PENGARUH HARMONIK PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

PROPOSAL SEMINAR

Disusun Oleh :

ALFON JUANTER SIDABALOK

NIM :2010-11-258

KONSENTRASI TENAGA LISTRIK

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA STRATA SATU

TEKNIK ELEKTRO

JAKARTA,2014

PENGAJUAN

Proposal seminar dengan judul

PENGARUH HARMONIK PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Disusun oleh :

ALFON JUANTER SIDABALOK

NIM : 2010-11-258

SEKOLAH TINGGI TEKNIK – PLN

TEKNIK ELEKTRO

Jakarta, 13 Maret 2014

Disetujui, Mengetahui,

Ir. Djoko Susanto, MT Ir. Djoko Susanto, MT

Ketua Jurusan Teknik Elektro Pembimbing Seminar

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………………. i

HALAMAN KEASLIAN SEMINAR…………………………………………. ii

HALAMAN UCAPAN TERIMAKASIH……………………………………… iii

DAFTAR ISI…………………………………………………………………… iv

DAFTAR GAMBAR.................................................................................. V

DAFTAR TABEL (JIKA ADA )…………………………………………....... vi

ABSTRAK…………………………………………………………………….. vii

BAB I PENDAHULUAN

• LATAR BELAKANG MASALAH……………………………… 1

• TUJUAN…………………………………………………………….. 2

• MANFAAT PENELITIAN………………………………………..... 2

• RUMUSAN MASALAH……………………………………………. 2

• BATASAN MASALAH…………………………………………....... 3

• SISTEMATIKA PENULISAN……………………………………… 3

BAB II TRANSFORMATOR

2.1.TRANSFORMATOR DISTRIBUSI…………………………. 4

2.2. TRANSFORMATOR TIGA FASA…………………………………. 9

2.3. HUBUNGAN LILITAN TRAFO TIGA FASA……………………….. 11

2.3.1. HUBUNGAN BINTANG

2.3.2. HUBUNGAN SEGITIGA

2.3.3. HUBUNGAN ZIG-ZAG

2.4. RUGI-RUGI DALAM TRAFO

2.4.1. RUGI-RUGI TEMBAGA

2.4.2. RUGI HISTERISIS & RUGI ARUS EDDY

BAB III PENGARUH HARMONIK PADA TRAFO

3.1. PENDAHULUAN…………………………………………………. 23

3.2. PENGERTIAN HARMONIK DISTORTION (THD) DAN TOTAL

DISTORTION DEMAND………………………………………………...27

3.3.STANDART HARMONIK…………………………………………. 33

3.4.SUMBER HARMONIK PADA SISTEM DISTRIBUSI…………. 36

3.5. IDENTIFIKASI HARMONIK

3.6. PENGARUH HARMONIK PADA TRANSFORMATOR

3.7. USAHA-USAHA UNTUK MENGURANGI PENGARUH HARMONIK

3.7.1. MEMPERBESAR KAWAT NETRAL SETIAP SISTEM

DISTRIBUSI

3.7.2. MENURUNKAN KAPASITAS TRANSFORMATOR

3.7.3. INJEKSI HARMONIK

3.7.4. MAGNETIK FLUX COMPENSATION

3.8. USAHA PENANGANAN LEBIH LANJUT

BAB IV PENUTUP

4.1. SIMPULAN……………………………………………………………….

4.2. SARAN……………………………………………………………………

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………….

ABSTRAK

Dalam perkembangan kemajuan teknologi dan informasi pada saat

ini,peralatan elektronik semakin cepat berkembang dan mengalami tranformasi

perubahan yang cepat. Perkembangan tersebut mulai terjadi pula terhadap

penyuplai sumber energi listrik yang semakin berkembang dan bertambah

kapasitasnya akibat teknologi elektonik yg banyak jumlahnya. Sehingga trafo

distribusi mengalami penurunan kinerja bahkan mengalami kerusakan akibat

pengaruh adanya pengaruh harmonik pada komponen sistem distribusi.

Kecenderungan penggunaan beban‐beban elektronik dalam jumlah besar

dalam selang waktu kira‐kira dua puluh tahun terakhir pada saat ini telah

menimbulkan masalah yang tidak terkirakan sebelumnya. Berbeda dengan beban‐beban listrik yang menarik arus sinusoidal (sebentuk dengan tegangan yang

menyuplainya), beban‐beban elektronik menarik arus dengan bentuk nonsinusoidal,

walaupun disuplai dari sumber tegangan sinusoidal. Beban yang memiliki sifat ini

disebut sebagai beban nonlinier.

Banyak peralatan modern penyebab harmonik ini banyak dijumpai pada

setiap rumah – rumah yang kadang kita anggap biasa saja.Peralatan tersebut antara

lain :komputer, printer, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast,

kendali kecepatan motor, motor induksi, batere charger, proses eletroplating, dll. Itu

hanya contoh yang ada di rumah-rumah, ada juga yang berada di daerah industri.

Akibatnya menambah rugi-rugi transformator distribusi.Pada proposal ini

mempelajari pengaruh harmonik pada transformator distribusi beserta

penanggulannya.

BAB I

PENDAHULUAN

• LATAR BELAKANG

Harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat

terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Pada dasarnya, harmonik adalah

gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang

merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini disebut

frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan bilangan

bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonik. Misalnya, frekuensi

dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonik keduanya adalah

gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonik ketiga adalah gelombang

dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya. Gelombang-gelombang ini

kemudian menumpang pada gelombang murni/aslinya sehingga terbentuk

gelombang cacad yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan

gelombang hormoniknya.

• TUJUAN

Pada dasarnya penulisan seminar ini bertujuan untuk :

• Mempelajari pengaruh harmonik terhadap transormator distribusi

• Mengetahui komponen tranformator distribusi terhadap pengaruh harmonik

• MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian ini adalah :

• Dengan mengetahui pengaruh harmonik pada transformator distribusi kita dapat

mengurangi penurunan kinerja dan kerusakan pada komponen listrik

2. Dapat menjadi bahan pelajaran dalam mempelajari gejala-gejala harmonik

pada tranformator

1.3 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka permasalahan yang akan dibahas

di seminar ini adalah :

• Bagaimana pengaruh harmonik tehadap tranformator distribusi?

• Bagaimana penanggulangan kita terjadi harmonik pada transformator

distribusi?

• Apakah terjadi kerusakan pada komponen sistem distribusi akibat harmonik?

1.4 BATASAN MASALAH

Pada seminar ini,permasalahan yang akan dibatasi sebagai berikut :

• Bagaimana cara mencegah harmonik pada transformator distribusi ?

• Apa rumus fisika yang berperan terhadap permasalahan ini?

• Siapa penemu pengaruh harmonik pada transformator distribusi?

BAB II

TRANSFORMATOR

2.1.TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Transformator distribusi adalah trafo tenaga yg berfungsi untuk menyalurkan

tenaga listrik dari sisi masukan ke sisi keluaran trafo,sekaligus menurunkan

tegangan yaitu dari tegangan menengah ke tegangan rendah.

Pada dasarnya, suatu transformator itu terdiri dari dua atau lebih kumparan

yang dihubungkan oleh medan magnetik bersama (mutual magnetic field). Bila

satu diantara kumparan inti,yang primernya dihubungkan dengan sumber

tegangan bolak-balik, akan timbul fluks bolak-balik yang amplitudonya bergantung

pada tegangan primer dan jumlah lilitan. Fluks bersama akan menghubungkan

kumparan yang lain, yang sekundernya akan menginduksikan tegangan di

dalamnya yang nilainya bergantung pada jumlah lilitan sekunder.

Gambar 2.1

Dimana: V1 = Tegangan pada sisi masukan (primer)

V2 = Tegangan pada sisi keluaran (sekunder)

N1 = Jumlah lilitan pada sisi primer

N2 = Jumlah lilitan pada sisi sekunder

e1 = GGL yang timbul pada sisi primer

e2 = GGL yang timbul pada sisi sekunder

2.2.TRANSFORMATOR TIGA FASA

Pada umumnya tenaga listrik dibangkitkan sebagai system arus putar fas tiga,

karena itu untuk menyalurkan tenaga listrik dibutuhkan transformator untuk fasa tiga.

Hal ini dapat dilaksanakan dengan tiga transformator fasa satu yang sama atau

dengantransformator fasa tiga. Jika transformator 3 fasa dibandingkan dengan 3

buah transformator 1 fas yang kapsitasnya sama, maka akan ternyata bahwa berat

transformator 3 fas kira-kira 80% dari berat transformator 1 fasa. Transformator 3

fasa juga lebih menguntungkan dalam hal pondasi, pengawata (wiring) dan ruang

yang dibutuhkan. Transformator 3 fasa makin menguntungkan karena adanya

peningkatan dalam keandalan transformator, dan makin kuatnya hubungan timbal

balik dari system tenaga. Oleh karena itu, sekarang inin transformator 3 fasalah

yang banyak dipasang.

2.3.HUBUNGAN LILITAN TRAFO TIGA FASA

Pada umumnya dikenal tiga cara untuk menyambung lilitan pada trafo 3

fasa untuk masing-masing sisi, yaitu:

2.3.1.HUBUNGAN BINTANG (Y)

Arus pada trafo tiga fasa dengan kumparan yang dihubungkan secara

bintang yaitu Ia, Ib, Ic,masing-masing mempunyai beda fasa sebesar 120°.

Diketahui pada hubungan ini mempunyai kecenderungan ketidakmantapan

titik netral, sehingga terdapat tegangan titik bintang. Hal ini dapat disebabkan karena

tidak seimbangnya arus pemagnetan, dan karena tidak seimbang beban.

Pembagian tegangan yang tidak seimbang juga terjadi pada tegangan tegangan

sekundernya. Karena kekurangan tersebut di atas, transformator dalam hubung Y-y

tidak sering digunakan. Kekurangan semacam ini dapat dihindarkan dengan

hubungan zigzag. Juga penggunaan transformator fasa yang mempunyai rangkaian

magnet tiga kaki seperti gambar 2.3 berikut yang juga dapat memperbaiki keadaan

tersebut diatas.

Dalam transformator kaki tiga fluks harmonik ke- tiga mengalir ke arah sama

melalui ke-tiga kaki dan mencari jalan kembali melaui jalan yang tidak sengaja

dibuatkan seperti zat sekelilingnya dan juga melalui wadah transformator yang

terbuat dari besi. Karena jalan ini mempunyai tahanan magnet yang besar, fluks

hasilnya akan jauh lebih kecil daripada hanya dalam transformator fasa satu.

Dengan demikian tegangan yang bersangkutan telah dikurangi harmonik

ketiganya, sehingga titik netralnya akan terletak lebih mantap lagi. Transformator Yy

memungkinkan pengambilan dua macam tegangan sekunder. Transformator fasa

tiga dalam hubungan ini biasanya mempunyai terminal netral untuk keperluan

penghubungan.

2.3.2.Hubungan segitiga (delta)

Hubungan segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana

cara penyambungannya ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan

ujung mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan

akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga

phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA, VB, VC masing-

masing berbeda 120°.

gambar 2.3.2 Hubungan Segitiga/ Delta (Δ)

2.3.3.Hubungan zig-zag

Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan bintang, salah

satu syarat yang harus dipenuhi oleh transformator tersebut adalah ketiga

fasanya harus diusahakan seimbang. Apabila beban tidak seimbang akan

menyebabkan timbulnya tegangan titik bintang yang tidak diinginkan, karena

tegangan pada peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda.Untuk

menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya adalah dengan

menghubungkan sisi sekunder dalam hubungan Zigzag. Transformator  zig–

zag merupakan transformator dengan tujuan khusus. Salah satu aplikasinya

adalah menyediakan titik netral untuk sistem listrik yang tidak memiliki titik

netral. Pada transformator zig–zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi

menjadi dua bagian dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang

berlainan. 

Gambar 2.12  Transformator tiga phasa hubungan segitiga/delta.

2.4.RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

Secara umum rugi-rugi ynag terjadi pada transformator dapat digambarkan

dalam sebuah blok diagram, seperti ditunjukkan Gambar 2.2 dibawah ini.

Gambar 2.2 Block Diagram Rugi-Rugi pada Transformator

2.4.1 Rugi Tembaga (𝑷𝒄𝒖)

Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan arus beban mengalir

pada kawat penghantar dapat ditulis sebagai berikut:

𝑷𝒄𝒖 = 𝑰𝟐R (watt) ..........................................................................

(2.1)

Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus

beban berubah – ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung

pada beban.

2.4.2 Rugi Besi Histerisis & Rugi Arus Eddy

• Rugi Histeresis (𝑃ℎ), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik

pada inti besi yang dinyatakan sebagai berikut:

𝑷𝒉 = 𝑲𝒉𝒇 𝑩𝒎𝒂𝒌𝒔 (watt) ..............................................................

(2.2) 𝐾ℎ = konstanta 𝐵𝑚𝑎𝑘𝑠 = fluks maksimum (weber)

b. Rugi Arus Eddy (𝑃𝑒), yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada

inti besi yang dinyatakan sebagai berikut:

𝑷𝒆 = 𝑲𝒆𝟐 𝒇𝟐 𝑩𝒎𝒂𝒌𝒔 (watt)

.............................................................. (2.3) 𝐾𝑒 = konstanta 𝐵𝑚𝑎𝑘𝑠 = fluks maksimum (weber)

Komponen rugi-rugi trafo ini meningkat dengan kuadrat dari frekuensi

arus penyebab eddy current. Oleh karena itu, ini menjadi komponen

yang sangat penting dari rugi-rugi trafo yang menyebabkan

pemanasan oleh harmonisa. Jadi rugi besi (rugi inti) adalah: 𝑷𝒊 = 𝑷𝒉 + 𝑷𝒆 (watt) .............................................................. (2.4)

Peningkatan rugi inti yang disebabkan oleh harmonisa bergantung

pada pengaruh harmonisa pada tengangan yang diberikan dan

rancangan dari inti trafo. Semakin besar distorsi tengangan maka

semakin tinggi pula eddy current dilaminasi int

BAB III

PENGARUH HARMONIK PADA TRAFO

3.1 PENDAHULUAN

Setiap komponen sistem distribusi dapat dipengaruhi oleh harmonik walaupun

dengan akibat yang berbeda. Namun demikian komponen tersebut akan

mengalami penurunan kinerja dan bahkan akan mengalami kerusakan. Salah

satu dampak yang umum dari gangguan harmonik adalah panas lebih pada

kawat netral dan transformator sebagai akibat timbulnya harmonik ketiga yang

dibangkitkan oleh peralatan listrik satu phase. Pada keadaan normal, arus

beban setiap phase dari beban linier yang seimbang pada frekuensi dasarnya

akan saling mengurangi sehingga arus netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban

tidak linier satu phase akan menimbulkan harmonik kelipatan tiga ganjil yang

disebut triplen harmonik (harmonik ke-3, ke-9, ke-15 dan seterusnya) yang

sering disebut zero sequence harmonik (lihat Tabel 1). Harmonik ini tidak

menghilangkan arus netral tetapi dapat menghasilkan arus netral yang lebih

tinggi dari arus phase.

Tabel 1. Polaritas dari Komponen Harmonik

Harmonik 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frequensi (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Uruan + - 0 + - 0 + - 0

Harmonik pertama urutan polaritasnya adalah positif, harmonik kedua urutan

polaritasnya adalah negatif dan harmonik ketiga urutan polaritasnya adalah nol,

harmonik keempat adalah positif (berulang berurutan sampai seterusnya).

Tabel 2. Akibat dari Polaritas dari Komponen Harmonik

Urutan Pengaruh pada Motor Pengaruh pada sistem distribusi

Positif

Menimbulkan medan magnet

putar arah majau (forward)

w Panas

Negatif

Menimbulkan medan magnet

putar arah mundur (reverse)

w Panas

w Arah putaran motor berubah

Nol Tidak ada

w Panas

w Menimbulkan/menambah arus

pada kawat netral

Akibat yang dapat ditimbulkan oleh urutan polaritas komponen harmonik (lihat

Tabel 2) antara lain tingginya arus netral pada sistem 3 phase 4 kawat (sisi

sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) dan arus ini

akan terinduksi ke sisi primer transformator dan akan berputar pada sisi primer

transformator yang biasanya memiliki belitan delta (D). Hal ini akibat pada kawat

netral tidak memiliki peralatan pemutus arus untuk proteksi tegangan atau arus

lebih. Pengaruh harmonik pada transformator sering tanpa disadari dan

diantisipasi keberadaannya sampai terjadi gangguan yang penyebabnya tidak

jelas. Hal ini dapat juga terjadi bila perubahan konfigurasi atau jenis beban yang

dipasok. Transformator dan peralatan induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh

harmonik karena trafo itu sendiri dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya.

selain itu transformator juga merupakan media utama antara pembangkit

dengan beban. Frekuensi harmonik yang lebih tinggi dari frekuensi kerjanya

akan mengakibatkan penurunan efisiensi atau terjadi kerugian daya. Selain itu,

ada beberapa akibat yang dapat ditimbulkan oleh adanya harmonik dalam

sistem tenaga listrik, antara lain:

• Timbulnya getaran mekanis pada panel listrik yang merupakan getaran

resonansi mekanis akibat harmonik arus frekuensi tinggi,

• Harmonik dapat menimbulkan tambahan torsi pada kWh meter jenis

elektromekanis yang menggunakan piringan induksi berputar. Sebagai

akibatnya, puratan piringan akan lebih cepat atau terjadi kesalahan ukur kWh

meter karena piringan induksi tersebut dirancang hanya untuk beroperasi

pada frekuensi dasar,

• Interferensi frekunsi pada sistem telekomunikasi karena biasanya kabel untuk

keperluan telekomunikasi ditempatkan berdekatan dengan kawat netral.

Triplen harmonik pada kawat netral dapat memberikan induksi harmonik yang

mengganggu sistem telekomunikasi,

• Pemutusan beban. Pemutus beban dapat bekerja dibawah arus pengenalnya

atau mungkin tidak bekerja pada arus pengenal. Pemutus beban yang dapat

terhindar dari gangguan harmonik pada umumnya adalah pemutus beban

yang mempunyai respon terhadap arus rms sebenarnya (true-rms current)

atau kenaikan temperatur karena arus lebih.

3.2.PENGERTIAN TOTAL HARMONIC DISTORTION (THD) DAN TOTAL

DISTORTION DEMAND (TDD)

Total Harmonic Distortion atau THD adalah penguat atau pra-penguat

spesifikasi yang membandingkan sinyal output dari penguat dengan sinyal input

dan mengukur tingkat perbedaan dalam frekuensi yang harmonis antara

keduanya. Perbedaannya disebut distorsi harmonik total. Musik terbuat dari

frekuensi fundamental dan harmonis. Sebagai contoh, biola memainkan catatan

tengah adalah menghasilkan frekuensi fundamental dari 440Hz atau siklus per

detik. Hal ini juga mereproduksi harmonisa dari frekuensi yang merupakan

kelipatan dari frekuensi dasar, seperti 880Hz, 1220Hz, 1760Hz dan sebagainya.

Setiap frekuensi harmonik yang lebih rendah di tingkat atau volume daripada

fundamental, tetapi mereka melayani untuk memberikan suara setiap instrumen

yang unik. Sebuah piano memainkan catatan C sama tengah biola masih

terdengar seperti piano karena frekuensi fundamental ditambah frekuensi

harmonik nya. Ketika distorsi harmonik total amplifier diukur, perbedaan tingkat

harmonisa pada tahap output amp dibandingkan dengan tingkat harmonisa

pada tahap masukan, dan perbedaan adalah tingkat distorsi.

Total distorsi harmonik diukur sebagai persentase, seperti 0,004 THD%. Ini

berarti bahwa tingkat distorsi harmonik adalah 0,004% dari sinyal output total.

persentase lebih rendah lebih baik.

Pada kenyataannya, distorsi harmonik total hampir tidak kelihatan ke telinga

manusia. Setiap komponen menambahkan beberapa tingkat distorsi, tapi

distorsi yang paling tidak signifikan dan perbedaan kecil dalam spesifikasi antara

komponen berarti apa-apa. Beberapa komponen telah distorsi sangat rendah

tidak dapat diukur secara akurat. Mendengarkan dan mengevaluasi komponen

karakteristik suara adalah cara yang paling penting untuk menilai suatu produk.

pertimbangan lain, seperti ruangan akustik dan memilih speaker yang tepat lebih

penting daripada persentase total distorsi harmonic.

Total Harmonic Distortion (THD) merupakan nilai prosentase antara total

komponen harmonisa dengan komponen fundamentalnya. Semakin besar

prosentase THD ini menyebabkan semakin besarnya resiko kerusakan

peralatan akibat harmonisa yang terjadi pada arus maupun tegangan. Nilai THD

yang diijinkan secara internasional maksimal berkisar 5% dari tegangan atau

arus frekuensi fundamentalnya.

Untuk mencari nilai THD dari tegangan dapat digunakan persamaan:

Sedangkan untuk mencari nilai THD dari arus dapat digunakan persamaan:

Total Demand Distortion (TDD) adalah total distorsi arus harmonic yang

didifinisikan sebagai

Di mana, Ih = arus harmonic ke h

IL= arus fundamental harmonik

3.3.STANDART 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.

• Tabel 1 IEEE STD. 519-1992 [ 3 ]

IEEE-519 Voltage Distortion Limits

Bus Voltage at

PCC

IHDv

(%)

THDv(%)

69 kV and below 3.0 5.0

69.001 kV

through   161 kV1.5 2.5

161 kV and

above1.0 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/ILn<1

111£n<17

17£n<2

323£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

  Reference :

-->

[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.

• --> [3] Francisco C. De La Rosa (2006), Harmonics and Power System, Taylor

and fancis group, NewYork. 

3.4.SUMBER HARMONIK PADA SISTEM DISTRIBUSI

Harmonisa bisa muncul dari beban-beban yang terhubung ke sistem distribusi.

Beban-beban pada sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi dua bagian

yaitu beban linier dan beban non-linier yang akan dijelaskan sebagai berikut [7]:

1. Beban Linear.

Beban linear adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluran

yang linear, artinya arus yang mengalir sebanding dengan impendansi dan

perubahan tegangan. Pada beban yang linear, bentuk gelombang arus akan

mengikuti bentuk gelombang tegangannya. Kalau bentuk gelombang

tegangan sumbernya sinusiodal, maka gelombang arus yang mengalir juga

akan sinusoidal

2. Beban Non Linear.

Baban non linear adalah bentuk gelombang keluarnanya tidak sebanding

dengan tegangan dalam setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus

maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukkannya

(mengalami Distorsi).

Dari dua macam beban diatas, yang paling mampu menjadi sumber

Harmonisa adalah beban non linear. Hal ini disebabkan karena adanya komponen

semikonduktor yang mana dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang

bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Selain itu harmonisa

dapat juga ditimbulkan oleh peralatan penyearah khususnya peralatan yang

menggunakan penyearah dioda dan thyristor. Dalam pemakaian konverter sebagai

sumber daya listrik dapat membawa suatu kerugian pada jaringan listrik yang

merusak bentuk gelombang tegangan dan arus bolak-balik sehingga tidak

merupakan gelombang sinus murni. Peralatan-Peralatan yang dapat menjadi

sumber harmonisa :

Ø Peralatan industri seperti: Mesin Las, UPS (Uninterruptible Power Suplies),

Kontrol Kecepatan Kotor dan sebagainya.

Ø Perlengkapan kantor seperti: Komputer, Mesin Fotocopy, Mesin Fax, Air

Conditioning Load, Elevator, Drive dan sebagainya.

Ø Perlengkapan rumah tangga seperti: Televisi, Microwave, Lampu dan

sebagainya.

3.5.IDENTIFIKASI HARMONIK

Untuk mengidentifikasi kehadiran harmonik pada sistem distribusi, dapat

diketahuimelalui langkah‐langkah sebagai berikut:

1. Identifikasi Jenis Beban

Jenis beban yang dipasok, misalnya peralatan apa yang dipakai oleh

konsumen. Bila banyaknya peralatan yang mempunyai komponen utama

terbuat dari bahan semikonduktor seperti komputer dan alat bantunya,

pengatur kecepatan motor, atau peralatan lain yang menggunakan arus

searah maka dapat diperkirakan masalah harmonik ada diintalasi

konsumen tersebut.

2. Pemeriksaan Transformator

Untuk transformator yang memasok beban non linier apakah ada kenaikan

temperaturnya tidak normal. Arus sekunder transformator baik phase

maupun netral perlu dilihat. Bandingkan arus netralnya dengan arus phase

pada keadaan beban tidak seimbang. Apabila arus netralnya lebih besar

maka dapat diperkirakan adanya trilen harmonik dan kemungkinan

turunnya kinerja transformator.

3. Pemeriksaan Tegangan Netral Tanah

Terjadinya arus lebih pada kawat netral (untuk sistem 3 phase dan 4

kawat) dapat diketahui dengan melihat tegangan netral‐tanah pada

keadaan berbeban. Apabila tegangan yang terukur lebih besar dari 2 Volt

maka terdapat indikasi adanya masalah harmonik pada beban tersebut.

Apabila indikasi‐indikasi adanya harmonic telah diketahui maka perlu

dilakukan langkah‐langkah untuk mengatasi masalah gangguan harmonik

antara lain dengan mengetahui harmonik untuk menentukan harmonik‐harmonik yang dominan dan sumber utamanya.

3.6. PENGARUH HARMONIK PADA TRANSFORMATOR

Secara tradisional, rugi-rugi trafo dibagi menjadi “no load losses” dan “load

losses” seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 3.

Sedangkan pengaruh dari harmonic terhadap rugi-rugi tersebut adalah :

• Pengaruh dari tegangan harmonik :

Sesuai dengan hukum Faraday, tegangan terminal menentukan tingkat flux

dari trafo sesuai rumus :

Persamaan ini menunjukkan bahwa flux magnitude sebanding proporsional

dengan tegangan harmonik dan berbanding terbalik dengan urutan dari

harmonik. Dalam kebanyakan system tenaga, harmonic distorsi dari tegangan

system THD adalah baik jika dibawah 5 % dan magnitude dari komponen

tegangan harmonic lebih kecil dibandingkan dengan komponen

fundamentalnya (berkisar pada level 2-3%). Ini ditentukan oleh impendasi

internal yang rendah dari supply system yang membawa harmonik. Sehingga,

no load losses tidak hanya dipengaruhi oleh komponen tegangan

fundamental, tetapi juga oleh tagangan harmonik yang ada.

• Pengaruh dari Arus harmonik :

Dalam system tenaga, keberadaan arus harmonik lebih signifikan. Komponen

arus harmonic dapat menyebabkan rugi-rugi dalam belitan dan bagian-bagian

yang lain.

• Pdc Losses

Jika nilai rms dari arus beban naik yang disebabkan oleh adanya komponen

harmonic, maka rugi-rugi tersebut akan naik sebanding dengan kuadrat dari

arus.

• Rugi-rugi belitan Eddy

Secara konvensional, rugi-rugi arus eddy ditimbulkan oleh flux

elektromagnetik yang diasumsikan berubah-ubah sesuai dengan kuadrat dari

arus rms dan kuadrat dari frekuensi tingkatan harmonik.

Sesungguhnya, berdasarkan skin effect, flux elektromagnetik tidak secara

total mempengaruhi rangkaian dalam belitan pada frekuensi yang tinggi.

Kenaikan dari rugi-rugi arus eddy dihasilkan oleh arus beban yang non

sinusoidal dan dapat menyebabkan rugi belitan yang berlebih dan kenaikan

temperature yang tidak normal. Karena itu pengaruh dari arus harmonik

sangat penting, tidak hanya karena diasumsikan tingkatan dari kuadrat

harmonik tetapi juga disebabkan oleh kehadiran arus harmonik yang relatif

besar dalam system tenaga.

• Rugi-rugi lainnya

Rugi-rugi lainnya terjadi karena adanya stray flux sebagai akibat adanya

losses di inti, clamps, tangki dan bagian besi lainnya. Stray losses akan

menaikkan temperatur dari bagian-bagian struktural. Untuk trafo yang berisi

minyak, stray losses diasumsikan dengan kuadrat dari arus rms dan frekuensi

harmonik dengan power factor 0,8.

• Kenaikan temperatur

Semua pengaruh dari arus harmonic seperti yang telah dibicarakan diatas

dapat menaikkan rugi pada trafo. Kenaikan rugi-rugi ini dikarenakan adanya

kenaikan temperatur trafo dari nilai sinusiodalnya. Sehingga, kenaikan rugi-

rugi yang disebabkan oleh spektrum arus harmonic harus dipikirkan.

Faktor rugi harmonik dapat digunakan untuk memprediksi rugi-rugi eddy. Ini

sangat penting pada waktu perhitungan kenaikan temperatur, dimana

faktornya dibatasi oleh beban trafo.

Faktor rugi-rugi harmonic adalah indicator kunci dari pengaruh arus harmonik

pada rugi-rugi belitan eddy.

3.7. USAHA-USAHA UNTUK MENGURANGI PENGARUH HARMONIK

Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengatasi pengaruh harmonik

pada system distribusi antara lain:

3.7.1Menurunkan Kapasitas Transformator

Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi pengaruh harmonik pada

sistem distribusi adalah dengan mengurangi kapasitas suplai daya transformator

(derating fransformator). Dalam menentukan besarnya pengurangan kapasitas

transformator ada metode sederhana yang dapat dipergunakan yaitu dengan

memakai persamaan sebagai berikut:

KVA baru = THDF x KVA pengenal ..................persamaan (1)

di mana THDF adalah Transformator Harmonic Derating Factor,

THDF = [1,414 x (arus phase rms) / (arus puncak phase sesaat)] x 100%

= [(1,414 x 1/3 x (Ir + Is + It)rms / 1/3 x (Ir + Is + It)puncak] x 100%

3.8.2Injeksi Harmonik (Harmonic Injection)

Metode ini bekerja berdasarkan prinsip superposisi. Dengan menginjeksikan

gelombang dengan frekuensi yang sama dengan gelombang harmonisa namun nilainya

berlawanan dengan gelombang harmonisa aslinya akan menyebabkan gelombang

harmonisa negatif ini dan gelombang harmonisa saling menghilangkan sehingga tidak

ada lagi gelombang harmonisa. Namun seperti metode filter pasif, sebelum menjankan

metode ini kita harus terlebih dahulu mengetahui karakteristik dari gelombang harmonisa

yang ada.

Sebagai Petroleum Engineer, harmonisa haruslah dipelajari karena harmonisa dapat

terjadi pada banyak alat di lapangan. Misalnya yang paling utama adalah

pada rectifier dan inverter. Oleh karena itu bagian berikut ini akan membahas kedua alat

tersebut lebih mendalam.

3.7.3

3.8.USAHA PENANGAN LEBIH LANJUT

Untuk instalasi konsumen yang memerlukan kualitas listrik yang lebih baik dan

handal, untuk mengurangi pengaruh harmonik maka pada transformator

distribusi atau panel kontrol utama perlu dipasang peralatan proteksi, yaitu

antara lain filter harmonik (harmonic filter), reaktor blok (bloking reactor) atau

bank kapasitor (capacitor bank).

BAB IV

DAFTAR PUSTAKA

• Kadir, Abdul, tranformator,PRANYA PARAMITA, Jakarta, 1979.

• Z.H Wang, X.G. Yin, et al, Pseudo‐parallel Genetic Algorithm for Reactive

Power Optimization, IEEE Trans. on Power System, 2003

• Momoh, J,A., El‐Hawary ME, Adapa, R.A., A review of selected optimal

power flow literature to 1993, part I: Nonlinear and Quadratic Programming

Approaches, IEEE Trans Power System, 14(1), pp 96‐ 104, 1999

• http://www.elektroindonesia.com