ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA PADA SISTEM JARINGAN (Zulhajji)

ANALISIS DISTORSI HARMONISA-HARMONISA

PADA SISTEM JARINGAN

Zulhajji

Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM

Abstrak

Harmonisa yang ditimbulkan beban non linier dapat menyebar ke seluruh bagian sistem tenaga listrik. Distorsi bentuk gelombang tegangan dan arus yang ditimbulkan akan menjadi potensi gangguan yang serius bagi peralatan supply maupun beban listrik yang terhubung secara bersama bila melebihi batas yang ditetapkan. Data diambil melalui pengukuran harmonisa baik IHD maupun THD pada setiap bus. Pengelompokan beban atas tingkatan bus pada kasus ini dipandang cara yang cukup baik untuk mengamati perambatan harmonisa pada sistem. Melalui penelitian ini didapatkan penekanan nilai distorsi terutama pada arus harmonisa pada bus pertama sebesar THDi 2,12%, bus kedua sebesar THDi 4,13%, bus ketiga sebasar THDi 3,98% dan bus ke empat sebesar THDi 5,78%.

Kata kunci : Distorsi , harmonisa-harmonisa sistem , arus harmonisa distorsi (IHD), dan tegangan harmonisa distorsi (THD).

Pertumbuhan konsumen dan semakin beragamnya peralatan listrik khususnya beban non linier berbanding lurus dengan potensi gangguan kualitas daya listrik. Wacana tentang jaminan kualitas listrik selama ini masih ditujukan pada perusahaan pemasok listrik. Bagi kalangan konsumen isu kualitas daya belum begitu popular, karena pengaruhnya dianggap tidak signifikan sebagai upaya meningkatkan efisiensi suatu produksi.

PT. Pura Nusa Persada adalah konsumen dengan daya terpasang 5000 kVA merupakan salah satu perusahaan milik PT. Pura Group Kudus. Selama ini gangguan masalah kelistrikan ditangani dengan pola kuratif, saat terjadi gangguan baru dilakukan perbaikan atau penggantian peralatan yang bermasalah. Akibatnya gangguan sering terulang terjadi karena penyebab masalahnya tidak dihilangkan. Diduga hal ini disebabkan sumber gangguan tidak teridentifikasi karena keterbatasan alat dan sumber daya manusia.

Oleh karena itu evaluasi kualitas daya dapat dilakukan sebagai slternatif mendapatkan informasi mengenai potensi sumber gangguan. Fokus pengamatan akan ditekankan pada masalah harmonic. Sementara itu pengaruh harmonisa baik secara kuantitatif maupun kualitatif berpengaruh pada

peralatan listrik seperti meteran, relay proteksi, kapasitor dan lain-lain pada konsumen tersambung. Penyelesaian masalah harmonic pada level bawah/beban (down stream) akan membawa dampak yang sangat berarti pada tingkat atas (up stream).

Manfaat dari studi ini antara lain mendeteksi potensi gangguan akibat harmonik pada jaringan distribusi konsumen dan mengetahui bagaimana prosedur penanganannya secara mudah dan tepat. Bagi perusahaan listrik dapat dipakai sebagai dasar untuk melakukan tindakan preventi terhadap akumulasi perambatan harmonik tinggi pada jaringan distribusi utilitas. Beberapa tujuan studi ini diantaranya adalah :

a. Besarnya potensi harmonik dengan sumber harmonic banyak dan beragam dengan memonitor pada setiap tingkatan bus jaringan listrik PT. Pura Nusa Persada.

b. Hasil evaluasi potensi harmonic berdasarkan standar IEEE 519-1992 dan penyelesaian masalah harmonic dengan menerapkan pendekatan yang direkomendasikan IEC dan IEEE secara bersamaan melalui simulasi.

Aliran daya harmonic dalam sistem tenaga diilustrasikan dan dipakai untuk mengapresiasikan aliran daya fundamental dan aliran daya harmonic

(Arillaga dkk, 1985). Generator G merupakan sumber tegangan sinusoidal dasar dan mencatu suatu konverter statis terkendali beban resistif melalui impedansi sistem (Rs + JXs). Generator mencatu daya dasar Pgi melalui PCC. Sebagian besar daya ini mengalir ke beban, dan sebagian kecil mengalir ke converter. Selain itu juga rugi yang dicatu ke resistansi sistem.

Tegangan generator adalah sinusoidal pada frekuensi dasar, sehingga dayanya juga berfrekuensi dasar dan dalam diagram ini terlihat sebagai pembangkit arus harmonic. Sedangkan converter terlihat sebagai pembangkit arus harmonik. Sebagian kecil daya dasar ditransformasikan menjadi daya harmonik , yaitu Psh dan Pgh yang kembali menuju resistansi sistem dan generator. Sebagian besar daya harmonik mengalir menuju beban Plh. Karena Rs dan R1 terhubung seri, maka perbandingan antara Plh /(Psh + Pgh) juga dapat diekspresikan sebagai R1/(Rs + Rg). Dalam prakteknya , R1/(Rs + Rg) adalah sangat besar, dan untuk alas an ini bagian daya harmonic yang mengalir dalam sistem arus bolak-balik adalah kecil, dan arus akan terdistorsi. Rugi total dalam impedans sistem terdiri atas rugi-rugi dasar Ps1, dicatu dari generator, dan rugi daya harmonic dari converter , Psh + Pgh. Rugi ini dalam sistem adalah lebih besar dengan perbandingan dalam hubungannya dengan rugi yang diakibatkan oleh beban liniar. Impedans sistem pencatu biasanya jauh lebih kecil dari bagian paralel beban takliner. Bagaimanapun, arus harmonic akan terbagi sesuai dengan perbandingan impedans.

Dalam evaluasi harmonic bebebrapa indeks penting berikut digunakan untuk melukiskan pengaruh harmonic pada komponen sistem tenaga.

a. Total Harmonic Distortions (THD) THD tegangan :

100

1 2 2

x

V

V

THD

h h V

å

¥ =

=

THD arus :

100

1 2 2

x

I

I

THD

h h I

å

¥ =

=

Yang didefinisikan sebagai perbandingan nilai rms komponen harmonic terhadap komponen dasar dan biasanya dalam persen. Indeks ini digunakan untuk mengukur penyimpangan dari bentuk gelombang satu periode yang mengandung harmonic pada satu gelombang sinus sempurna. Untuk satu gelombang sinus sempurna pada frekuensi dasar, THD adalah nol. Demikian pula, pengukuran distorsi harmonic individual untuk tegangan dan arus pada orde ke-h didefinisikan sebagai Vh/V1 dan Ih/I1.

b. Total Demand Distortions (TDD)

100

1 2 2

x

I

I

TDD

h h

å

¥ =

=

Dengan Il, adalah permintaan arus beban maksimum, dalam 15 atau 30 menit dalam frekuensi dasar. Menurut rekomendasi IEC setiap peralatan disyaratkan memenuhi batas persyaratan harmonic. Sedangkan menurut rekomendasi IEEE pada setiap PCC masing-masing konsumen yang perlu disyaratkan.

Efek harmonic dapat diminimisasi dengan mempergunakan tapis pasif yang dipasang secara shunt pada beban. Jenis tapis ada kekhasan yakni pembuatannya dengan mengatur impedansi pada

tapis. Impedansi yang didapat diperoleh pada keadaan mendekati frekuensi resonansi. Tapis jenis ini dapat melaksanakan pengurangan harmonic untuk satu frekuensi tunggal secara efektif. Tujuan utama pemasangan tapis pasif parallel adalah :

a. Untuk mengurangi tegangan harmonic dan arus harmonic dalam jaringan ac pada level yang diizinkan.

b. Menyediakan seluruhnya atau sebagian daya reaktif yang dibutuhkan oleh beban takliniar merupakan langkah awal penalaran tapis.

Faktor kualitas suatu tapis pasif parallel merupakan ketajaman penalaran, dan merupakan perbandingan antara induktansi atau kapasitansi dengan resistansinya pada saat beresonansi. Tapis pasif parallel dengan Q tinggi ditala pada satu harmonic berfrekuensi rendah, misalnya harmonic ke -5 dan nilai Q-nya berkisar antara 30 dan 60, tapis ini disebut single tuned filter. Tapis ini merupakan untai RCL seri, yang ditala pada satu frekuensi harmonic (harmonic orde rendah) dengan persamaan impedansinya adalah :

÷

ø

ö

ç

è

æ

-+

=

C

L

j

R

Z

w

w

1

Yang pada frekuensi resonansinya (fr) direduksi menjadi R.

LC

fr

p

2

1

=

Ada dua parameter pokok yang harus dipertimbangkan untuk menentukan R, C, dan L yaitu factor kualitas Q, dan revisi frekuensi tala. Q untuk STF (single Tuned Filter) dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

R

X

Q

=

o

Dengan Xo adalah induktans L atau kapasitans C saat frekuensi resonans.

METODE

Tahapan – tahapan penelitian sebagai berikut :

a. Pembuatan model sistem distribusi listrik konsumen industri dengan data jaringan, pengukuran beban linier dan nonlinier.

b. Analisis dan evaluasi hasil perhitungan THDv di bus dan THDi di branch pada setiap virtual PCC yang ditentukan sesuai dengan standar IEEE. c. Mendisain tapis untuk bus/branch pada lokasi

virtual PCC yang memiliki THD melebihi batas standard an pengujian kembali nilai THDv dan THDi-nya.

d. Memonitor pengaruh harmonic baik sebelum dan sesudah virtual PCC dipasang tapis pada lokasi dan jenis tapis yang memberi pengurangan secara efektif.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sumber harmonic pada PM 7.1 adalah kontribusi dari berbagai bus antara lain MCC 71 dengan beban 187.2 kVA dan PF 0,47 dengan THDv 1,67% dan THDi 3,64%, MCC 72 dengan beban 192,6 kVA dan PF 0,81 dengan THDv 1,96% dan THDi 14,65% dan MCC 73 dengan beban 571,4 kVA dan PF 0,85 dengan THDv 2,89%, THDi 9,44%. Potensi harmonic terdapat pada bus MCC.72 dan MCC. 73 dimana THDi-nya melebihi batas 5%. Sumber harmonic ini berimbas pada bus PM. 71 atau virtual PCC.A dimana hasil evaluasi menunjukkan nilai THDv sebesar 1,13% dan THDi-nya sebesar 3,10%. Secara parsial pada PCC.A tidak menunjukkan kontribusi harmonic yang signifikan pada sistem karena dari evaluasi tidak ditunjukkan nilai yang melebihi batas. Bentuk gelombang arus yang ditunjukkan tidak begitu baik. Simulasi pemasangan filter menentukan pada bus MCC.71 perlu dipasang filter single tuned dengan nilai XL 0,007 ohm dan XC 0,138 ohm. Begitu pula pada bus

PM.71 perlu dipasang filter dengan nilai R 0,001 ohm, XL 0,014 ohm dan XC 0,262 ohm.

Mempertimbangkan pula pemasangan filter pada lokasi lain, hasil yang dapat diamati adalah perubahan pada PCC.A adalah nilai THDv sebesar 1,29% dan THDi-nya 2,12 %. Sumber harmonic pada PM 72 adalah kontribusi dari berbagai bus antara lain : MCC.74 dengan beban 202,7 kVA dan PF 0,84 dengan THDv 3,29% dan THDi 7,91%, MCC.76 dengan beban 203,8 kVA dan PF 0,74 dengan THDv 3,57% dan THDi 4,03% dan MCC.77 dengan beban 278,3 kVA dengan PF 0,84 dengan THDv 3,58% dan THDi 3,02 %. Potensi harmonic terdapat pada MCC.74 THDi-nya melebihi batas 5%. Sumber harmonic ini berimbas pada bus PM.72 atau virtual PCC.B dimana hasil evaluasi menunjukkan nilai THDv sebesar 2,93 % adan THDi sebesar 5,4%. Secara parsial pada PCC.B satu bus diMCCnya mampu memberi kontribusi harmonic yang signifikan pada bus diatasnya ditunjukkan hasil evaluasi yang menunjukkan melebihi batas. Nilai THDi didominasi oleh harmonic ke-5 melebihi batas standar sedangkan THDv pada semus harmoniknya masih di bawah batas.

Simulasi dengan pemasangan filter pada bus PM.72 dilakukan dengan filter single tuned dengan nilai R 0.009 ohm, XL 0,15 ohm dan XC 3,62 ohm.

SIMPULAN DAN SARAN

Secara umum perhitungan harmonic yang dilakukan memiliki distorsi tinggi pada nilai THDi disbanding THDv pada virtual PCC. Terhitung pada bus PM.71 memiliki THDv sebesar 1,13% dan THDi 3,10%, bus PM.72 memiliki THDv sebesar 2,93% dan THDi 5,48%, bus PM.81 memiliki THDv sebesar 4,72% dan THDi 22,91% dan bus PM.82 memiliki THDv sebesar 3,57% dan THDi 14,15%.

Penentuan ukuran filter perlu mempertimbangkan pengaruhnya terhadap bus-bus

lain. Koordinasi filter yang tepat memberikan pengaruh positif pada sistem ditunjukkan penurunan yang berarti pada bus Pm.71 memiliki THDi 2,12% bus PM.72 memiliki THDi 4,13% bus PM.81 memiliki THDi 3,98% dan bus PM.82 memiliki THDi 5,78%.

Perlu dikembangkan lagi pemodelan dan simulasi distorsi harmonic pada bus dengan sistem tiga fasa yang tidak seimbang dengan sumber harmonic yang tidak seimbang pula pada setiap fasanya.

DAFTAR PUSTAKA

Arrilaga, 2000. Power System Quality Assesment. John Wiley & Sons Ltd. New York.

Day Al, Mahmud AA, 1987. Methode of Evaluation of Harmonic Levels In Industrial Plant Distribution systems. IEEE Transc. On Industrial Aplications Vol 1A.23.no. 3, pp.498-503. New York.

Emanuel AE, 1993. A Survey of Harmonic Voltages and Currents at The Customers Bus. IEEE Transc. On Power Delivery. New York. Sabar Nababan, 2001. Tapis Paralel Pasif Untuk

Mengurangi Distorsi Harmonik Beban taklinier. Thesis JTE FT-UGM, Yogyakarta.

Suprianto, 2005. Evaluasi harmonic Pada Sistem Tenaga Listrik . Thesis JTE FT –UGM , Yogyakarta.

Yan Y, 1994. Harmonic Analysis for Industrial Customers. IEEE Transc. On Industrial Aplication. Vol 30. New York.