BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Banyak instalasi bangunan komersial dan industri mengalami penderitaan terusmenerus yang disebabkan oleh gangguan pemutusan dari pemutus daya. Seringkali pemutusan ini kelihatan acak dan tidak dapat dijelaskan/dipahami permasalahannya, tapi tentu saja ada alasannya. Ada dua penyebab umum yang menyebabkan hal tersebut. Penyebab pertama yang mungkin adalah arus inrush (inrush current) yang terjadi ketika beberapa beban, terutama komputer pribadi dan peralatan elektronik lainnya dinyalakan/dihidupkan, penyebab kemungkinan kedua adalah bahwa arus sebenarnya (true current) yang mengalir dalam rangkaian tidak diukur dengan benar, atau diukur dengan pengukuran yang salah (lebih rendah) dengan kata lain arus yang mengalir sebenarnya jauh lebih tinggi [1]. Pengukuran yang tidak benar ini (hasil yang lebih rendah) sangat sering terjadi pada instalasi modern. Hal ini disebabkan karena banyak instrumen ukur yang tidak tepat mengukur arus yang terdistorsi dan hampir seluruh arus pada instalasi saat ini telah mengalami distorsi. Distorsi ini disebakan oleh adanya arus harmonisa akibat beban non linear seperti misalnya komputer, lampu neon dengan ballast 1
elektronik/lampu hemat energi (LHE) dan pengendali kecepatan motor listrik, sehingga bentuk gelombang arus yang terdistori sudah menjadi non sinusoidal. Alat ukur yang biasa digunakan adalah peralatan ukur untuk bentuk gelombang sinusoidal dimana bekerja untuk membaca harga RMS dari gelombang sinusoidal dan teknik kalkulasinya tidak untuk gelombang non sinusoidal, ini artinya bahwa bila melakukan analisa sistem tenaga listrik seharusnya menggunakan peralatan yang sesuai yakni menggunakan alat ukur arus atau tegangan dalam bentuk non sinusoidal. Gambar 1.1 menunjukkan dua Ampere Clamp yang dilakukan untuk melakukan pengukuran pada sirkit yang sama, padahal kedua alat ukur tersebut mempunyai fungsi yang benar dan keduanya juga telah dikalibrasi terhadap spesifikasinya. Kunci perbedaannya adalah bagaimana kerja alat ukur tersebut. Alat ukur pada sebelah kiri adalah alat ukur true RMS dan alat ukur pada sisi kanan adalah alat ukur RMS dari rata-rata pembacaan. Satu arus mengahasilkan dua pembacaan, hal ini disebabkan oleh karena sirkit menanggung beban non linear sehingga arus mengalami distorsi. Alat ukur true RMS (kiri) membaca benar dan alat ukur dengan respon rata-rata (kanan) membaca 32 % lebih rendah. Untuk mengetahui perbedaan tersebut mensyaratkan suatu pengertian RMS dalam arti sebenarnya [1]. Penggunaan bebanbeban elektronika pada instalasi modern dalam sistem tenaga listrik akan menimbulkan masalah pada pengukuran yang menggunakan alat ukur RMS / Analog, karena alat ukur ini dikalibrasi untuk membaca gelombang sinusoidal murni. 2
Gambar 1.1 Pengukuran dengan alat ukur True RMS (kiri) dan alat ukur dengan respon rata rata (kanan) Kent West dalam tulisannya Harmonics, True RMS The Only True Measurement, menyatakan bahwa kesalahan membaca alat ukur akibat harmonisa secara umum dimana alat ukur type average (alat ukur RMS) memberikan hasil pengukuran sampai 40% dibawah nilai yang sebenarnya [1]. Electric Power Research Institute (EPRI) memperkirakan bahwa di atas tahun 2000, 50% sampai 70% dari semua beban diperkirakan adalah non linear. Oleh sebab itu peralatan ukur tradisional (alat ukur RMS) jangan dipergunakan lagi dalam jaringan listrik, tapi harus mempergunakan alat ukur TRUE RMS [2]. Leon M. Tolbert, Harold D. Hollis dan Peyton S. Hale, dalam tulisannya Survey of Harmonics Measurements in Electrical Distribution Systems menyatakan bahwa adanya perbedaan pembacaan arus yang mengalir dalam sistem distribusi akibat beban non linear yang diukur dengan alat ukur True RMS multimeter dan alat ukur rata-rata (non True RMS meter) [32]. Arus harmonisa ini akan mempengaruhi kenaikan daripada rugi-rugi daya, dan juga akan mempengaruhi faktor daya (power factor) dari sistem [31]. 3
Ahmed A. Hossam-Eldin dan Reda Mohammed Hasan dalam tulisannya yang berjudul Study of The Effect of Harmonics On Measurments of The Energy Meters, memperlihatkan bahwa beban non linear yang menimbulkan arus dan tegangan harmonisa akan mempengaruhi keakuratan pembacaan kwh meter induksi [28]. 1.2 Perumusan Masalah Dari uraian latar belakang masalah terlihat bahwa pengukuran RMS yang benar sangat penting dalam instalasi dimana terdapat sejumlah besar beban non linear (komputer, ballast elektronik, compact fluorescent lamp, dan lain-lain). Pada saat sekarang umumnya alat ukur yang dipergunakan untuk mengukur arus adalah jenis pengukuran dengan pembacaan rata-rata dikalibrasi ke nilai RMS. Kelemahan teknologi pengukuran ini adalah hanya bekerja dengan baik pada bentuk gelombang sinus murni, sedangkan pada gelombang berbentuk non sinus teknologi jenis ini akan mengalami kesalahan yang signifikan [2]. Untuk itu penulis mencoba melakukan penelitian untuk memperlihatkan selisih besar kesalahan pembacaan alat ukur RMS dengan alat ukur TRUE RMS (Power System Multimeter) untuk beban-beban tertentu dan menetapkan faktor pengali berdasarkan THDi yang berbeda sehingga alat ukur RMS masih dapat digunakan untuk pengukuran dengan beban-beban non linear tertentu, hasil penelitian ini juga memperlihatkan bentuk gelombang arus/tegangan, spektrum distorsi arus dan 4
tegangan (IHD I, IHD V, THD I, THD V ) untuk beban-beban non linear tertentu, serta menganalisanya dengan pengujian dan program Matlab, dimana hasil akan terlihat nantinya dalam bentuk tabel dan grafik, kemudian penulis juga akan memperlihatkan pengaruh beban non linear terhadap pembacaan kwh meter induksi satu fasa. 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi hanya pada beberapa jenis beban nonlinear dan linear yang mempunyai THD berbeda yang umum dipergunakan misalnya: komputer, Lampu Hemat Energi, Air Conditioner, Televisi, lampu pijar dan kombinasi beban yang ada untuk mendapatkan THD yang berbeda misalnya: gabungan beberapa lampu hemat energi dengan lampu pijar, AC dan lain-lain serta membandingkan hasil pengukuran alat ukur RMS dengan hasil pengukuran dengan alat ukur true RMS/Power System Multimeter. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kesalahan yang ditimbulkan oleh pembacaan arus sebenarnya (true current) dengan menggunakan pengukuran pembacaan rata-rata (alat ukur RMS) dan kemudian membandingkannya dengan pembacaan arus sebenarnya (true current) dengan alat ukur true RMS atau alat ukur Power System Multimeter untuk beberapa jenis beban non linear dengan THD yang berbeda, dari hasil pengukuran ini akan diperoleh suatu faktor pengali yang dapat kita 5
pergunakan apabila kita mengukur arus beban non linear dengan alat ukur RMS/analog sehingga dengan demikian alat ukur RMS/Analog masih dapat kita pergunakan untuk pengukuran beban non linear. Pada penelitian ini, penulis juga mencoba untuk melihat pengaruh harmonisa pada kwh meter induksi satu fasa yang banyak dipakai pada rumah tangga dan hasil pengukurannya akan dianalisa dengan program Matlab yang hasilnya dibuat dalam bentuk tabel dan grafik. 1.5 Manfaat Penelitian Dengan melakukan pengukuran pada beberapa jenis beban non linear dengan menggunakan alat ukur true RMS dan alat ukur dengan pembacaan rata-rata (alat ukur RMS) dan membandingkan hasil pengukuran yang diperoleh, maka akan membantu para perencana/peneliti yang belum mempunyai alat ukur true RMS dapat melakukan perencanaan/penelitiannya, sehingga hasil yang diperoleh mendekati yang sebenarnya. Jadi, tanpa alat ukur true RMS, kita tetap bisa merencanakan, bekerja/meneliti sistem tenaga listrik dengan beban non linear dan melihat pengaruh harmonisa pada alat ukur energi (kwh meter). 6