-->
-->B. Indeks Harmonik
(1)
(2)
(3)
D. Dampak Harmonik
E. Mitigasi
STD . 519-1992 [ 3 ]
Reference :
-->
-->
--> [3] Francisco C. De La Rosa (2006), Harmonics and Power System, Taylor and fancis group, NewYork.
A. Pengertian Harmonik
Pada dasarnya, gelombang tegangan dan arus yang ditransmisi dan didistribusikan dari sumber ke beban berupa gelombang sinusoidal murni. Akan tetapi, pada proses transmisi dan distribusi ini terjadi berbagai macam gangguan sehingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal murni. Salah satu fenomena penyimpangan bentuk gelombang sinusoidal ini adalah distorsi harmonik. Harmonik adalah gejala pembentukan gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Bila terjadi superposisi antara gelombang frekuensi dasar dengan gelombang frekuensi harmonik maka terbentuklah Hz gelombang yang terdistorsi sehingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal.
Harmonik menurut International Electrotechnical Commision (IEC) 6100-2-1-1990 didefenisikan sebagai tegangan ataupun arus sinusoidal yang mempunyai kelipatan frekuensi sistem pasokan tenaga listriknya sebagaimana yang dirancang untuk dioperasikan ( 50 Hz ataupun 60 Hz). Mirip dengan IEC, Institute of Electrical and Electronic Engineering (IEEE) Std 1159-1995 mendefenisikan harmonik sebagai tegangan ataupun arus sinusoida yang mempunyai kelipatan bulat dari frekuensi dimana sistem tenaga listrik pasokannya dirancang untuk dioperasikan (atau disebut juga dengan terminology : frekuensi fundamental, yaitu pada umumnya 50 Hz atau 60 Hz.
Secara umum, ada dua indeks penting yang digunakan untuk mengukur besarnya distorsi harmonic pada system tenaga listrik yaitu Total Harmonic Distortion (THD) dan Total Demand Distortion (TDD). Kedua indeks tersebut merupakan nilai efektif tegangan dan arus harmonik.
a. Total Harmonik Distortion (THD)
THD menyatakan besarnya distorsi yang ditimbulkan oleh semua komponen harmonik, dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :
(1) (2)
Dimana: THDV adalah Total Harmonik Distortion Tegangan [ % ]; THDI adalah Total Harmonik Distortion Arus [ % ];Vh adalah nilai rms tegangan harmonik ke-h [ Volt ]; Ih adalah nilai rms arus harmonik ke-h[ Ampere ]; V1 adalah nilai rms tegangan pada frekuensi dasar [ volt ]; I1 adalah nilai rms arus pada frekuensi dasar [ Ampere ]
b. Total Demand Distortion (TDD)
TDD atau distorsi permintaan total dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :
(3)
Dimana: Ih adalah arus harmonik orde ke-h ;IL adalah arus beban puncak pada frekuensi dasar yang diukur pada PCC (Point of Common Coupling).
C. Sumber Harmonik
Pada sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban non linier. Beban linier memberikan bentuk gelombang keluaran linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan perubahan tegangan, Sedangkan beban non-linier memberikan bentuk gelombang keluaran arus yang tidak sebanding dengan tegangan dasar sehingga gelombang arus maupun tegangannya tidak sama dengan gelombang masukannya.
Sumber harmonik secara garis besar terdiri dari 2 jenis yaitu peralatan yang memiliki kondisi saturasi (saturated device) dan peralatan elektronika daya ( power electronic equipment). Peralatan yang memiliki kondisi saturasi biasanya memiliki komponen yang bersifat magnetic seperti transformator, mesin-mesin listrik, tanur busur listrik, peralatan yang menggunakan power supply, dan magnetic ballast. Peralatan elektronika daya biasanya menggunakan komponen-komponen elektronika daya seperti tiristor, dioda, dan lain-lain.
C. Dugan Roger, dkk [1], membagi sumber-sumber harmonisa berdasarkan sumber harmonik dari beban komersial dan sumber harmonik dari beban industri sebagai berikut :
a. Sumber Harmonik dari Beban Komersial
Fasilitas komersial seperti kantor yang kompleks, pusat perbelanjaan, rumah sakit, dan akses data interne didominasi oleh lampu flourecent dengan ballast elektronik, Pengatur kecepatan (adjustable-speed driver) digunakan pada pemanasan (heating), Ventilasi (Ventilation), dan pendingin ruangan (AC) disingkat HVAC, elevator, dan peralatan elektronik sensitive lainnya pada umumnya disuplai dari single-phase switch-mode power supplies (SMPS). Beban komersial merupakan beban dengan produksi harmonik yang kecil, tergantung pada keragaman jenis beban.
(a) Gelombang Arus SMPS, (b) Spektrum harmonisa SMPS [1],
Gambar 1. Harmonik pada SMPS
b. Sumber Harmonik dari Beban Industri
Fasilitas industri modern dicirikan oleh aplikasi luas beban nonlinier. Sumber harmonisa dari kelompok beban industri ini merupakan sumber harmonisa yang sangat penting, karena beban industri pada umunnya menghasilkan harmonisa yang cukup besar dibandingkan dengan beban komersial. Industri sering memanfaatkan fasilitas kapasitor bank untuk memperbaiki faktor daya untuk menghindari biaya penalti. Aplikasi kapasitor untuk perbaikan faktor daya memperbesar harmonik arus dari beban nonlinier, sehingga menimbulkan resonansi. Beban nonlinear industri secara umum dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori : Konverter daya tiga phasa ( three-phase power converters ), peralatan tungku ( arcing devices ) dan perangkat saturasi ( saturable devices).
Gambar 2. Arus dan spectrum harmonik pada konveterter 3 phasa PWM-type ASD [1]
Tegangan dan arus harmonik dapat menimbulkan efek yang berbeda-beda pada peralatan listrik yang terhubung dengan jaringan listrik tergantung karakteristik listrik beban itu sendiri. Akan tetapi, secara umum pengaruh harmonik pada peralatan tenaga listrik ada tiga, yaitu : (1) Nilai rms baik tegangan dan arus lebih besar, (2) Nilai puncak (peak value) tegangan dan arus lebih besar, (3). Frekuensi sistem turun.
Secara khusus, efek atau dampak yang ditimbulkan oleh harmonik pada sistem tenaga listrik dapat dibagi menjadi : [2]
1. Efek Jangka Pendek
a. Tegangan harmonik dapat mengganggu peralatan kontrol yang digunakan pada sistem elektronik.
b. Harmonik dapat menyebabkan kesalahan pada peralatan pengukuran listrik yang menggunakan prinsip induksi magnetik.
c. Harmonik juga dapat mengganggu alat-alat pengaman dalam sistem tenaga listrik seperti relay.
d. Pada mesin-mesin berputar seperti generator dan motor, torsi mekanik yang diakibatkan oleh arus harmonik dapat menyebabkan getaran dan suara/bising pada mesin-mesin tersebut.
e. Bila ada sistem komunikasi yang dekat dengan sistem tenaga listrik maka sistem tersebut dapat terganggu oleh harmonik. Biasanya sistem kontrol dari sistem telekomunikasi yang terganggu oleh harmonik.
2. Efek Jangka Panjang
a. Pemanasan kapasitor.
b. Pemanasan pada mesin-mesin listrik : Tegangan non-sinusoidal yang diterapkan pada mesin listrik dapat menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut : Meningkatkan rugi inti dan rugi belitan, serta pemanasan lebih.
c. Pemanasan pada Transformator : Transformator sangat rentan terhadap pengaruh harmonk. Transformator dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya. Frekuensi harmonik yang lebih tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan penurunan efisiensi dan pada akhirnya mengakibatkan kerugian daya. Pengaruh utama harmonik pada transformator adalah : 1) Panas lebih yang dibangkitkan oleh arus beban yang mengandung harmonik. 2) Kemungkinan resonansi paralel transformator dengan kapasitansi sistem.
d. Pemanasan pada kabel dan peralatan lainnya : Rugi-rugi kabel yang dilewati oleh arus harmonik akan semakin besar. Hal ini disebabkan meningkatnya resistansi dari tembaga akibat meningkatnya frekuensi (efek kulit).
Distorsi harmonisa muncul dengan berbagai tingkatan pada seluruh sistem tenaga listrik. Pada dasarnya, harmonisa dikendalikan jika harmonisa tersebut menjadi sebuah masalah. Umumnya harmonisa dapat menjadi sebuah problema disebabkan antara lain oleh karena : [ 1 ]
1. Sumber arus harmonisanya terlampau besar.
2. Arus harmonisa mengalir terlampau rneluas (secara kelistrikan) ataupun interferensi saluran telephone.
3. Respon dari sistem terhadap pembesaran harmonisa sangatlah tinggi dibandingkan nilai yang dapat ditoleransi.
Jika harmonisa menjadi sebuah problema dasar-dasar pilihan dalam mengendalikan harmonisa adalah sebagai berikut:
1. Tambahkan filter untuk mengkompensasikan arus harmonisa dari sistem dan memblokir arus harmonisa agar tidak masuk kedalam sistem.
2. Melakukan rekonfigurasi jaringan sistem tenaga listrik.
F. Standar Harmonik
Ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonik ( Standar harmonisa berdasarkan IEEE 519.), yaitu batasan untuk harmonisa arus dan batas harmonisa tegangan. Untuk standar harmonisa arus ditentukan oleh rasio Isc/IL. Isc adalah arus hubung singkat yang ada pada PCC, sedangkan IL adalah arus beban fundamental. Sedangkan untuk standar harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang dipakai.
IEEE-519 Voltage Distortion Limits
Bus Voltage at PCC
|
IHDv (%)
|
THDv(%)
|
69 kV and below
|
3.0
|
5.0
|
69.001 kV through 161 kV
|
1.5
|
2.5
|
161 kV and above
|
1.0
|
1.5
|
- IHDv = Individual Harmonik voltage Distortion
- THDv = Total Harmonik voltage Distortion
Tabel 2. IEEE STD . 519-1992 [ 3 ]
IEEE-519 Maximum Odd-Harmonik Current Distortion
(%) Limits for General Distribution Sistems (120 Volts –69,000 Volts)
Isc/IL
|
n<11
|
11£n<17
|
17£n<23
|
23£n<35
|
35£n
|
TDD
|
<20
|
4.0
|
2.0
|
1.5
|
9.6
|
0.3
|
5.0
|
20<50
|
7.0
|
3.5
|
2.5
|
1.0
|
0.5
|
8.0
|
50<100
|
10.0
|
4.5
|
4.0
|
1.5
|
0.7
|
12.0
|
100<1000
|
12.0
|
5.5
|
5.0
|
2.0
|
1.0
|
15.0
|
>1000
|
15.0
|
7.0
|
6.0
|
2.5
|
1.4
|
20.0
|
-->
[1] C. Dugan Roger, dkk, (2004). Electrical Power Systems Quality, Second Edition. Downloaded from Digital Engineering Library @ McGraw-Hill.
[2] I Nengah Suwiden, (2009). Analisa Penanggulangan THD dengan Filter Pasif Pada Sistem Kelistrikan RSUP Sanglah.. Vol.8 No.2, Universitas Udayana, Bali.
Postingan
Comments (0)
Posting Komentar