BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konsep Kualitas Daya Listrik Istilah kualitas daya listrik merupakan suatu konsep yang memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat adanya gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan. Ada empat alasan utama yang menyebabkan kualitas daya semakin menjadi perhatian saat ini, yaitu[2]: 1. Pertumbuhan beban-beban listrik dewasa ini bersifat lebih peka terhadap kualitas daya listrik seperti sistem kendali dengan berbasis pada mikroprosesor dan perangkat elektronika daya. 2. Meningkatnya perhatian yang ditekankan pada efisiensi sistem daya listrik secara menyeluruh, sehingga menyebabkan terjadinya peningkatan penggunaan peralatan yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Penggunaan peralatan-peralatan tersebut dapat mengakibatkan peningkatkan terhadap tingkat harmonik pada sistem daya listrik, dimana dampak harmonisa tersebut dapat menurunkan kemampuan dari sistem daya listrik itu sendiri. 3. Meningkatnya kesadaran bagi para pengguna energi listrik terhadap masalah kualitas daya listrik. Para pengguna utilitas kelistrikan menjadi lebih pandai dan bijaksana mengenai persoalan seperti interupsi, sags, dan peralihan 3

2 transien dan merasa berkepentingan untuk meningkatkan kualitas distribusi daya listriknya. 4. Sistem tenaga listrik yang saling berhubungan dalam suatu jaringan interkoneksi, di mana sistem tersebut memberikan suatu konsekuensi bahwa kegagalan dari setiap komponen dapat mengakibatkan kegagalan pada komponen lainnya. Ukuran keandalan dan kualitas listrik secara umum ditentukan oleh beberapa parameter sebagai berikut[1]: 1. Frekuensi dengan satuan Hertz (Hz). Yaitu jumlah siklus arus bolak-balik (Alternating Current, AC) per detik. Beberapa negara termasuk Indonesia menggunakan frekuensi listrik standar, sebesar 50 Hz. Frekuensi listrik ditentukan oleh kecepatan perputaran dari turbin sebagai penggerak mula. Salah satu contoh akibat dari frekuensi listrik yang tidak stabil adalah akan mengakibatkan perputaran motor listrik sebagai penggerak mesin-mesin produksi di industri manufaktur juga tidak stabil, dimana hal ini akan mengganggu proses produksi. Gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem frekuensi: a. Penyimpangan terus-menerus (continuous deviation); frekuensi berada diluar batasnya pada saat yang lama (secara terus-menerus), frekuensi standar 50 Hz dengan toleransi 0,6 Hz (49,4 50,6 Hz). b. Penyimpangan sementara (transient deviation); penurunan atau penaikkan frekuensi secara tiba-tiba dan sesaat. 4

3 2. Tegangan dengan satuan Volt (V). Tegangan yang baik adalah tegangan yang tetap stabil pada nilai yang telah ditentukan. Walaupun terjadinya fluktuasi (ketidakstabilan) pada tegangan ini tidak dapat dihindarkan, tetapi dapat diminimalkan. Gangguan pada tegangan antara lain: a. Fluktuasi Tegangan; seperti: tegangan lebih (overvoltage), tegangan kurang (undervoltage) dan tegangan getar (flicker). Tegangan lebih pada sistem akan mengakibatkan arus listrik yang mengalir menjadi besar dan mempercepat kemunduran isolasi sehingga menyebabkan kenaikan rugi-rugi daya dan operasi, memperpendek umur kerja peralatan dan yang lebih fatal akan terbakarnya peralatan tersebut. Peralatan-peralatan yang dipengaruhi saat terjadi tegangan lebih adalah transformer, motor-motor listrik, kapasitor daya dan peralatan kontrol yang menggunakan coil/kumparan seperti solenoid valve, magnetic switch dan relay. Tegangan lebih biasanya disebabkan karena eksitasi yang berlebihan pada generator listrik (over excitation), sambaran petir pada saluran transmisi, proses pengaturan atau beban kapasitif yang berlebihan pada sistem distribusi. Tegangan kurang pada sistem akan mengakibatkan berkurangnya intensitas cahaya (redup) pada peralatan penerangan, bergetar dan terjadi kesalahan operasi pada peralatan kontrol seperti automatic valve, magnetic switch dan auxiliary relay, menurunnya torsi pada saat start (starting torque) pada motor-motor listrik. Tegangan kurang biasanya disebabkan oleh kurangnya eksitasi pada generator listrik (drop excitation), saluran 5

4 transmisi yang terlalu panjang, jarak beban yang terlalu jauh dari pusat distribusi atau peralatan yang sudah berlebihan beban kapasitifnya. b. Kedip Tegangan (voltage sag); adalah turunnya tegangan (umumnya sampai 10%) dalam perioda waktu yang sangat singkat (dalam mili detik). Penyebabnya adalah hubungan singkat (short circuit) antara fasa dengan tanah atau fasa dengan fasa pada jaringan distibusi. Tegangan kedip dapat mengakibatkan gangguan pada: stabilisator tegangan arus DC, electromagnetic switch, variable speed motor, high voltage discharge lamp dan under voltage relay. c. Harmonisa Tegangan (voltage harmonic); adalah komponen-komponen gelombang sinus dengan frekuensi dan amplitudo yang lebih kecil dari gelombang asalnya (bentuk gelombang yang cacat). Contoh : Gelombang asal: (28,3) sin ( t) kv. Harmonisa ke-3: (28,3/3) sin (3 t) kv. Harmonisa ke-5: (28,3/5) sin (5 t) kv. Harmonisa Tegangan dapat mengakibatkan : panas yang berlebihan, getaran keras, suara berisik dan terbakar pada peralatan capacitor reactor (power capacitor); meledak pada peralatan power fuse (power capacitor); salah beroperasi pada peralatan breaker; suara berisik dan bergetar pada peralatan rumah tangga (seperti : TV, radio, lemari pendingin dsb.) ; dan pada peralatan motor listrik, elevator dan peralatan-peralatan kontrol akan terjadi suara berisik, getaran yang tinggi, panas yang berlebihan dan kesalahan operasi. Kontribusi arus harmonisa akan menyebabkan cacat (distorsi) pada tegangan, tergantung seberapa besar kontribusinya. 6

5 Cara mengurangi pengaruh harmonisa tegangan yang terjadi pada sistem adalah dengan memasang harmonic filter yang sesuai pada peralatan-peralatan yang dapat menyebabkan timbulnya harmonisa seperti arus magnetisasi transformer, static VAR compensator dan peralatanperalatan elektronika daya (seperti inverter, rectifier, converter, dsb.) d. Ketidakseimbangan tegangan (Unbalance Voltage); umumnya terjadi di sistem distribusi karena pembebanan fasa yang tidak merata. Gangguan-gangguan tegangan sebagaimana dijelaskan diatas dapat menyebabkan peralatan-peralatan yang menggunakan listrik, beroperasi secara tidak normal dan yang paling fatal adalah kerusakan atau terbakarnya peralatan. 3. Interupsi atau Pemadaman Listrik Interupsi ini dapat dibedakan menjadi: a. Pemadaman yang direncanakan (Planned Interruption/scheduled interruption); adalah pemadaman yang terjadi karena adanya pekerjaan perbaikan atau perluasan jaringan pada sistem tenaga listrik. b. Pemadaman yang tidak direncanakan (Unplanned Interruption); adalah pemadaman yang terjadi karena adanya gangguan pada sistem tenaga listrik seperti hubung singkat (short circuit). 7

6 2.1.1 Jenis - Jenis Permasalahan Kualitas Daya Listrik Permasalahan kualitas daya listrik disebabkan oleh gejala-gejala atau fenomena-fenomena elektromagnetik yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Gejala-gejala elektromagnetik yang menyebabkan permasalahan kualitas daya adalah[3]: 1. Gejala Peralihan (Transient). Yaitu suatu gejala perubahan variabel (tegangan, arus dan lain-lain) yang terjadi selama masa transisi dari keadaan operasi tunak (steady state) menjadi keadaan yang lain. 2. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Pendek (Short-Duration Variations). Yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan dalam waktu yang singkat yaitu kurang dari 1 (satu) menit. 3. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Panjang (Long-Duration Variations). Yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan, dalam waktu yang lama yaitu lebih dari 1 (satu) menit. 4. Ketidakseimbangan Tegangan (Voltage Imbalance). Yaitu gejala perbedaan besarnya tegangan dalam sistem tiga fasa serta sudut fasanya. 5. Distorsi Gelombang (Waveform Distortion). Yaitu gejala penyimpangan dari suatu gelombang (tegangan dan arus) dari bentuk idealnya berupa gelombang sinusoidal. 6. Fluktuasi Tegangan (Voltage Fluctuations). Yaitu gejala perubahan besarnya tegangan secara sistematik. 7. Gejala Perubahan Frekuensi Daya (Power Frequency Variations). Yaitu gejala penyimpangan frekuensi daya listrik pada suatu sistem tenaga listrik. 8

7 2.1.2 Gejala Peralihan (Transient)[3] Gejala peralihan / transien terdiri dari dua jenis yaitu transien impuls dan transien osilasi. Transien impuls adalah gejala transien yang mempunyai satu arah polaritas, yaitu polaritas positif atau negatif. Sedangkan transien osilasi adalah gejala transien yang mempunyai dua arah polaritas, yaitu polaritas positif dan negatif. Sumber utama transien yang terjadi pada sistem utilitas kelistrikan adalah petir dan pensaklaran kapasitor. Tegangan tinggi petir merupakan sumber gejala peralihan impuls, di mana surja petir hanya mempunyai satu polaritas saja. Sedangkan proses membuka dan menutupnya saklar kapasitor daya dapat menghasilkan gejala peralihan osilasi, karena mempunyai dua polaritas, yaitu positif dan negatif. Gambar 2.1 Transien Impuls Arus Petir [3] 9

8 Gambar 2.2 Transien Osilasi Disebabkan Switching Kapasitor Daya[3] Gejala Perubahan Tegangan Durasi Pendek (Short-Duration Variations)[3] Berdasarkan waktu lama kejadian, gejala variasi durasi pendek terdiri dari 3 jenis, yaitu instantaneous, momentary, dan temporary. Perubahan tegangan instantaneous atau waktu seketika, terjadi dalam waktu 0,5 sampai 30 cycles; sedangkan momentary dalam waktu 30 cycles sampai 3 detik dan perubahan tegangan tipe temporary terjadi dalam waktu 3 detik sampai 1 menit. Berdasarkan nilai perubahan tegangan, gejala variasi durasi pendek ini dibedakan menjadi 3 jenis yaitu : interuption, sag dan swell. Gejala perubahan tegangan durasi pendek dapat disebabkan oleh gangguan karena suatu proses penyulangan energi listrik terhadap beban yang besar, dimana pada saat penyulangan tersebut diperlukan arus awal yang tinggi, atau lepasnya koneksitas pengkabelan listrik yang kadang-kadang terjadi. Jenis-jenis perubahan tegangan durasi pendek (interuption, sag dan swell) tergantung dari lokasi gangguan dan kondisi sistem. Dampak dari perubahan nilai tegangan durasi 10

9 pendek ini sebenarnya adalah kondisi pada saat gangguan selama peralatan proteksi beroperasi untuk menghilangkan gangguan tersebut Interuption Interupsi adalah gangguan yang terjadi ketika tegangan suplai atau arus beban menurun sampai kurang dari 0,1 pu (per unit) untuk periode waktu tidak lebih dari 1 menit. Interupsi diukur dengan lamanya waktu terjadi gangguan, di mana besarnya tegangan yang terjadi pada saat gangguan selalu kurang dari 10 persen dari tegangan nominalnya. Lama terjadinya interupsi dikarenakan oleh gangguan pada sistem utilitas dan ditentukan oleh waktu pengoperasian dari peralatan proteksi. Peralatan proteksi (recloser) pada umumnya akan membatasi interupsi disebabkan oleh gangguan non permanen kurang dari 30 siklus. Lamanya gangguan karena kesalahan fungsi peralatan atau koneksitas peralatan yang longgar atau kurang baik Sags Sags atau dips atau jatuh tegangan adalah suatu peristiwa penurunan tegangan antara 0,1 dan 0,9 pu dari rms tegangan pada frekuensi dayanya selama 0,5 siklus sampai 1 menit. Komunitas peneliti tentang kualitas daya telah menggunakan istilah sags selama bertahun-tahun untuk menggambarkan peristiwa penurunan tegangan dalam waktu yang pendek. Meskipun istilah ini tidak ditetapkan secara resmi, tapi semakin diterima dan digunakan oleh pengguna dan produsen sistem tenaga listrik. Namun IEC mendefinisikan untuk fenomena ini sebagai dip. Terminologi yang digunakan untuk menggambarkan besarnya penurunan tegangan masih sering membingungkan. Sag 20 persen" dapat memberikan 11

10 gambaran terhadap menurunnya tegangan menjadi 0,8 pu atau menurunnya tegangan hingga menjadi 0,2 pu. Maka harus disepakati pengertian yang bagaimana yang dipakai. Nilai nominal atau nilai dasar dari suatu tegangan juga harus ditentukan. Sags tegangan biasanya terkait dengan kesalahan atau gangguan dari sistem, tetapi dapat juga terjadi karena penyulangan terhadap suatu beban besar atau memulai pengoperasian motor berkapasitas besar. Gambar 2.3 di bawah ini memperlihatkan sebuah sag tegangan karena adanya gangguan satu fasa ke tanah. Gambar 2.3 Sag Tegangan Karena Gangguan Satu Fasa Ke Tanah[3] Swells Swells adalah suatu peristiwa di mana tegangan mengalami kenaikan antara 1,1 dan 1,8 pu dari tegangan rms atau arus pada frekuensi dayanya, dengan lama gangguan 0,5 siklus ke 1 menit. Seperti halnya dengan sags, naiknya tegangan ini biasanya dikaitkan dengan kondisi karena gangguan atau kesalahan 12

11 sistem. Salah satu contoh swells adalah terjadinya kenaikan tegangan sementara pada saat gangguan satu fasa ke tanah. Lonjakan kenaikan tegangan dapat juga disebabkan oleh adanya pemutusan beban besar atau penyulangan terhadap bank kapasitor. Karakteristik swells dapat diketahui dengan melihat besar kenaikan tegangan dan lamanya peristiwa itu terjadi. Besarnya kenaikan tegangan yang terjadi dipengaruhi oleh letak gangguan, besarnya impedansi sistem tenaga serta sistem pentanahannya. Pada sistem yang tidak diketanahkan dengan impedansi urutan nol yang tak terhingga, maka tegangan fasa akan mengalami kenaikan sebesar 1,73 pu pada saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah. Untuk gangguan yang terjadi dengan lokasi berada dekat gardu induk, maka akan terdapat sedikit atau tidak ada kenaikan tegangan pada fasa yang tidak sehat, karena trafo daya pada gardu induk biasanya terhubung delta bintang yang menyediakan impedansi urutan nol yang rendah, sebagai saluran untuk arus gangguan ke tanah Gejala Perubahan Tegangan Durasi Panjang (Long-Duration Variations)[3] Gejala perubahan tegangan durasi panjang mempunyai waktu penyimpangan terhadap frekuensi dayanya selama lebih dari 1 menit. Jenis dari gejala variasi durasi panjang ada 3 (tiga), yaitu : overvoltages, undervoltages, dan sustained interuption. Gejala perubahan tegangan durasi panjang umumnya berasal bukan dari kesalahan atau gangguan sistem, tetapi disebabkan oleh perubahan beban pada sistem dan pada saat pengoperasian pensaklaran sistem. 13

12 Gejala perubahan tegangan durasi panjang biasanya ditampilkan sebagai grafik tegangan rms terhadap waktu Overvoltage Overvoltages atau tegangan lebih adalah suatu gejala peningkatan nilai tegangan rms bolak-balik sebesar lebih dari 110 persen pada frekuensi daya untuk waktu lebih dari 1 menit. Overvoltages biasanya akibat operasi pensaklaran beban (misalnya switching dari sebuah beban besar atau kapasitor bank) Undervoltage Undervoltage adalah suatu gejala penurunan tegangan rms bolak-balik sebesar kurang dari 90 persen dari nilai tegangan nominal pada frekuensi daya untuk durasi lebih dari 1 menit. Undervoltages adalah hasil dari suatu peristiwa kembalinya keadaan overvoltage menuju keadaan normalnya. Sebuah operasi pensaklaran beban atau memutuskan kapasitor bank dapat menyebabkan undervoltage, sampai keadaan di mana peralatan pengaturan tegangan pada sistem tegangan tersebut dapat membawa kembali pada toleransi nilai tegangan yang standar Interupsi Berkelanjutan (Sustained Interruptions) Pada saat tegangan suplai dari sebuah sistem tenaga menjadi nol untuk jangka waktu lebih dari 1 menit, maka gejala perubahan tegangan ini disebut interupsi atau pemadaman berkelanjutan. Gangguan tegangan yang terjadi lebih dari 1 menit merupakan gangguan permanen yang membutuhkan campur tangan tenaga teknisi untuk memperbaiki sistem tenaga tersebut, agar kembali menjadi normal seperti sebelum terjadinya gangguan. Istilah pemadaman berkelanjutan (sustained interuption) mengacu pada fenomena yang terjadi sistem tenaga listrik 14

13 tertentu dan secara umum tidak ada hubungannya dengan penggunaan istilah outage. Istilah outage lebih menerangkan keluarnya komponen dari sistem tenaga listrik, di mana hal ini lebih berhubungan dengan keandalan dari suatu sistem tenaga listrik Ketidak-seimbangan Tegangan (Voltage Imbalance)[3] Ketidak-seimbangan tegangan (voltage imbalance atau unbalance) didefinisikan sebagai penyimpangan atau deviasi maksimum dari nilai rata-rata tegangan sistem tiga fase tegangan atau arus listrik, dibagi dengan nilai rata-rata tegangan tiga fasa atau arus tersebut, dan dinyatakan dalam persen. Gambar 2.4 Ketidak-seimbangan Tegangan Pada Sistem Tenaga Perumahan[3] Ketidak-seimbangan dapat didefinisikan menggunakan komponen simetris. Rasio atau perbandingan nilai tegangan komponen urutan negatif atau 15

14 urutan nol dengan nilai tegangan komponen urutan positif dapat digunakan untuk menentukan persentase ketidakseimbangan. Gambar 2.4 menunjukkan contoh kedua buah perbandingan tersebut, yang menggambarkan ketidak-seimbangan tegangan selama 1 minggu yang terjadi pada saluran tenaga untuk perumahan. Besarnya ketidak-seimbangan tegangan yang pada sumber utama tidak boleh lebih dari 2 %. Nilai kritis dari keadaan ketidakseimbangan tegangan adalah jika nilai persentase perbandingannya melebihi 5 %, hal ini biasanya terjadi karena terputusnya salah satu fasa dari sistem tenaga listrik tiga fasa Distorsi Gelombang (Waveform Distortion)[3] Distorsi gelombang didefinisikan sebagai suatu penyimpangan bentuk gelombang dari benuk normal sinusoidal sesuai dengan frekuensi dayanya, pada keadaan tanpa gangguan (steady state). Terdapat lima jenis penyimpangan bentuk gelombang yang terjadi, yaitu: DC Offset, Harmonisa, Interharmonisa, Nocthing dan Noise DC Offset DC offset adalah suatu keadaan adanya sebuah tegangan atau arus dc dalam sistem tenaga listrik bolak-balik. DC offset dapat terjadi sebagai akibat dari gangguan geomagnetik atau disebabkan oleh penggunaan peralatan penyearah setengah gelombang. Salah satu sumber DC offset adalah lampu hemat energi dimana lampu tersebut menggunakan penyearah dioda, yang menghasilkan tegangan dc setengah gelombang yang digunakan untuk beroperasinya lampu tersebut. Arus searah (direct current) yang timbul akibat adanya erosi elektroda sistem pentanahan ataupun sambungan dari peralatan lain, dapat menyebabkan 16

15 efek merugikan pada inti transformator saat trafo beroperasi dalam keadaan jenuh. Kerugian yang ditimbulkan adalah adanya pemanasan pada trafo dan mengurangi umur penggunaan transformator tersebut Harmonisa 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, dalam hal ini 50Hz, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan yang idealnya adalah sinusiodal murni akan cacat akibat distorsi harmonisa yang terjadi. Harmonisa didefenisikan sebagai gelombang-gelombang sinus (arus dan tegangan) yang mempunyai frekuensi kelipatan integer (bilangan bulat) dari frekuensi fundamentalnya.(di Indonesia adalah 50 Hz). Jika frekuensi pada 50/60 Hz (Indonesia menggunakan 50 Hz) dikatakan sebagai frekuensi fundamental/frekuensi dasar (f), maka jika gelombang tersebut mengalami distorsi atau dikatakan harmonisa bila mengalami kelipatan frekuensi dari frekuensi dasarnya, misalnya harmonik kedua (2f) pada 100 Hz, ketiga (3f) 150 Hz dan harmonisa ke-n memiliki frekuensi nf seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.5. Gelombang-gelombang ini akan menumpang pada gelombang frekuensi dasarnya dan akan terbentuk gelombang cacat yang merupakan penjumlahan antara gelombang murni dengan gelombang harmonisa ke-3 seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.6 sebagai berikut: 17

16 Gambar 2.5 Gelombang Fundamental, Harmonisa Kedua dan Harmonisa Ketiga[3] Gambar 2.6 Gelombang Fundamental yang Terdistorsi Harmonisa Ke-3[3] Pada Gambar 2.6 ditunjukkan bahwa gelombang harmonisa yang ketiga terbentuk menjadi tiga periode gelombang yang berulang pada saat gelombang yang berulang pada saat gelombang yang fundamentalnya masih berlangsung dalam satu periode. Hal ini juga untuk gelombang yang lainnya, seperti gelombang harmonisa yang ke lima juga terbentuk menjadi lima periode gelombang yang lebih kecil lagi amplitudonya saat gelombang harmonisa yang fundamental dari gelombang tersebut masih berlangsung dalam satu periode. 18

17 Interharmonisa Tegangan atau arus yang memiliki komponen-komponen frekuensi yang bukan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi daya (misalnya 50 atau 60 Hz) disebut interharmonisa. Interharmonisa dapat muncul sebagai frekuensi diskrit atau sebagai spektrum pita lebar. Interharmonisa dapat ditemukan dalam jaringan sistem tenaga listrik untuk semua klasifikasi tegangan. Sumber utama dari distorsi gelombang interharmonisa adalah konverter frekuensi statis, cyclo-converter, motor induksi, dan peralatan yang menimbulkan busur api. Sinyal pembawa pada saluran tenaga listrik juga dapat dianggap sebagai interharmonisa. Interharmonisa dihasilkan dari proses konversi frekuensi, dan nilainya tergantung dari perubahan beban. Interharmonisa arus dapat membangkitkan resonansi cukup tinggi pada sistem tenaga listrik sebagai akibat adanya perubahan frekuensi interharmonisa menjadi frekuensi yang digunakan dalam sistem tenaga. Hal ini dapat ditunjukkan dengan adanya pengaruh sinyal pembawa pada saluran daya, adanya flicker yang terlihat secara visual pada lampu fluoressent, atau adanya pencahayaan secara busur listrik seperti yang terjadi pada layar perangkat komputer Notching Notching adalah gangguan tegangan periodik yang disebabkan oleh penggunaan peralatan eletronika daya secara normal, di mana terjadi saat komutasi arus dari satu fasa yang satu ke fasa yang lain. Notching yang terjadi secara kontinu, dapat diketahui karakterisiknya melalui spectrum harmonisa tegangan yang mengandung gangguan tersebut. Komponen frekuensi yang terkait dengan notching dapat mempunyai nilai yang cukup tinggi dan mungkin tidak 19

18 akan mudah dilihat atau diukur dengan peralatan pengukuran yang biasa digunakan untuk analisis harmonisa. Gambar 2.7 Notching Tegangan Dari Konverter Tiga Fasa[3] Gambar 2.7 menunjukkan contoh notching tegangan dari konverter tiga fasa yang menghasilkan tegangan arus dc kontinu. Notching dihasilkan pada saat terjadi arus komutasi dari fasa yang satu ke fasa yang lain. Selama periode tersebut, terdapat hubungan pendek sesaat antara dua fase, yang menyebabkan nilai tegangan mendekati nol sesuai dengan impedansi sistemnya Noise Noise didefinisikan sebagai sinyal-sinyal listrik yang tidak diinginkan dengan spektrum broadband kurang dari 200 khz yang menumpang pada tegangan atau arus dari sistem daya listrik. Noise sering terjadi di dalam konduktor fasa atau ditemukan juga pada konduktor netral. Noise di dalam sistem tenaga listrik dapat disebabkan oleh perangkat elektronika daya, rangkaian kendali, peralatan yang menghasilkan busur api, beban dengan sistem penyearahan solid-state, dan pensaklaran suplai daya. 20

19 Masalah noise sering diperburuk dengan adanya sistem pentanahan (grounding) yang kurang baik. Pada dasarnya noise terdiri dari distorsi yang tidak diinginkan dari sinyal daya listrik, di mana sinyal tersebut tidak dapat diklasifikasikan sebagai distorsi harmonik atau transien. Noise dapat mengganggu peralatan elektronika seperti mikro komputer dan programmable controller. Permasalahan noise dapat dikurangi dengan menggunakan filter, transformator pengisolasi, dan pengkondisian saluran Fluktuasi Tegangan (Voltage Fluctuations)[3] Fluktuasi tegangan adalah suatu perubahan tegangan yang sistematis atau serangkaian perubahan tegangan secara acak, di mana magnitud dari tegangan mempunyai nilai yang tidak semestinya, yaitu di luar rentang tegangan ditentukan oleh ANSI C sebesar 0,9 sampai 1,1 pu. Menurut IEC salah satu fluktuasi tegangan, mempunyai karakteristik sebagai rangkaian tegangan acak yang berfluktuasi secara terus menerus. Beban yang berubah sangat cepat dan terjadi terus-menerus, dan menghasilkan arus beban yang besar dapat menyebabkan variasi tegangan yang sering disebut sebagai flicker atau kedip tegangan. Istilah flicker atau kedip tegangan berasal dari dampak adanya fluktuasi tegangan terhadap lampu, yang dianggap seperti mata manusia yang berkedip Gejala Perubahan Frekuensi Daya (Power Frequency Variations)[3] Gejala perubahan frekuensi daya didefinisikan sebagai penyimpangan frekuensi dasar sistem tenaga listrik dari nilai nominal tertentu (50 atau 60 Hz). Frekuensi sistem tenaga listrik secara langsung berkaitan dengan kecepatan putar 21

20 generator yang mensuplai energi listrik ke sistem. Ada perubahan pada frekuensi merupakan suatu bentuk proses keseimbangan antara beban yang dinamis dan perubahan pembangkitan. Ukuran pergeseran frekuensi dan durasinya tergantung pada karakteristik beban dan tanggapan dari kontrol sistem pembangkit pada saat terjadi perubahan beban tersebut. Pada sistem tenaga listrik yang terhubung secara interkoneksi, perubahan nilai frekuensi yang signifikan jarang dijumpai. Perubahan frekuensi lebih banyak terjadi pada suatu sistem beban yang disuplai oleh sistem pembangkit yang terisolir, seperti suatu gedung yang disuplai oleh sebuah genset. Hal ini disebabkan karena tanggapan atau respon dari sebuah governor terhadap perubahan beban yang mendadak, kemungkinan tidak akan cukup untuk mengatur kembali frekuensi yang diperlukan seperti semula. 22

21 2.2 Kedip Tegangan (Voltage Sags) Kedip tegangan didefinisikan sebagai penurunan besar tegangan efektif (rms) antara 0,1 sampai 0,9 pu tegangan pada frekuensi dayanya selama 0,5 siklus (0,5 siklus = 0,01 detik, dengan frekuensi = 50 Hz) sampai 1 menit[3]. Komunitas peneliti tentang kualitas daya telah menggunakan istilah sags selama bertahuntahun untuk menggambarkan peristiwa penurunan tegangan dalam waktu yang pendek. Meskipun istilah ini tidak ditetapkan secara resmi, tapi semakin diterima dan digunakan oleh pengguna dan produsen sistem tenaga listrik. Namun IEC mendefinisikan untuk fenomena ini sebagai dip. Terminologi yang digunakan untuk menggambarkan besarnya penurunan tegangan masih sering membingungkan. Sag 20 persen" dapat memberikan gambaran terhadap menurunnya tegangan menjadi 0,8 pu atau menurunnya tegangan hingga menjadi 0,2 pu[4]. Maka harus disepakati pengertian yang bagaimana yang dipakai Penyebab Kedip Tegangan[5] Kedip tegangan dapat terjadi karena beberapa hal: 1. Secara umum disebabkan oleh gangguan pada sistem seperti gangguan hubung singkat. Gangguan yang sering terjadi pada sistem adalah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. Ketika terjadi gangguan fasa ke tanah, arus yang mengalir ke ground akan semakin besar. Semakin besar arus, maka tegangan akan semakin kecil. Karena gangguan tersebut biasanya terjadi dalam waktu singkat, maka turunnya tegangan juga sangat singkat. 23

22 2. Pengasutan motor berkapasitas besar. Ketika dilakukan pengasutan motor yang berkapasitas besar, maka arus asut pada saluran akan besar, maka tegangan akan semakin kecil. 3. Sesuatu yang terjadi pada saluran penyaluran daya seperti kecelakaan saat perbaikan dalam keadaan bertegangan, lightning (petir) dan benda jatuh yang menyebabkan gangguan ke tanah. Sambaran petir menyebabkan sebagian besar kedip tegangan. Jika petir menyambar jaringan listrik sampai ke tanah maka terjadi hubung singkat fasa ke tanah. Ini menyebabkan terjadinya kedip tegangan. Pemutus daya dan PBO akan semakin sering beroperasi pada saat cuaca buruk. Angin kencang dapat meniup cabang pohon ke saluran listrik yang membuat hubungan fasa ke tanah yang menciptakan kedip tegangan. 4. Perubahan beban yang berlebihan/diluar batas dari kemampuan sistem daya Dampak Negatif Kedip Tegangan[6] Dampak negatif yang ditimbulkan kedip tegangan sendiri beramacam-macam, seperti: 1. Komputer dan jenis lain dari kontrol elektronik akan kehilangan memori dan proses yang dikontrolnya menjadi kacau saat peralatan tiba-tiba mati akibat kedip tegangan yang kurang dari 50 %. 2. Akibat yang merugikan lainnya dengan terjadinya kedip tegangan pada motor antara lain: drop tegangan yang berlebihan yang akan menghambat akselerasi dari kondisi diam kekecepatan penuhnya dan mal-fungsi dari kinerja peralatan-peralatan lain seperti rele, kontaktor dan peralatan kontrol. - Rangkaian rele dan kontaktor akan trip pada tegangan dibawah 70 %. 24

23 - PLC akan trip pada tegangan kurang dari 90 % untuk waktu 50 milidetik. 3. Pada sistem penerangan dampak yang akan terjadi adalah adanya kedip flicker. Hal ini mungkin hanya menimbulkan kekesalan saja, tetapi bukan itu masalah sebenarnya. Masalah pada sistem penerangan akibat kedip tegangan ini adalah pada waktu untuk hidup kembali/restart dan ketahanan/reliability dari lampu tersebut. Untuk lampu jenis fluorescent mungkin akan cepat untuk hidup kembali setelah terjadi kedip tegangan, tetapi untuk lampu jenis HID (High Intensity Discharge) perlu waktu beberapa menit untuk hidup kembali. Berikut ini adalah tabel yang menunjukkan nilai sensitivitas peralatanperalatan terhadap kedip tegangan. Tabel 2.1 Sensitivitas Peralatan Terhadap Kedip Tegangan[6] Type of Equipment Remaining Voltage (%) Time Duration Max (ms) Motor starter Variable speed motor with electronics PLC I/O Device Frequency inverter Variable speed drive rectifier Process controller 70 < 8 Computerized numerical controlled lathe 70 < 8 25

24 Direct current drive controller 88 < 8 Personal computer Contactor Electromagnetic disconnecting switch Electromagnetic relays Medical equipment Laser maker Cara Mengatasi Kedip Tegangan Kedip tegangan dapat diatasi dengan kerjasama dari keseluruhan utilitas, tidak hanya konsumen listrik tetapi juga sistem kelistrikan dan sumber penyaluran daya listrik, dalam rangka untuk mengurangi jumlah dan tingkat keparahan dampak masalah tersebut. Berikut ini beberapa metode mengatasi kedip tegangan: 1. Peningkatan sistem pada sisi produsen dan konsumen dilakukan dengan cara memakai peralatan-peralatan yang tahan untuk menghadapi kedip tegangan, yaitu peralatan yang setidaknya mampu melewati kedip tegangan dengan tegangan minimum 70 persen. 2. Memakai beberapa peralatan tambahan seperti: Uninterruptible Power Supply (UPS), Dynamic Voltage Restorers (DVR s), Motor-Generator Sets, Ferroresonant / Constant Voltage Transformers (CVT s). 3. Perbaikan sistem listrik untuk secara signifikan mengurangi jumlah terjatuh dan interupsi (misalnya penggantian relay). 26

25 Uninterruptible Power Supply (UPS) Pada kondisi normal, masukan daya AC beban diperoleh dari suplai PLN. Selain itu masukan daya AC disearahkan ke dalam daya DC untuk pengisian baterai. Ketika terjadi kedip tegangan, daya DC yang dimiliki baterai ini lalu diubah kembali ke dalam daya AC untuk memberi beban. Jika masukan daya AC dari PLN gagal, inverter diberikan dari baterai dan melanjutkan untuk menyupali beban. Gambar 2.8 Uninterruptible Power Supply (UPS)[6] Dynamic Voltage Restorers (DVR S) Dynamic Voltage Restorer (DVR) merupakan salah satu peralatan yang bisa mengkompensasi tegangan yang hilang sewaktu voltage sag dan interruption. DVR dipasang di antara sumber dan beban yang bertujuan memperbaiki mutu tegangan pada beban dengan cara menginjeksi tegangan yang dibutuhkan ketika terjadi gangguan. DVR harus bisa mendeteksi terjadinya voltage sag dan interruption dengan tepat, jika tegangan beban berfluktuasi pada range yang diijinkan sistem yaitu -10% s.d +5% dari tegangan nominal, maka DVR akan tidak melakukan apa-apa. Hal ini sangat penting bagi energy storage yang digunakan DVR. 27

26 Gambar 2.9 Dynamic Voltage Restorers (DVR)[6] Motor Generator (M-G) Sets Ketika terjadi kedip tegangan dan interupsi, inersia dari mesin dan roda gaya mempertahankan pasokan listrik selama beberapa detik. Set-up ini juga dapat digunakan untuk mengisolasi beban sensitif dan kritis dari masalah kualitas daya lain seperti transien switching dan distorsi harmonik. Gambar 2.10 Motor Generator (M-G) Sets[6] Ferro-resonant / Constant Voltage Transformers (CVT s) CVT pada dasarnya adalah transformator dengan perbandingan lilitan 1:1 yang dioperasikan didaerah saturasi pada kurva magnetik, sehingga tegangan output tidak mengalami perubahan tegangan yang signifikan akibat perubahan tegangan input. 28

27 CVT beroperasi persis sama dengan regulator tegangan, pada saat kedip tegangan, CVT sanggup mempertahankan tegangan output konstan walaupun tegangan pada primer drop sampai 30 %; tetapi apabila dibebani hanya ¼ dari rating, tegangan sekunder dapat dipertahankan walaupun tegangan primer turun hingga 70 %. Gambar 2.11 Constant Voltage Transformers (CVT s)[6] 29