kajian eksperimental pengaruh ragam beban tiga-fase

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pasal 524.2 menyatakan bahwa konduktor netral harus berukuran paling sedikit sama dengan konduktor fasa. Menurut Ginting dkk (2013), terjadinya fenomena harmonik khususnya harmonik tripel n atau kelipatan ganjil harmonik orde 3 (h dan seterusnya) pada sistem tenaga listrik tiga fasa empat kawat akan menyebabkan terjadinya arus pada tegangan netral. konduktor. Menurut Institute of Electrical and Electronics Engineers (2003), arus yang dihasilkan pada penghantar netral akibat fenomena harmonik triple n bisa lebih besar dari arus dalam satu fasa bahkan bisa mencapai 170% arus fasa.

Rumusan Masalah

Terjadinya arus pada penghantar netral yang nilainya bahkan mungkin lebih besar dari arus fasa akan mengakibatkan pembebanan berlebihan pada penghantar netral, karena arus yang mengalir pada penghantar netral tidak sesuai dengan nilai daya dukung arus (KHA) sebesar konduktor yang terpasang. konduktor. Apakah ada pengaruh perbedaan besaran daya beban tiga fasa simetris terhadap pembangkitan listrik pada penghantar netral? Jika iya, berapa besar arus yang timbul pada penghantar netral akibat pengaruh daya beban tiga fasa simetris yang berbeda-beda.

Tujuan Penelitian

Batasan Masalah

Jenis beban yang digunakan untuk mewakili beban tiga fasa pada penelitian ini adalah beban penerangan satu fasa berupa lampu pijar, TL, LHE dan LED. Setiap jenis dan ukuran efek beban dihubungkan secara bintang dan disuplai dengan sumber tegangan tiga fasa empat kawat, dan diuji secara bergantian dengan ukuran efek beban simetris untuk setiap fasa.

Manfaat Penelitian

Sistematika Penulisan

TINJAUAN PUSTAKA

Sistem Tiga-Fase

Hubungan pada Sistem Tiga-Fase
Sistem Tiga-Fase Seimbang

Departemen Energi (1992), umumnya sistem tiga fasa dapat dihubungkan dengan menggunakan dua jenis sambungan, yaitu sambungan bintang atau sambungan delta. Hubungan segitiga adalah hubungan yang ketiga fasenya dihubungkan satu sama lain sehingga membentuk hubungan segitiga tiga fase. Kemudian gambar 2.5 menunjukkan vektor IRT dan vektor arus Is yang mempunyai besar vektor yang sama tetapi arahnya sama.

Beban Linier dan Nonlinier

Beban Linier
Beban Nonlinier

Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arus IR, IS dan IT tidak sama dengan nol, sehingga muncul besaran yaitu arus netral (IN) yang besarnya tergantung pada seberapa besar faktor ketidakseimbangannya. . Menurut De La Rosa (2006), beban non linier adalah beban yang mempunyai sifat menarik arus non sinusoidal meskipun disuplai dengan tegangan sinusoidal. Menurut Amalia dan Nazir (2015), bentuk gelombang arus yang disebabkan oleh beban non linier tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan sehingga menimbulkan gangguan atau distorsi.

Harmonik

Menurut Sankaran (2002), harmonik ke-1 mempunyai nilai frekuensi dasar, harmonik ke-2 mempunyai nilai frekuensi dua kali frekuensi dasar, harmonik ke-3 mempunyai nilai frekuensi tiga kali frekuensi dasar, harmonik ke-n mempunyai nilai frekuensi n kali lebih besar dari frekuensi dasar. Menurut De La Rosa (2006), harmonik ke-3 berarti harmonik yang frekuensinya tiga kali frekuensi dasar. Jika gelombang tegangan fundamental ditambahkan ke harmonik ke-3, diperoleh bentuk gelombang tegangan non-sinusoidal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Jenis-Jenis Harmonik

Harmonik Urutan Positif
Harmonik Urutan Negatif
Harmonik Urutan Nol

Harmonisa urutan negatif adalah harmonik yang mempunyai urutan fasa berlawanan dengan fasor aslinya, yang terdiri dari tiga fasor yang berukuran sama dan mempunyai beda fasa masing-masing 1200 dengan urutan fasa R-T-S. Harmonisa barisan nol merupakan harmonik yang besaran fasornya sama dan beda fasa sebesar 00. Di antara jenis-jenis harmonik berdasarkan rangkaian fasa di atas, berbagai komponen harmonik dapat dirangkum pada Tabel 2.1.

Sumber Harmonik

Triple-n Harmonik

Jumlah vektor arus tiga fasa A, B dan C diasumsikan nol, sehingga tidak ada arus yang mengalir pada penghantar netral. Namun, arus harmonik tripel-n dari tiga fasa mengalir dalam konduktor netral, sehingga jumlahnya mencapai tiga kali lipat arus harmonik triple-n dari setiap fasa.

Indeks Harmonik

Individual Harmonic Distortion (IHD)
Total Harmonic Distortion (THD)

Menurut Sankaran (2002), THD merupakan perbandingan nilai RMS total komponen harmonik dengan nilai RMS komponen fundamental. Misalnya arus fundamental nonlinier adalah I1 dan komponen harmoniknya adalah I2, I3, I4, I5, ….In, maka nilai RMS total komponen harmoniknya adalah

Standar Harmonik

Dampak Harmonik pada Peralatan

Rugi-Rugi pada Kabel Konduktor dan Kawat Transmisi
Generator Sinkron
Sistem Proteksi
Motor Listrik
Transformator

Rugi-rugi tambahan akibat beban non linier disebabkan oleh rugi-rugi arus urutan nol dan rugi-rugi arus urutan negatif. Menyebabkan peningkatan pemanasan dan rugi-rugi pada peralatan switching, sehingga mengakibatkan kemampuan menghantarkan arus dan memperpendek umur beberapa komponen isolator. Harmonisa arus atau tegangan menyebabkan peningkatan rugi-rugi pada belitan stator, rangkaian rotor, dan laminasi stator dan rotor sehingga mengurangi efisiensi.

Karakteristik Beban Penerangan

Lampu Pijar
Lampu TL
Lampu LHE
Lampu LED

Lampu neon atau yang lebih dikenal dengan lampu neon merupakan salah satu jenis lampu yang banyak digunakan. Penggunaan lampu neon sudah sangat luas dan sangat umum, baik untuk penerangan rumah, perkantoran maupun penerangan di industri. Mahayanti (2004) menyatakan bahwa keunggulan lampu TL ini adalah menghasilkan keluaran cahaya per watt daya yang digunakan lebih tinggi dibandingkan bola lampu biasa.

Pengoperasian standar lampu neon hanya memerlukan komponen yang sangat sedikit yaitu pemberat berupa induktor, starter, tabung lampu neon dan kapasitor yang biasanya jarang digunakan. Starter merupakan bagian penting dalam sistem lampu neon ini karena starter akan menghasilkan pulsa trigger yang memungkinkan ballast menghasilkan lonjakan tegangan tinggi. Hal ini menyebabkan gas neon di dalamnya menjadi dingin atau terdeionisasi, dan pada kondisi starter tertutup terdapat arus yang memanaskan filamen tabung lampu neon, sehingga gas yang berada di dalam tabung lampu neon terionisasi atau memanas.

Ketika gas neon pada tabung starter sudah cukup dingin maka bimetal pada tabung starter terbuka kembali sehingga pemberat akan menghasilkan lonjakan tegangan tinggi yang menyebabkan elektron melompat dari kedua elektroda dan menyinari lapisan fluoresen tabung lampu TL. Peristiwa ini akan terulang kembali, dan bila gas dalam tabung fluoresen tidak terionisasi sempurna sehingga tidak cukup arus yang melewati filamen tabung fluoresen, maka lampu neon akan tampak berkedip-kedip. Lampu TL merupakan salah satu jenis beban penerangan yang tergolong jenis beban non linier, sehingga lampu TL berpotensi menghasilkan harmonisa dalam pengoperasiannya.

Bien dan Sudarno (2004) menyatakan bahwa berdasarkan hasil pengukuran THD arus lampu neon standar terlihat bahwa harmonisa arus yang dihasilkan lampu neon standar pada umumnya merupakan harmonisa ganjil dan yang paling dominan adalah harmonisa orde ketiga. harmonis dengan nilai IHD saat ini sebesar 14,9%.

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian
Peralatan dan Bahan

Peralatan
Bahan

Skema Penelitian
Langkah Penelitian
Jadwal Penelitian

Nilai persentase arus netral yang timbul pada setiap besaran daya lampu TL dapat dihitung sebagai berikut. Arus netral dengan nilai tertinggi terjadi pada lampu TL dengan daya 10 Watt mencapai nilai 42,85% dari arus fasa. Nilai persentase arus netral yang timbul pada berapapun besarnya daya lampu LHE dapat dihitung sebagai berikut.

Nilai persentase arus netral yang timbul pada setiap ukuran daya lampu LED dapat dihitung sebagai berikut.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Rangkaian Modul Penelitian dan Tegangan Sumber

TL1, TL2 dan TL3 merupakan lampu TL 10 Watt dan 20 Watt yang dipasang pada masing-masing fasanya. S1, S2 dan S3 merupakan saklar seri yang masing-masing dipasang pada setiap fasanya, yang beroperasi untuk menghidupkan dan mematikan lampu TL 10 Watt dan 20 Watt secara bergantian atau bersamaan. SS1 merupakan saklar yang berfungsi untuk menghubungkan amperemeter arus fasa dengan salah satu fasa sehingga amperemeter dapat bekerja untuk menampilkan nilai arus fasa yang dipilih.

SS2 juga merupakan saklar yang berfungsi untuk memilih amperemeter arus fasa yang akan digunakan. TS1, TS2 dan TS3 merupakan kontak normal tertutup (NC) yang digunakan untuk memutus dan mengalihkan aliran arus listrik dari salah satu fasa.

Konfigurasi Beban Uji

Karakter Arus Netral Untuk Setiap Ragam Beban

Arus netral dalam sistem 3 fasa 4 kawat simetris adalah akumulasi dari 3. mengurutkan arus harmonik pada setiap fasanya. Selain itu kemunculan arus netral juga terlihat pada setiap besaran daya lampu TL yang diuji. Nilai arus netral yang terjadi sebanding dengan besarnya arus fasa sesuai dengan besar daya lampu TL yang diuji.

Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan lampu TL pada sistem simetris tiga fasa empat kawat dengan ukuran daya 10, 20 dan 30 Watt dapat menghasilkan arus netral yang nilainya lebih kecil dari arus fasa. Selain itu, terjadinya arus netral juga terlihat pada setiap ukuran daya lampu LHE yang diuji. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan LHE pada sistem tiga fasa empat kawat simetris dengan ukuran daya 10, 20 dan 30 Watt dapat menghasilkan arus netral yang nilainya bahkan lebih besar dari arus fasa.

Arus netral dengan nilai tertinggi terjadi pada LHE dengan daya 10 Watt yang mencapai nilai 171,42% lebih besar dibandingkan arus fasa. Selain itu, munculnya arus netral juga diamati pada setiap ukuran daya lampu LED yang diuji. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan LED pada sistem tiga fasa empat kawat simetris dengan ukuran daya 10, 20 dan 30 Watt dapat menghasilkan arus netral yang lebih besar dari arus fasa.

Perbandingan Arus Fase pada Ragam Beban Uji

Arus Fase pada Beban 10 Watt

Arus fasa pada lampu pijar, LHE dan LED dengan besaran daya 10 Watt adalah sama. Arus fasa pada lampu TL 10 Watt mempunyai nilai yang jauh lebih besar dibandingkan dengan arus fasa pada jenis lampu lainnya. Berdasarkan perhitungan di atas terlihat bahwa impedansi total setiap fasa dengan beban lampu TL 10 Watt mempunyai nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan impedansi lampu pijar, LHE dan LED.

Sedangkan lampu LHE memiliki nilai arus fasa terkecil, disusul lampu LED dan lampu pijar. Sedangkan arus fasa pada lampu LHE, LED, dan lampu pijar memiliki nilai yang sama pada setiap fasanya. Arus fasa lampu LHE sebesar 150 mA, arus fasa lampu LED 165 mA, dan arus fasa lampu pijar 170 mA.

Pengujian dengan ukuran daya 20 Watt pada setiap jenis lampu menunjukkan terdapat perbedaan arus fasa yang besar pada setiap jenis lampu. Lampu LED memiliki nilai impedansi yang lebih kecil dibandingkan impedansi lampu LHE. Hal ini dapat menyebabkan perbedaan besar kecilnya arus fasa pada setiap jenis lampu dengan besaran daya yang sama.

Arus fasa pada lampu LHE sebesar 210 mA, arus fasa pada lampu LED sebesar 230 mA, dan arus fasa pada lampu pijar sebesar 250 mA.

Perbandingan Arus Netral pada Ragam Beban Uji

Arus Netral pada Beban 10 Watt

Pengujian lampu pijar dengan ukuran daya 10 Watt, 20 Watt dan 30 Watt tidak menunjukkan adanya pengaruh terhadap pembangkitan arus netral. Pengujian pada lampu TL dengan ukuran daya 10 Watt, 20 Watt dan 30 Watt menunjukkan munculnya arus netral yang nilainya lebih kecil dari arus fasa yaitu 42,8% untuk lampu TL dengan daya 10 Watt sebesar 28,40%. untuk TL atau lampu dengan keluaran 20 Watt dan 36,95% untuk lampu TL dengan keluaran 30 Watt. Arus netral yang terjadi pada setiap besaran daya lampu TL yang diuji berturut-turut adalah 75 mA, 80 mA, dan 170 mA.

Pengujian pada lampu LHE menunjukkan terbentuknya arus netral yang nilainya lebih besar dari arus fasa yaitu 171,42% untuk lampu LHE 10 W, 136,54% untuk lampu LHE 20 W, dan 147,30% untuk LHE. Lampu 20 W. LHE 30 W. Arus netral yang dihasilkan masing-masing ukuran lampu LHE yang diuji berturut-turut adalah 120 mA, 225.3 mA dan 338.8 mA. Pengujian pada lampu LED menunjukkan terbentuknya arus netral yang nilainya lebih besar dari arus fasa yaitu 207,14% untuk lampu LED daya 10 W, 151,73% untuk lampu LED daya 20 W dan 161,66% untuk bola lampu LED. dengan daya 20 W. LED dengan daya 30 W.

PENUTUP

Kesimpulan

Saran

Analisis tingkat efisiensi energi dan biaya pengoperasian sistem lampu neon elektronik versus sistem trafo neon berdasarkan desain eksperimen faktorial.