.519TM 2014 “Recommended Practice and
Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems”
[3] Izhwan M. Muhamad and Radzi. Mohd amran, “The Effects of
Power Quality to The Industries” The 5thStudent Conference on
Research and Development-SCOREeD 2007, Malaysia
[4] Dougherty. Jeff. G and Stebbins. L. Wayne, “Power Quality : A Utility and Industry Perspective” IEEE, Paper : 1997
[5] B. Amaya, F. Francisco, O. Javier, and I.L. Jose, “New Power Quality Solutions Esecially Designed for Industrial Applications”
International Conference, Electrical Power Quality and Utilization. Barcelona, October 2007.
[6] K.E. Wilson and S. M. Henry, “Expert System Target Power
