Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Tiga Fasa terhadap Hasil Pengukuran

Transkripsi

1 Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Tiga Fasa terhadap Hasil Pengukuran Franky Departemen Elektro FTUI Depok Dr. Ir. Rudy Setiabudy Departemen Elektro FTUI Depok Abstrak-Terdapat ketidaksamaan hasil pengukuran dengan menggunakan kwh-meter satu fasa dan kwh-meter tiga fasa. Hal ini disebabkan oleh perubahan beban yang ada yang menyebabkan ketidakseimbangan beban. Ketidakseimbangan beban ini berpengaruh terhadap hasil pengukuran dengan menggunakan kedua jenis alat. Kata kunci-ketidakseimbangan beban, kwh-meter I. Pendahuluan Dalam suatu sistem tenaga listrik, faktor beban menjadi faktor yang paling variatif. Beban yang digunakan dapat sewaktu-waktu berubah, baik besar, sudut fasor mapun jenis beban tersebut. dengan demikian menyebabkan timbulnya ketidakseimbangan beban. Dalam aplikasi beban kepada konsumen listrik, digunakan alat ukur energi listrik berupa kwh-meter. KWhmeter yang secara umum dikenal adalah kwh-meter satu fasa dan kwh-meter tiga fasa. Hasil pengukuran dengan kedua jenis kwh-meter ini tidak selalu sama. Perbedaan hasil pengukuran ini dapat menyebabkan ketidakakuratan dalam jual-beli listrik. Gambar a. b. Rangkaian percobaan II. Perencanaan Untuk mengetahui pengaruh ketidakseimbangan beban tiga fasa terhadap hasil pengukuran kwh-meter secara khusus, dilakukan pengujian. Rangkaian uji tersebut menggunakan komponen alat ukur energi berupa kwhmeter seperti ditunjukkan pada gambar berikut : Dari rangkaian tersebut, dipasang dua buah kwh-meter untuk masing-masing fasanya yaitu kwh-meter satu fasa dan kwh-meter tiga fasa. Rangkaian tersebut merupakan rangkaian sumber listrik arus bolak-balik tiga fasa dengan beban tiga fasa. Beban yang digunakan adalah beban resistif, beban induktif dan beban campuran /7/$ IEEE ICICS 27

2 Sebelum melakukan pengujian, alat-alat ukur kwhmeter disamakan hasil pengukurannya terlebih dahulu dengan membebani dengan beban yang sama selama kurun waktu beberapa saat. Jenis kwh-meter yang digunakan adalah kwh-meter analog untuk satu fasa (tiga buah untuk ketiga fasanya) dan tiga fasa (sebuah). KWh-meter analog ini menggunakan piringan yang berputar dengan elektroinduksi. Rangkaian yang dipakai menggunakan sumber tegangan tiga fasa di laboratorium Tegangan Tinggi dan Pengukuran Listrik Universitas Indonesia. Tegangan yang didapat berkisar Volt. Pengujian dilakukan dengan menjalankan beban selama selang waktu tertentu (3 menit atau 6 menit), kemudian didapat energi terpakai oleh beban tersebut selama beberapa waktu. Beban divariasikan dari keadaan seimbang (masingmasing fasa diberi beban.5watt kemudian dengan mempertahankan beban salah satu fasa, beban pada satu atau dua buah fasa lainnya diturunkan (divariasikan) sampai salah satu atau dua buah fasa terlepas sehingga terdapat hanya beban satu fasa pada rangkaian tiga fasa tersebut. Hasil yang didapat dibandingkan dengan nilai ketidakseimbangan beban tiga fasanya. Nilai ketidakseimbangan ini dihitung dengan membandingkan selisih terbesar dari daya beban antara dua buah fasa. Ketidakseimbangan ditentukan berdasarkan selisih beban antar fasa yang terbesar. Nilai ketidakseimbangan berkisar dari angka % sampai %. Ketidakseimbangan sebesar % jika seluruh beban sama nilainya, sedangkan ketidakseimbangan % jika ada salah satu atau dua fasa yang tidak berbeban dan fasa yang lain memiliki suatu nilai Beban Resistif Gambar 2 Beban resistif Beban Resistif Gambar 3 Beban resistif 2 Beban Induktif Gambar Beban induktif Beban Campuran III. Hasil pengujian dan analisisnya Hasil pengujianrangkaian tersebut sebagai berikut dalam bentuk grafik : Gambar 5 Beban campuran

3 Dari hasil pengukuran di atas terlihat bahwa pada beban seimbang, hasil pengukuran dengan menggunakan kwhmeter satu fasa lebih besar dari hasil pengukuran dengan menggunakan kwh-meter tiga fasa. Ketika keadaan beban tidak seimbang, hasil pengukuran dengan kwh-meter tiga fasa bergerak meningkat sampai masuk jangkauan ketidakseimbangan dimana hasil pengukuran dengan menggunakan kwh-meter tiga fasa menjadi lebih besar dari hasil pengukuran dengan menggunakan kwh-meter satu fasa. Terdapat titik dimana hasil pengukuran dengan menggunakan kedua jenis kwh-meter sama besar, yaitu pada ketidakseimbangan rata-rata : % + (2 7%) + 32% x % + % + 32% 22% 53% 3% 2% (3,62%,7%) +,7%% 2% 2% 9% (,9%) +,7% 2%,82% +, 7% 2,53% Pada grafik beban resistif 2, titik ketidakseimbangan 3% terletak diantara data ketiga dan data keempat. Data ketiga (%) memiliki selisih sebesar : 2, 596 2, 9,6, 8, 8% 2, pada data keempat (2%) memiliki selisih sebesar : 2,275 2,2,65, 286 2,86% 2,275 2,275 sedangkan pada titik ketidakseimbangan 3% : 3% % (2,86%,8%) +,8% 2% % 9% (,22%) +,8% 3%,75% +,8% 3,33% Untuk pemakaian listrik sehari-hari dengan pf berkisar,6 -,8 (nilai tengah,7 yang berarti ketidakseimbangan 3%), hasil pengukuran dengan menggunakan kwh-meter satu fasa lebih besar daripada hasil pengukuran menggunakan kwh-meter tiga fasa. Pada grafik beban resistif, titik ketidakseimbangan 3% terletak diantara data ketujuh dan data kedelapan. Data ketujuh (2%) memiliki selisih nilai sebesar :,23,2,2, 7, 7%,23,23 pada data kedelapan (2%) memiliki selisih nilai sebesar :,,6,, 362 3, 62%,6,6 sedangkan titik ketidakseimbangan 3% : Pada grafik beban induktif, titik ketidakseimbangan 3% terletak diantara data keempat dan data kelima. Data keempat (2%) memiliki selisih sebesar :,293,25,3, 333 3, 33%,293,293 pada data kelima (32%) memiliki selisih sebesar :,6,6 %,6 sedangkan pada titik ketidakseimbangan 3% : 32% 3% 2% 3,33% 3,33%,6% 32% 2% % Sehingga rata-rata ketiga tabel dengan memberi bobot 2x untuk data pada grafik beban resistif 2 (karena durasi pengujian dua kali durasi pengujian data pada tabel lain) adalah :

4 2, 53% + (2 3, 33%) +, 6% ,53% + 6, 66% +, 6% 9,8% 2,5% Pada rangkaian dengan beban induktif, hasil pengukuran dengan kwh-meter tiga fasa lebih besar dari hasil pengukuran dengan kwh-meter satu fasa mulai dari keadaan beban seimbang dan beban tidak seimbang dengan salah satu atau dua fasa dilepaskan. Untuk mengetahui apakah posisi penempatan kedua kwh-meter berpengaruh. Dilakukan percobaan pembanding dengan mengubah posisi kwh-meter satu fasa dengan kwhmeter tiga fasa. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai yang didapat mengalami perubahan. Pada rangkaian pengujian gambar terlihat bahwa kwh-meter tiga fasa ditempatkan pada jalur rangkaian yang lebih dekat dengan sumber arus listrik dibandingkan kwhmeter satu fasa yang diletakkan setelahnya. Posisi demikian membuat adanya jatuh tegangan pada kwh-meter tiga fasa yang mempengaruhi hasil pengukuran pada kwh-meter satu fasa menjadi berkurang. Untuk itu dilakukan percobaan dengan posisi kwh-meter satu fasa lebih dekat dengan sumber tegangan. Dari percobaan selama satu jam dengan beban resistif seimbang didapatkan hasil pengukuran kwh-meter satu fasa masing-masing sebesar,972 kwh ;,989 kwh dan,978 kwh yang berarti jumlah hasil pengukuran dengan kwhmeter satu fasa sebesar 2,939 kwh. Sedangkan hasil pengukuran dengan kwh-meter tiga fasa sebesar 2,92 kwh. Untuk melihat pengaruh harmonik terhadap hasil pengukuran kwh-meter, dilakukan pengukuran THD terhadap rangkaian. Pada sumber tiga fasa yang digunakan dengan keadaan tanpa beban, didapat nilai THD sebesar 3,2%. Ketiga dipasang alat ukur kwh-meter satu fasa pada masing-masing fasanya, THD meningkat menjadi,5%. Bila yang dipasang adalah kwh-meter tiga fasa, maka THD menjadi 5,2%, sedangkan bila dipasang baik kwh-meter tiga fasa dan kwh-meter satu fasa, THD menjadi,67%. Dari data tersebut terlihat bahwa alat ukur kwh-meter itu sendiri berpengaruh terhadap THD. Terlihat juga bahwa peningkatan THD ketika dipasang kwh-meter tiga fasa lebih besar daripada ketika dipasang kwh-meter satu fasa yang menunjukkan bahwa kwh-meter tiga fasa lebih berpengaruh terhadap THD daripada kwh-meter satu fasa. Harmonik ini dapat menimbulkan tambahan torsi pada kwh-meter jenis elektrodinamis yang menggunakan piringan induksi berputar. Sebagai akibatnya, putaran piringan akan lebih cepat atau terjadi kesalahan ukur kwhmeter karena piringan induksi tersebut dirancang hanya untuk beroperasi pada frekuensi dasar []. Maka, pada ketidakseimbangan besar dan beban non linier (induktif) dimana THD menjadi lebih berpengaruh karena ketidakseimbangan tersebut, hasil pengukuran kwh-meter tiga fasa menjadi lebih besar dari hasil pengukuran dengan kwh-meter satu fasa. IV. Kesimpulan - Terdapat perbedaan hasil pengukuran antara kwhmeter satu fasa dan kwh-meter tiga fasa pada pembebanan yang tak seimbang hingga mencapai,8% dimana hasil pengukuran dengan kwhmeter satu fasa lebih besar dari hasil pengukuran dengan kwh-meter tiga fasa pada ketidakseimbangan % sampai 2%. - Penggunaan beban induktif akan membuat hasil pengukuran menggunakan kwh-meter satu fasa lebih rendah daripada hasil pengukuran menggunakan kwh-meter tiga fasa dengan persentase selisih maksimum sebesar 35,%.

5 Daftar Pustaka [] Forysthe, Pengaruh Harmonik pada Transformator Distribusi yang dapat Mempengaruhi Kerja kwhmeter, h-harmonik-pada-transformator-distribusi-yangdapat-memepengaruhi-kerja-kwh-meter/, [2] Chapman, Stephen J.. Electric Machinery and Power System Fundamentals International edition. Mc Graw Hill. 22 [3] Welldy. Skripsi: Pengurangan Arus Harmonik Kabel Netral di Sisi Catu Sistem Distribusi Tiga Fasa Kawat menggunakan Transformasi Zig- Zag, Departemen Elektro Universitas Indonesia. 26 [] Setiabudy, Rudy. Pengukuran Besaran Listrik. LP- FEUI. 27