BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada era sekarang ini, permasalahan kualitas daya pada sistem tegangan rendah banyak dibahas dalam forum-forum kelistrikan. Permasalahan kualitas daya sistem disebabkan meningkatnya penggunaan power electronic oleh konsumen listrik. Komponen power electronic tersebut seperti Dioda, Thyristor, IGBT, Mosfet sebagai perangkat switching yang banyak digunakan aplikasinya pada beban elektronik seperti: komputer, power supply, elektronik ballast, pengatur kecepatan motor listrik (ASD) pada sistem saluran tegangan rendah. Perangkat elektronik tersebut merupakan beban non linear yang menghasilkan kerusakan (distorsi) pada gelombang sinusoidal murni pada sistem distribusi [1]. Distorsi gelombang (harmonisa) pada sistem saluran tegangan rendah, arus dan tegangan adalah mempunyai besaran magnituda dan kelipatan frekwensi dari frekwensi fundamental. Sebagai contoh frekwensi fundamental 50 Hz, kemudian frekwensi harmonisa kedua 100 Hz, frekwensi harmonisa ketiga 150 Hz, dan seterusnya. Bentuk gelombang arus atau tegangan sinus yang murni tidak mempunyai kerusakan dan tidak mengandung urutan komponen harmonisa sedangkan tidak sinus (non linear) yaitu mengandung komponen harmonisa sehingga total dari harmonisa menyebabkan kerusakan pada gelombang sinusoidal. 1
2 Pada sistem saluran tegangan rendah, kebanyakan konsumen memakai beban elektronik yang membangkitkan urutan komponen harmonisa ganjil pada sistem tegangan satu fasa ke netral (L N) seperti urutan harmonisa pertama yang dikatakan sebagai fundamental (1), ketiga (3), kelima (5), ketujuh (7), kesembilan (9), dan pada sistem 3 fasa pada tegangan fasa ke fasa (L L) yaitu urutan fundamental, kelima (5), ketujuh (7), kesebelas (11) dan seterusnya. Untuk menentukan nilai distorsi tegangan dan arus sinusoidal yaitu dengan menjumlahkan magnituda urutan komponen tegangan harmonisa atau arus harmonisa dalam root mean square (rms) kemudian dibandingkan dengan magnituda gelombang fundamental (rms). Umumnya distorsi gelombang sinusoidal yang mengalir pada sistem dinyatakan dalam Total Distorsi Harmonisa (THD) gelombang sinusoidal yang ditimbulkan oleh beban non linear dinyatakan dalam persen. Distorsi gelombang arus dan tegangan sinusoidal dibatasi pada pendistribusian sistem tenaga listrik dari utility ke konsumen. Standar IEEE 519-1992, merekomendasikan spesifikasi batas distorsi pada Point of Common Coupling (PCC) untuk tegangan dibatasi 5% dan untuk arus 20% [2]. Untuk mengatasi masalah harmonisa pada sistem saluran tegangan rendah adalah tugas penting para tenaga ahli (engineer) listrik yang sudah lama berkecimpung dalam melakukan penelitian untuk menghilangkan dan mengurangi efek harmonisa yang ditimbulkan pada sistem [1]. Namun sampai sekarang permasalahan harmonisa tersebut masih perlu dibahas karena dampak yang
3 ditimbulkan sangat mengganggu peralatan listrik seperti transformator, circuit breaker (pemutus tenaga), rele proteksi, fuse dan lain-lain [3]. Arus harmonisa juga dapat menyebabkan overheating (panas lebih) pada konduktor netral sistem 3 fasa 4 kawat. Panas konduktor netral ini akibat komponen arus urutan nol (I ao ) pada tiap-tiap fasa mengalir menuju konduktor netral [4]. Menurut pendapat Wagner et al, bahwa besar penampang konduktor netral didesain lebih kecil atau sama besar ukuran penampangnya dengan konduktor fasa sehingga penambahan panas lebih atau rugi panas (I 2 R) konduktor netral melebihi batasnya [3]. Dalam penelitian untuk mengatasi masalah harmonisa pada sistem saluran tegangan rendah yang dibangkitkan oleh beban non linear yang penulis telah disebutkan di atas adalah dengan cara merancang Filter Aktif yang dipergunakan untuk mengurangi harmonisa yang mengalir menuju transformator distribusi. Tabel 1.1 memperlihatkan penelitian filter aktif yang pernah dilakukan oleh peneliti lain dan melakukan penelitian tersebut untuk mengurangi harmonisa pada sistem tenaga listrik.
4 Tabel 1.1 Penelitian Filter Aktif yang pernah dilakukan [5],[6],[7] Peneliti Koneksi Filter Aktif Pengaruh Harmonisa terhadap Sumber Suplai THD (%) THD (%)* V I V I Tahun Kazami dan Davari Seri diantara plus filter pasif Arus harmonisa suplai berkurang - 27 0,73 1,19 2007 Zemerov et al Paralel dengan plus filter pasif Polusi harmonisa dan arus suplai berkurang menjadi sinusoidal - - - - 2009 Patidar dan Singh Paralel dengan Arus harmonisa suplai berkurang Diharap tegangan Seri diantara Penulis dan arus harmonisa 2011 suplai berkurang Catatan: THD V dan THD I berkurang sesuai dengan standar IEEE 519-1992, [tanda (- ) di Tabel 1.1 pada nilai THD V dan THD I tidak tertera pada penelitian dan tanda bintang (*) pada THD V dan THD I setelah kompensasi] - 19,2-0,32 2009 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah maka permasalahan harmonisa lebih dominan pada beban sisi tegangan rendah pada transformator distribusi sebagai berikut: a. Bagaimana mengurangi THD arus yang tinggi terhadap kualitas tegangan transformator distribusi.
5 b. Seberapa besar kandungan arus harmonisa yang dapat mendistorsi tegangan catu pada rel sekunder transformator yang dapat mempengaruhi beban linear konsumen lain. c. Sejauh mana berkurang nilai THD tegangan dan arus pada bus tegangan rendah transformator distribusi 160 kva dengan pemasangan Filter Aktif Seri. 1.3 Batasan Masalah Filter Aktif Seri hanya dibatasi salah satu transformator distribusi berkapasitas 160 kva tegangan 20/0.4 kv. Sedangkan THD V dan THD I dibangkitkan dengan menggunakan model beban non linear berupa dioda jembatan penyearah gelombang penuh (fullwave) secara individual ketiga fasa saluran [5],[8]. Dengan menyadari keterbatasan maka batasan penelitian ini sebagai berikut: a. Penelitian hanya difokuskan pada pengurangan harmonisa pada terminal tegangan rendah transformator distribusi. b. Masalah tegangan notching, tegangan kedip dan tegangan transien yang ditimbulkan tidak dibahas dalam penempatan Filter Aktif Seri. c. Beban non linear dalam kondisi seimbang. 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh penggunaan Filter Aktif Seri dengan menggunakan deteksi tegangan pada saluran distribusi tegangan rendah
6 yang dipasang seri diantara suplai, beban dan besaran THD yang disebabkan oleh beban non linear. 1.5 Manfaat Penelitian a. Penelitian ini dapat memberikan kontribusi terhadap perkembangan sistem tenaga listrik khususnya permasalahan yang berhubungan dengan harmonisa dan kompensasinya pada saluran distribusi. b. Penelitian ini merencanakan suatu model filter aktif seri yang diletakkan pada jaringan sistem tegangan rendah pada satu sisi saluran yang mengandung harmonisa tinggi. c. Dengan mensimulasi model sistem saluran tegangan rendah yang mengandung harmonisa dan Filter Aktif maka para ahli tenaga listrik (engineer) dapat mengetahui pengaruh harmonisa dan pengurangan harmonisa dengan cara meletakkan suatu filter. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan tesis adalah sebagai berikut: BAB 1 PENDAHULUAN Berisi Latar Belakang Masalah, Perumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Batasan Masalah, Manfaat Penelitan dan Sistematika Penulisan. BAB 2 Tinjauan Pustaka
7 Berisi tentang topologi Filter Aktif sistem tenaga, Prinsip Inverter 6 Pulsa, Teknik Modulasi Lebar Pulsa (PWM), Harmonisa Sistem, Resonansi sistem. BAB 3 Metodelogi Penelitian Berisi Topologi Filter Aktif seri, pemodelan filter aktif seri dan sistem saluran tegangan rendah, sistem kontrol abc/dq, data jaringan saluran dan transformator distribusi yang diperlukan sebagai pemodelan sistem tegangan rendah. BAB 4 Hasil dan Analisis Bab ini berisi parameter sistem distribusi dan filter aktif seri, kompensasi distorsi tegangan dan arus harmonisa pada sistem saluran distribusi tegangan rendah. BAB 5 Kesimpulan Dan Saran Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil penelitian yang telah dilakukan.