POWER QUALITY

Power quality atau kualitas daya listrik adalah tingkat kualitas dari jaringan

listrik dan tingkat efisiensi dari penggunaan energi.

Power Quality memiliki 3 komponen utama, antara lain:

Kontinyuitas, Tingkat dari sejauh mana pengguna listrik dapat menerima

listrik sepanjang waktu. (bebas dari gangguan)

Level Tegangan, bagaimana sebuah tegangan sistem dapat dijaga dalam

tingkat yang diinginkan.

Efficiency, pengoptimalisasian dari konsumsi energi.

I. Batasan-Batasan mengenai power quality

1. Frekuensi

Frekuensi standar dari sumber listrik adalah 50 ± 1% Hz.

IEC 60196 (6/17/2009)

2. Tegangan

Tegangan standar untuk kelistrikan AC 220 V adalah 220 V (+5% / -10%)

IEC 60038-25 (1983-01) + Amd (1994-09) + Amd 2 (1997-0)

3. Power Faktor

Batasan power faktor sebesar 85%

Keppres 104 2003 TDL 2004

4. Ketidakseimbangan

Dalam system 3 fasa, ketidakseimbangan diukur dari komponen tegangan

atau arus urutan negative (pada system PLN komponen tegangan urutan

negative dibatasi maksimum 2% dari komponen urutan positif).

5. Harmonisa

Sistem tegangan nominal 20 kV dan di bawahnya (TR=220 V), THD

maksimum 5%.

Sistem 66 kV ke atas, THD maksimum 3%

II. Masalah-Masalah yang berkaitan dengan Power Quality

1. Transient

2. Voltage Fluctuation

a. Short-duration variation

b. Long-duration variation

3. Unbalance Voltage

4. Waveform distortion

5. Power Frequency variation

6. Distorsi Harmonisa

1. Transient

Merupakan perubahan sesaat yang tidak diinginkan dari suplai tegangan

atau arus beban.

Transien dapat muncul dalam dua kondisi yakni :

1. Diferensial mode : antara live konduktor : phasa- phasa,phasa-netral

2. Common mode : antara live konduktor dengan earth.

Penyebab terjadinya transient :

1. Impulsive transient merupakan gejala transien yang disebabkan oleh

petir.

2. Oscillatory Transient

3. Merupakan gejala transient yang disebabkan oleh perubahan yang

terjadi secara tiba-tiba dari tegangan, arus atau keduanya dalam

keadaan steady state dengan polaritas positif dan negatif.

Penanggulangan

Tegangan transien dapat dialamatkan pada alat TVSS (Transient Voltage

Surge Suppressor) dan melalui penambahan filter untuk aplikasi khusus

2. Voltage Fluctuation

Fluktuasi tegangan merupakan rentang perubahan teganga maksimum

dan minimum. Akibat jika tegangan yang disuplai ke peralatan melebihi

tegangan nominal, maka akan timbul arus yang melebihi nominalnya.

Sehingga memperburuk operasi peralatan dan memperpendek life time

peralatan. Jika tegangan yang disuplai ke peralatan kurang dari tegangan

nominal, maka menyebabkan operasi peralatan yang buruk dan dapat

menyebabkan peralatan tidak dapat beroperasi. (toleransi tegangan lebih pada

sisi beban-beban listrik adalah ± 10%)

Penyebab

Ketidakmampuan sistem sumber untuk menangani beban-

beban motor yang menggunakan belitan dan induksi

elektromagnetis. Jika motor menarik beban, Beban akan

bersifat induktif dan butuh supplai VAR dari PLN, namun jika

tak terpenuhi maka tegangan akan drop kemudian tegangan

akan naik lagi ketika beban motor berkurang atau lepas.

a. Short-duration variation

Variasi yang terjadi meliputi 3 macam :

a. Interruption, ( V< 0,1 pu )

b. Sag ( Dip), ( V= 0,1 s/d 0,9 pu )

c. Swell, ( V=1,1 s/d [1,8;1,4;1,2] pu )

Berdasarkan lamanya kejadian dibagi :

a. Instantaneus, (0,01 second s/d 0,6 second)

b. Momentary, (0,6 second s/d 3 second)

c. Temporary, (3 second s/d 1 min)

1. Interruption (interupsi)

Interupsi terjadi ketika tegangan pasokan atau mengarah menurun saat

ini menjadi kurang dari 0,1 Pu untuk jangka waktu tidak melebihi satu

menit. Interupsi diukur dengan durasi besar tegangan kurang dari 10% dari

nominal. Durasi gangguan akibat kesalahan pada system ditentukan oleh

waktu pengoperasian pelindung perangkat

Penyebab

Interupsi ditimbulkan dari kesalahan sistem tenaga, kegagalan

peralatan, dan malfungsi kontrol, sambaran petir, putusnya sekring panel

utama, dll.

2. Sag

Merupakan penurunan tegangan menjadi 0,1 sampai dengan 0,9 Pu

dalam tegangan rms atau arus pada frekuensi daya dari 0,5 siklus untuk

beberapa saat.

Penyebab

Diakibatkan oleh penyalaan beban-beban yang memerlukan

supply arus dalam kuantitas yang besar. Selain switching beban-beban

besar, adanya petir yang dihubungsikatkan dengan arrester dapat pula

menyebabkan penurunan tegangan.

3. Swell

Peningkatan tegangan rms antara 1,1 sampai dengan 1,8 Pu atau arus

pada frekuensi daya untuk jangka waktu dari 0,5 siklus untuk beberapa

saat.

Penyebab

Salah satu penyebab voltage swell adalah dimatikannya beban-

beban berat.

b. Long-duration variation

Variasi ini meliputi:

a. Interruption, sustained, ( > 1 min; 0,0 pu )

b. Under voltage ( > 1 min; 0,8 s/d 0,9 pu )

c. Over voltage ( > 1 min; 1,1 s/d 1,2 pu )

a. Sustained Interruption

Akibat panjang dari interruption pertama.

b. Under voltage ( > 1 min; 0,8 s/d 0,9 pu )

Merupakan penurunan tegangan rms kurang dari 90% pada frekuensi

daya. Istilah yang sering dipakai adalah brownout. Hal ini dapat

menyebabkan peralatan listrik atau elektronik menjadi rusak.

Penyebab

Beban listrik yang berlebihan sehingga pasokan listrik berkurang

atau adanya beban pada saat beban puncak misal malam hari.

c. Over voltage ( > 1 min; 1,1 s/d 1,2 pu )

Merupakan peningkatan teganggan rms lebih besar dari 110% pada

frekuensi daya untuk selama lebih dari satu menit. Hal ini dapat

menyebabkan komputer atau peralatan elektronik menjadi panas dan cepat

rusak.

Penyebab

Akibat dari pelepasan beban yang terpasang dari suatu system

tenaga yang overload, dan adanya brownouts (reduksi tegangan), atau

bisa disebabkan oleh pengukuran yang tidak layak (dari regulator dan

kapasitor).

3. Unbalance Voltage

Ketidakseimbangan tegangan terjadi apabila tegangan tiap fasa

mempunyai besar dan sudut yang tidak standar, sehingga teganga antar fasa

mempunyai besar dan sudut tegangan yang tidak sama. Ketidakseimbanagan

tegangan akan menyebabkan timbulnya peningkatan temperature, konsumsi

kWh dan penurunan kemampuan operasi.

4. Waveform distortion

Merupakan penyimpangan kondisi normal dari gelombang sinus ideal.

Macam bentuk waveform distortion :

a. Harmonisa

Merupakan tegangan atau arus sinusoidal yang mempunyai frekuensi

berlipat dari frekuensi sistem yang telah ditentukan sebelumnya. (standar

frekuensi di Indonesia 50 Hz).

b. DC Offset

Merupakan kehadiran tegangan dc atau arus dc dalam system tenaga

listrik ac.

Penyebab

Terjadi sebagai akibat dari gangguan geomagnetic atau efek dari

penyearah setengan gelombang.

c. Inter harmonic

Tegangan atau arus yang mempunyai frekuensi berlipat bukan dari

frekuensi system sumber. Muncul sebagai frekuensu diskrit.

Penyebab

Sumber utama dari distorsi gelombang frekuensi interharmonic

adalah konverter statis, cycloconverters, motor induksi dan perangkat

arcing.

d. Noise

Gelombang listrik terganggu sehingga bentuk gelombangnya tidak

bersih tetapi seperti berambut. Gangguan ini dapat menyebabkan error

pada harddisk ,dan kerusakan pada hardware komputer.

Penyebab

Karena gangguan frekuensi radio, petir, Neutral-Grounding pada

instalasi listrik jelek, atau bisa juga sisebabkan oleh peralatan listrik

atau elektronik yang menghasilkan frekuensi yang tinggi

Penanggulangan

Masalah noise dapat dihindari dengan meninjau wiring dan

menggunakan penghantar yang direkomendasikan oleh standar

kelistrikan.

e. Notching

Merupakan gangguan tegangan secara periodic yang disabkan oleh

operasi dari perangakat daya elektronik (converter 3 fasa).

5. Power Frequency variation

Variasi frekuensi atau yang disebut dengan ketidakstabilan frekuensi

merupakan penyimpangan frekuensi system tenaga dari nilai frekuensi

nominalnya.

Penyebab

Efek dari harmonisa. Frekuensi gelombang sinus murni yang

seharusnya menghasilkan frekuensi 50 Hz karena efek harmonisa dapat

berubah-ubah menjadi lebih rendah maupun lebih tinggi

6. Distorsi Harmonisa

Harmonisa adalah gejala yang timbul akibat dioperasikannya beban

listrik dalam keadaan non linear dimana terbentuk gelombang pada frekuensi-

frekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi normalnya. Yang

dapat mengganggu system jaringan listrik sehingga bentuk gelombang

tegangan dan arus bukan gelombang sinus ideal melainkan menjadi cacat

akibat distorsi harmonisa.

a. Harmonisa tegangan

Harmonisa tegangan merupakan gelombang distorsi yang merusak

bentuk gelombang sinusoidal tegangan, sehingga bentuk gelombang

tegangan menjadi buruk (tidak sinusoidal murni). Harmonisa tegangan

dapat menyebabkan terjadinya pemanasan dan kualitas operasi yang buruk

pada kinerja peralatan.harmonisa tegangan dipengaruhioleh harmonisa

arus yang dihasilkan oleh beban/peralatan listrik.

b. Harmonisa arus

Harmonisa arus merupakan gelombang distorsi yang merusak bentuk

gelombang sinusoidal arus, sehingga bentuk gelombang arus menjadi tidak

sinusoidal murni. Penyebab utama timbulnya harmonisa adalah peralatan

yang bersifat non-linear, seperti computer, peralatan elektronik, robotics

(system kontrol), ballast lampu elektronik, variable speed drives,

frequency inverters, UPS (Uninterruptable Power Supply), DC drives,

battery charges. Harmonisa arus ini akan menyebabkan kerugian pada

operasi peralatan seperti overheating, operasi peralatan yang tidak reliable,

netral overloading, penurunan lifetime peralatan dan peningkatan

konsumsi kWh (Arus).

Penyebab

Sumber-sumber harmonisa yang utama :

a. Penyearah

Ada tiga jenis penyearah :

1. Penyearah tak terkendali (dengan diode)

2. Penyearah terkendali (dengan thyristor)

3. Penyearah PWM (dengan transistor)

Penyearah pertama dan kedua menyebabkan harmonisa dalam

jumlah besar. Penyearah dengan thyristor selain menghasilkan

harmonisa juga memiliki faktor daya yang rendah. Penyearah pertama,

khususnya dari jenis satu fasa adalah penyumbang harmonisa terbesar

dari sektor perumahan dan perkantoran. Semua peralatan elektronik,

yang meliputi televisi, sistem AV, printer, scanner, UPS dan battery

charger, komputer, monitor, oven microwave, lampu fluorescent

dengan ballast elektronik, dll menggunakan penyearah jenis ini pada

seksi front-end-nya.

b. Lampu Hemat Energi (LHE)

LHE adalah lampu fluorescent yang dioperasikan pada frekuensi

tinggi (~10-200kHz). Frekuensi tinggi ini didapat dari inverter kecil

dalam ballast elektronik. Inverter ini disuplai dari suatu penyearah

yang tidak lain adalah penyearah dari jenis pertama sebagaimana telah

disinggung di atas. Pada tabel 1 diperlihatkan kandungan harmonisa

LHE komersial yang ada di pasaran (Newton, PL, 20W).

Kandungan harmonisa arus lampu PL Newton

Irms (A) I1 (A) I3 (A) I5 (A) I7 (A)

0,13 0,08 0,06 0,03 0,02

Kandungan harmonisa yang diperlihatkan (orde 3, 5 dan 7)

relatif sangat besar. Kandungan harmonisa tersebut memberikan

kontribusi yang besar terhadap arus efektif (rms).

Metode perhitungan yang dipakai untuk mengetahui kandungan

harmonisa:

1. Crest factor

Suatu pengukuran nilai puncak dari gelombang dibandingkan dengan

nilai RMS

CF= peak of waveformrms of waveform

Gelombang sinus sempurna untuk arus dan tegangan mempunyai CF¿√2

2. Faktor harmonisa / persentase Total Harmonic Distortion (% THD)

Individual Harmonic Distortion (IHD) adalah rasio antara nilai RMS

dari harmonisa individual dan nilai RMS dari fundamental. Sedangkan

Total Harmonic Distortion (THD) adalah rasio antara nilai RMS dari

komponen harmonisa dan nilai RMS dari fundamental.

Isc=S(kVA)

%Z x √3 x kV

THD Tegangan

THDV=√∑

h=2

∞

V h2

V 1

THD Arus

THD I=√∑

h=2

∞

I h2

I 1

Vh ; Ih = komponen harmonisa

V1 ; I1 = komponen fundamental

3. K-Factor

K=∑h=l

∞

(ih ( pu ) xh)2

K-factor=1 mengidentifikasikan suatu beban linier.

Dampak yang umum dari gangguan harmonisa :

1. Pada transformator berupa susut listrik bertambah, daya mampu menurun

dan umur ekonomis menurun.

2. Pada motor listrik berupa pemanasan berlebih, adanya tambahan stress

termal, terjadi pulsasi pada putaran dan umur ekonomis menurun.

3. Pada Capacitor Bank berupa terjadinya resonansi (seri dan paralel)

harmonisa dengan Capacitor Bank sehingga dapat menyebabkan beban

lebih dan gagal bekerja, distorsi tegangan menambah rugi dielektrik,

menambah stress termal pada isolasi dan mengurangi umur ekonomis.

4. Pada penghantar jaringan berupa susut listrik bertambah, kenaikan jatuh

tegangan, stress dielektrik meningkat dan mengurangi umur ekonomis.

5. Pada alat ukur berupa terjadinya kesalahan pengukuran pada kWH meter

Elektromekanis.

6. Pada sistem tenaga berupa arus netral naik (harmonisa orde kelipatan ke

3), tegangan sentuh peralatan bertambah sehingga membahayakan bagi

operator.

Antisipasi Harmonisa :

1. Identifikasi jenis beban

Dengan mengetahui peralatan (jenis beban) yang dipakai oleh

konsumen, maka dapat diperkirakan masalah harmonisa ada di instalasi

konsumen.

2. Pemeriksaan transformator

Untuk transformator yang memasok beban non linier apakah ada

kenaikan temperaturnya tidak normal. Apabila arus netralnya lebih besar

maka dapat diperkirakan adanya harmonisa dan kemungkinan turunnya

kinerja transformator.

3. Pemeriksaan tegangan netral-tanah

Dengan melakukan pengukuran tegangan netral-tanah pada

keadaan berbeban, dapat diketahui terjadinya arus lebih pada kawat

netral (untuk system bintang 4 kawat). Apabila tegangan yang terukur

lebih besar dari 2 volt, maka terdapat indikasi adanya masalah harmonisa

pada beban inti.

Langkah-langkah mengatasi harmonisa

1. Memperbesar kawat netral

Apabila muncul masalah harmonisa, maka akan membutuhkan

kawat netral yang berukuran lebih besar dari ukuran standarnya. Hal ini

akan akan mengurangi kenaikan temperature sehingga overheating akibat

harmonisa dapat dihindari.

2. Menurunkan kemampuan transformator

Salah satu cara mengatasi harmonisa pada transformator adalah

mengurangi pembebanannya (derating transformer). Dapat dilakukan

dengan metode yang memanfaatkan data hasil pengukuran yaitu dengan

Faktor derating dari transformator (Transformer Hrmonic Derating

Factor atau THDF)

THDF= 1,414 x arus fasa rmsarus puncak fasa sesaat

3. Memasang kapasitor untuk jaringan yang berhamonisa

4. Memasang filter harmonik

Daftar Pustaka

http://jasalistrik.wordpress.com/2010/09/24/power-quality-bagian-i/

http://dunia-listrik.blogspot.com/2010/03/kualitas-daya-listrik-power-quality.html

http://problemlistrik.blogspot.com/

http://www.tridinamika.co.id

http://lanoswww.epfl.ch/studinfo/courses/cours_supra/smes/PQgloss.htm

POWER QUALITY

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Rangkaian Listrik

Yang dibimbing oleh Bapak Ir Budi Eko Prasetyo, M.MT

Disusun Oleh :

Nama : IZAAT AULIA

Kelas : D3 / 1A

NIM : 1031120096

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

POLITEKNIK NEGERI MALANG

MALANG

2011