Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri

ISBN 978-979-3733-69-2
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk
Sektor Industri
PENGARAH
Dr. Ir. Marzan Aziz Iskandar, M.Sc.
Kepala BPPT
Dr. Ir. Unggul Priyanto, M.Sc.
Deputi Kepala Bidang TIEM
PENANGGUNG JAWAB
Dr. M.A.M. Oktaufik, M.Sc.
Direktur PTKKE
TIM PENYUSUN
Dr. Ferdi Armansyah
Prof. Dr. Ir. Hamzah Hilal, M.Sc.
Ir. Ifanda, M.Sc.
Ir. Achmad Hasan, M.Eng.
Ir. M. Iksan
Dra. Endang Sri Hariatie
Budi Ismoyo, S.T.
Suhraeni Syafei ,S.T.
A. Putri Mayasari, A.Md.
Kornelis Kopong Ola, S.T.
AgusSuhendra, A.Md.
DesainCover :AWeS
INFORMASI
Bidang Rekayasa Sistem
Pusat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE)
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
Gedung BPPT II, lantai 20
Jl. M.H. Thamrin No. 8, Jakarta 10340
Tlp. (021) 316 9754
Fax. (021) 316 9765
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
DAFTAR ISI
Pengantar............................................................................................................................ 1
1
Pendahuluan............................................................................................................ 2
2
2.1
2.2
2.3
2.4
Gejala Kualitas Daya dan Efek Terhadap Peralatan............................................... 5
Tinjauan Umum........................................................................................................ 5
Kompatibilitas Elektromagnetik................................................................................ 5
Fenomena Klasifikasi Umum................................................................................... 5
Uraian Rinci Fenomena........................................................................................... 7
2.4.1 Transien....................................................................................................... 7
2.4.1.1 Transien Impulsif........................................................................... 9
2.4.1.2 Osilasi Transien............................................................................. 9
2.4.2 Penyimpangan Berdurasi Singkat................................................................ 12
2.4.2.1 Interruption.................................................................................... 12
2.4.2.2 Sags.............................................................................................. 13
2.4.2.3 Swells............................................................................................ 15
2.4.3 Penyimpangan Berdurasi Lama................................................................... 16
2.4.3.1 Sustained interruptions.................................................................. 17
2.4.3.2 Overvoltage................................................................................... 17
2.4.3.3 Undervoltage................................................................................. 17
2.4.4 Voltage Unbalance....................................................................................... 18
2.4.5 Distorsi Bentuk Gelombang......................................................................... 19
2.4.5.1 DC offset........................................................................................19
2.4.5.2 Harmonisa dan Interharmonisa..................................................... 19
2.4.5.3 Notching........................................................................................ 21
2.4.5.4 Noise............................................................................................. 21
2.4.6 Fluktuasi Tegangan......................................................................................22
2.4.7 Perubahan-perubahan Frekuensi Tegangan............................................... 23
3.
3.1.
Pengawasan dan Pengukuran Gejala Kualitas Daya.............................................. 24
Tujuan Monitoring.................................................................................................... 24
3.1.1 Kebutuhan Monitoring Kualitas Daya........................................................... 24
3.1.2 Toleransi Peralatan dan Pengaruh Gangguan pada Peralatan................... 25
3.1.3 Tipe-tipe Peralatan....................................................................................... 25
Instrumen Pengukuran.............................................................................................25
3.2.1 Pengukuran Tegangan Arus Bolak Balik..................................................... 26
3.2.2 Pengukuran Arus Bolak Balik.......................................................................26
3.2.3 Pertimbangan Tegangan dan Arus.............................................................. 27
3.2.3.1 Pembacaa rms-sebenarnya.......................................................... 27
3.2.3.2 Transformator Arus (CT)............................................................... 28
3.2.4 Instrumen Monitoring................................................................................... 28
3.2.4.1 Osiloskop....................................................................................... 28
3.2.4.2 Monitor Gangguan......................................................................... 28
3.2.4.3 Indikator Kejadian.......................................................................... 39
3.2.4.4 Monitor Teks................................................................................. 30
3.2.4.5 Pencatatan Volt/Ammeter..............................................................30
3.2.
i
Daftar Isi | BPPT-PTKKE
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.2.4.6 Monitor Tampilan Grafik................................................................ 31
Daya Instrumen............................................................................................ 32
3.2.5.1 Suplai Daya dan Kompatibilitas Monitoring................................... 32
3.2.5.2 Sumber Arus Searah..................................................................... 33
Teknik Penerapan.................................................................................................... 33
3.3.1 Keselamatan................................................................................................ 33
3.3.1.1 Sambungan Hard-wired.................................................................34
3.3.1.2 Sambungan Tipe Steker dan Stop Kontak.................................... 34
3.3.1.3 Isolasi Bagian Bertegangan...........................................................34
3.3.1.4 Penempatan Monitor..................................................................... 35
3.3.1.5 Pembumian................................................................................... 36
3.3.1.6 Proteksi Arus Lebih Kawat Sensor................................................ 36
3.3.1.7 Penentuan Jalur Kabel Sensor...................................................... 37
3.3.2 Lokasi Monitoring......................................................................................... 37
3.3.2.1 Tujuan............................................................................................37
3.3.2.2 Pengetahuan Rangkaian Listrik.....................................................38
3.3.2.3 Diagnosa Suatu Masalah Unjuk Kerja Peralatan.......................... 39
3.3.2.4 Fasilats Survey Kualitas Daya....................................................... 39
3.3.2.5 Spesifikasi Transformator Tegangan (PT) dan Transformator Arus
(CT).............................................................................................................. 40
3.3.3 Sambungan Peralatan................................................................................. 40
3.3.3.1 Masukan Sensor............................................................................40
3.3.3.2 Terminal Pembumian.................................................................... 41
3.3.3.3 Suplai Daya Instrumen dan Monitoring Invasif.............................. 41
3.3.3.4 Sambungan Hard-wire.................................................................. 41
3.3.3.5 Sambungan Steker dan Stop Kontak............................................ 42
3.3.3.6 Kualitas Sambungan Indra Tegangan........................................... 42
3.3.3.7 Monitor Arus.................................................................................. 42
3.3.4 Ambang Batas Monitoring............................................................................ 43
3.3.4.1 Tujuan............................................................................................43
3.3.4.2 Persiapan...................................................................................... 44
3.3.4.3 Pertimbangan Lingkungan Listrik.................................................. 44
3.3.4.4 Pertimbangan Kepekaan Peralatan...............................................45
3.3.4.5 Pertimbangan Arus........................................................................ 45
3.3.5 Periode Monitoring....................................................................................... 47
3.3.5.1 Tujuan............................................................................................47
3.3.5.2 Monitoring Daya Baseline.............................................................47
3.3.5.3 Monitoring Pemecahan Masalah................................................... 47
3.3.5.4 Monitoring Studi Tenaga............................................................... 47
Interprestasi Hasil Monitoring Kualitas Daya........................................................... 47
3.4.1 Intepretasi Ringkasan Data.......................................................................... 48
3.4.1.1 Persiapan...................................................................................... 48
3.4.1.2 Pemeriksaan..................................................................................48
3.4.1.3 Interprestasi................................................................................... 48
3.4.2 Ekstraksi Data Kritis..................................................................................... 49
3.4.2.1 Penentuan Kejadian Kritikal dari Gangguan yang Berkali-kali..... 49
3.4.2.2 Pemeriksaan Kejadian Nyata........................................................ 49
3.4.3 Interprestasi Kejadian-kejadian Kritikal........................................................ 51
3.4.4 Verifikasi Interprestasi Data......................................................................... 52
3.2.5
3.3
3.4
ii
Daftar Isi | BPPT-PTKKE
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.4.4.1
3.4.4.2
Verifikasi Post-Monitoring.............................................................. 53
Post-Monitoring untuk Interaksi Sistem......................................... 53
4
4.1
4.2
4.3
4.4
Kajian Risiko dan Dampak Finansial....................................................................... 54
Aspek Kerugian Finansial........................................................................................ 54
Parameter yang Mempengaruhi Biaya.................................................................... 56
Penyusunan Data Biaya Dasar Kualitas Daya.........................................................58
Perhitungan Biaya Kualitas Daya............................................................................ 60
5
5.1
Solusi Masalah Kualitas Daya................................................................................. 64
Solusi Voltage Sag ..................................................................................................64
5.1.1 Solusi Sirkit Kontrol...................................................................................... 64
5.1.1.1 Ferroresonant Transformer........................................................... 64
5.1.1.2. Uninterruptible Power Supply........................................................ 65
5.1.1.2.1
Konfingurasi Tunggal................................................ 66
5.1.1.2.2
Konfingurasi Tunggal dengan Penyearah.................67
5.1.1.2.3
UPS yang Bekerja Paralel........................................ 68
5.1.1.3 Dip-Proof Inverters........................................................................ 69
5.1.2 Solusi Untuk Adjustable-Speed Drives........................................................ 69
5.1.3 Solusi untuk Aplikasi Skala Besar................................................................ 70
5.1.3.1 Written Pole Motor Generator Skala Besar................................... 70
5.1.3.2 Penyimpan Energi Magnet Superconducting / Superconducting
Magnetic Energy Storage (SMES)............................................................... 71
Solusi terhadap Transien dalam Sistem Tenaga Listrik...........................................71
5.2.1 Solusi untuk Capacitor-Switching Transients .............................................. 71
5.2.1.1 Adjustable-Speed Drives............................................................... 71
5.2.1.2 Utility-Side Solutions .....................................................................72
Solusi Surge ............................................................................................................74
Solusi Masalah Harmonisa...................................................................................... 74
Solusi Isu tentang Motor.......................................................................................... 74
5.5.1 Unbalance Voltage....................................................................................... 74
5.5.2 Inkompabiltas antara Adjustable-Speed Drives dan Motor.......................... 76
Solusi Masalah Pembumian (Grounding)................................................................ 77
Solusi Masalah Interfrensi Elektromagnetik............................................................. 79
5.7.1 Pembumian yang Tepat............................................................................... 79
5.7.2 Attenuasi Emisi pada Sumber...................................................................... 80
5.7.3 Pelindung Peralatan Sensitif........................................................................ 80
5.7.4 Penangkapan dan Pengembalian Emisi ke Sumber.................................... 81
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
Daftar Pustaka.....................................................................................................................82
Appendix A. Daftar Istilah Kualitas Daya...........................................................................83
iii
Daftar Isi | BPPT-PTKKE
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
PENGANTAR
Pada saat sekarang ini, kualitas daya listrik (power quality) menjadi suatu isu kunci bagi
penyedia, distribusi, dan konsumen tenaga listrik. Permasalahan umum, seperti
harmonisa, variasi tegangan jangka pendek (sags, swells, dan interruptions) variasi
tegangan jangka panjang (undervoltages, overvoltages, dan interruptions), transien,
ketidakseimbangan, variasi frekuensi, dan lain-lain dapat menyebabkan beberapa
permasalahan kepada konsumen yang memerlukan tingkat kualitas daya listrik yang
tinggi untuk proses industri dan penggunaan peralatan listrik di rumah-rumah.
Kualitas daya sudah hangat dibicarakan di-Amerika sejak awal tahun 90-an dan riset
yang dilakukan oleh US National Power Laboratory (Division of Best Power Technology,
Wisconsin) selama hampir 5 tahun (1990 s.d. 1995) menyatakan bahwa pengganggu
atau perusak perangkat akibat masalah tegangan tercatat hampir 50 gangguan
perbulan.
Secara umum di Indonesia masalah ini belum sampai menjadi isu nasional, namun
untuk beberapa hal, pengguna sudah cukup peduli terutama yang berkaitan dengan
tegangan rendah atau ketidakstabilan atau pemadaman listrik. Padahal kualitas bukan
hanya masalah tegangan saja atau terputusnya catu daya tetapi menyangkut
karakteristik parameter kelistrikan seperti arus dan frekuensi yang berkaitan dengan
harmonisa, arus bocor, tegangan transien, sag/dips, surge, swell, ripple, noise, dan
lain-lain. yang dapat merusak peralatan dan mengurangi umur perangkat. Salah satu
permasalahan terbesar pada sektor industri adalah kedip tegangan (Dip/Voltage Sag),
karena durasi gangguan dengan beberapa millidetik saja dapat menyebabkan produksi
berhenti
Untuk menerapkan teknologi yang terkait dengan perbaikan kualitas daya, maka perlu
pendalaman mengenai sistem manajemen energi di industri dengan membuat
panduan penanganan gejala kualitas daya untuk sektor industri.
BPPT telah
menyelesaikan Buku Panduan ini sebagai langkah awal dalam meningkatkan
kepedulian pemerintah dan kalangan industri dalam menangani berbagai permasalahan
kualitas daya listrik. Bahan pembuatan panduan ini diambil dari beberapa sumber
seperti IEEE dan IEC. Perbaikan terhadap panduan ini akan senantiasa dilakukan
dengan mengacu pada panduan dan regulasi yang telah digunakan di beberapa negara
maju dalam mengatasi penanganan gejala kualitas daya khususnya disektor industri.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
1
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
BAB-1
PENDAHULUAN
Sistem tenaga listrik diharapkan beroperasi pada tegangan konstan,untuk menyalurkan
daya ke berbagai peralatan beban. Tingkatan daya yang disalurkan bervariasi dari
beberapa watt hingga megawatt, dengan menggunakan tegangan pembangkitan,
penyaluran, dan distribusi dari beberapa ratus volt hingga ratusan kilovolt. Transmisi
dan distribusi primer tenaga listrik ini dilakukan pada tegangan tinggi, puluhan hingga
ratusan kilovolt, untuk memfasilitasi transportasi jarak jauh tenaga listrik yang efektif.
Penggunaan akhir biasanya pada skala tegangan 220 Volt (untuk rumah dan gedung)
hingga tegangan sampai 1000 Volt (untuk industri), dan beberapa ribu volt untuk
beban-beban yang lebih besar.
Peralatan listrik didesain untuk beroperasi normal pada tegangan operasi normalnya
(nominal). Pada tegangan di atas nominal, peralatan mempunyai batas kemampuan
untuk menahan kelebihan tegangan. Demikian juga pada tegangan di bawah nominal,
kinerja peralatan biasanya akan terganggu atau akan berlanjut pada resiko terjadinya
kerusakan pada peralatan. Kedua gangguan tersebut, kelebihan atau kekurangan
tegangan, diberi beberapa nama yang berbeda berdasarkan pada lama jangka waktu
terjadinya. Penggolongan jenis gangguan ini juga meliputi distorsi bentuk gelombang,
serta deviasi lainnya dari bentuk gelombang sinus yang diharapkan.
Dengan semakin maraknya perhatian terhadap gangguan pada perangkat elektronika
di industri beserta permasalahan lainnya yang terkait, telah menarik perhatian lebih
pada kualitas daya layanan yang diperlukan untuk skala operasi normal. Sejalan
dengan kebutuhan daya yang berkualitas, juga diperlukan tingkat kompatibilitas yang
praktis dari berbagai peralatan yang digunakan oleh konsumen daya, serta kejelasan
tanggung jawab ekonomis dalam kerjasama antara produsen dan konsumen. Istilah
kualitas daya sudah digunakan secara luas di kalangan industri, tetapi maksud dan
tujuan dari suatu kriteria pengukuran, yang dibutuhkan untuk menentukan harga dari
skala kualitas, masih perlu diperjelas. Kualitas daya yang baik biasanya difahami
sebagai rendahnya tingkat gangguan daya layanan, namun tingginya tingkat toleransi
peralatan yang digunakan juga dapat menjadi solusi yang efektif terhadap
permasalahan kualitas daya. Untuk itu diperlukan kesamaan persepsi mengenai batas
gangguan yang dapat diterima, serta tingkat toleransi terhadap gangguan tersebut.
Kesulitan lain dalam menentukan interface yang dibutuhkan antara daya dari sisi
produsen dan beban sensistif yang ada pada sisi konsumen, adalah sifat subyektif dari
penentuan biaya gangguan operasi yang disebabkan oleh gangguan daya.
Suatu sistem tenaga listrik tidak pernah beroperasi pada tegangan dan frekuensi yang
konstan. Pada awalnya kebanyakan peralatan listrik tetap dapat beroperasi dengan
baik walaupun terjadi sedikit deviasi tegangan dan frekuensi dari harga nominalnya.
Pada pabrik dan fasilitas industri modern, banyak perangkat listrik dan elektronika yang
dimasukkan ke dalam sistem otomasi proses. Programmable logic controllers (PLC),
2
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Adjustable-Speed Drives (ASD), motor energi efisien, mesin-mesin CNC serta berbagai
perangkat elektronika daya telah meningkatkan kualitas produk dan menurunkan biaya
produksi yang harus dibebankan kepada pembeli produk. Namun, berbagai perangkat
otomatis di atas juga berpotensi menimbulkan permasalahan kelistrikan karena
sensitifitasnya yang tinggi, berbeda dengan peralatan dari generasi terdahulu yang
mempunyai toleransi lebih tinggi terhadap variasi tegangan dan frekuensi. Akibat dari
semakin banyaknya jumlah peralatan yang sensitif ini, pemilik proses industri sering
mengalami gangguan proses dan terhentinya produksi tanpa penyebab yang jelas.
Asal permasalahan kompatibilitas ini mungkin tidak langsung dapat difahami dengan
jelas oleh para teknisi pemeliharaan. Sama halnya bahwa para teknisi tersebut juga
tidak mengetahui solusi dari permasalahan kualitas daya, untuk dapat meningkatkan
kehandalan peralatan pendukung proses. Oleh karena itu, buku panduan kualitas daya
ini dibuat untuk membantu para teknisi dan insinyur di sektor industri beserta
konsumennya. Buku panduan ini akan membantu mengidentifikasi penyebab berbagai
permasalahan kualitas daya berikut solusinya secara efektif.
Banyak gangguan pada proses produksi yang seharusnya dapat dicegah. Dengan
pengetahuan mengenai berbagai permasalahan kualitas daya, pihak produsen di sektor
industri akan dapat mengidentifikasi penyebab dari gangguan yang terjadi dan
mengambil tindakan untuk memperbaiki hingga mencegah berulangnya permasalahan.
Buku panduan ini mengidentifikasi jenis gangguan yang lazim terjadi dan mengganggu
proses produksi di sektor industri. Juga akan dibahas dalam buku panduan, peralatan
pendukung proses yang rentan terhadap gangguan kualitas daya berikut solusi untuk
meningkatkan kompatibilitas peralatan tersebut terhadap variasi tegangan dan
frekuensi.
Berlawanan dengan persepsi umum, tenaga listrik yang disalurkan oleh pihak produsen
bukanlah penyebab utama dari gangguan proses industri yang berhubungan dengan
kelistrikan. Fakta yang diperoleh dari studi yang dilakukan oleh Electric Power
Research Institute (EPRI) menunjukkan bahwa hingga 80% dari seluruh permasalahan
kualitas daya disebabkan oleh pemasangan penghantar atau pembumian yang tidak
tepat, atau karena interaksi berbagai beban listrik yang berasal dari dalam lingkungan
pabrik dan industri sendiri. Selain itu juga akan dibahas permasalahan pembumian
yang lazim ditemui pada sistem distribusi tenaga listrik untuk industri, serta interferensi
elektromagnetika.
Penggunaan komponen elektronika yang sangat meluas dari berbagai peralatan rumah
tangga yang sederhana hingga perangkat kontrol untuk proses-proses industri yang
sangat besar dan berbiaya tinggi, telah membangkitkan kesadaran terhadap kualitas
daya. Gangguan kualitas daya secara umum didefinisikan sebagai perubahan pada
karakteristik daya (tegangan, arus, atau frekuensi) yang menyebabkan gangguan
terhadap operasi normal berbagai peralatan listrik. Ketahanan peralatan yang
mengkonsumsi daya listrik akan menentukan derajat kualitas daya yang diperlukan
untuk menjamin operasi normal.
Para manajer di sisi konsumen pada sektor industri serta pihak produsen tenaga listrik
perlu mempelajari efek ekonomis dari variasi kualitas daya terhadap biaya peningkatan
kinerja melalui beberapa alternatif, sehingga sensitivitas antara investasi terhadap
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
3
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
kualitas daya yang diperlukan untuk kelancaran proses industri dapat diketahui dan
diputuskan. Kualitas tenaga listrik yang baik dapat mengurangi kemungkinan biaya
besar yang dapat timbul karena kerugian dari kemungkinan gangguan pada proses
industri.
Usaha pemahaman terhadap fenomena kualitas daya telah banyak dilakukan oleh
pihak produsen maupun konsumen tenaga listrik. Studi yang dilakukan semakin intensif
dengan semakin sensitifnya peralatan yang digunakan di sektor industri, bahkan
terhadap perubahan yang sangat kecil pada tegangan, arus dan frekuensi dari suplai
daya listrik, yang menyebabkan terhentinya berbagai proses produksi tanpa alasan
yang jelas.
Beberapa institusi seperti International Electrotechnical Commission (IEC) dan Institute
of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) melakukan studi terpisah tanpa
melakukan komunikasi untuk menyamakan persepsi dan hasil studi mereka terhadap
fenomena kualitas daya. Sebagai hasil, terdapat beberapa perbedaan istilah yang
digunakan oleh berbagai pengguna hasil studi dari masing-masing institusi tersebut.
Sebagian besar bahasan dalam buku panduan ini akan diadopsi dari IEEE Standard
1159-1995 berjudul "IEEE Recommended Practice for Monitoring Electrical Power
Quality". Beberapa referensi lain juga digunakan untuk menyesuaikan bahasan dengan
perkiraan kebutuhan di sektor industri di Indonesia.
4
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
BAB-2
GEJALA KUALITAS DAYA DAN EFEK TERHADAP PERALATAN
2.1.
Tinjauan Umum
Kualitas daya listrik merujuk pada berbagai fenomena elektromagnetik yang dicirikan
melalui tegangan dan arus pada waktu dan lokasi tertentu pada sistem tenaga. Bagian
ini menerangkan secara umum sedangkan pada bagian klasifikasi fenomena
menjelaskan deskripsi teknis dan contoh prinsip terjadinya fenomena elektromagnetik
yang menyebabkan masalah kualitas daya.
Penambahan peralatan elektronik dapat menyebabkan gangguan elektromagnetik, atau
dapat menjadi peka terhadap fenomena ini, menjadi bahasan yang menarik dalam
kualitas daya akhir-akhir ini. Bersamaan dengan adanya peningkatan masalah dalam
operasi, berbagai upaya dicoba untuk menggambarkan fenomena. Namun dalam,
berbagai segmen masyarakat penggunaan istilah elektronik yang berbeda untuk
menggambarkan kejadian elektromagnetik. Panduan ini memperluas terminologi yang
akan digunakan dalam komunitas kualitas daya untuk menggambarkan peristiwaperistiwa umum.
2.2.
Kompatibilitas Elektromagnetik
Panduan ini menggunakan pendekatan kompatibilitas elektromagnetik untuk
menggambarkan fenomena kualitas daya. Pendekatan kompatibilitas elektromagnetik
telah diterima oleh masyarakat internasional dalam standar IEC yang dihasilkan oleh
IEC Technical Committee 77.
2.3.
Fenomena Klasifikasi Umum
IEC mengklasifikasikan fenomena elektromagnetik ke dalam beberapa kelompok
seperti terlihat pada Tabel 2.1. Standar IEC menetapkan parameter listrik sesuai dalam
Tabel 2.1. Istilah high and low-frequency tidak didefinisikan dalam rentang frekuensi
tertentu, tetapi dimaksudkan untuk menunjukkan perbedaan relatif dalam rentang
frekuensi dasar sesuai dengan fenomena yang tercantum dalam kategori tersebut.
Dalam praktek disarankan ada beberapa persyaratan tambahan yang terkait dengan
terminologi IEC. Istilah sag yang digunakan dalam komunitas kualitas daya sebagai
sinonim dip dalam IEC. Kategori penyimpangan berdurasi pendek (short duration
variations) digunakan untuk merujuk kepada tegangan dip dan interupsi pendek (short
interruption). Istilah swell diperkenalkan sebagai kebalikan dari sag (dip). Kategori
penyimpangan berdurasi lama telah ditambahkan sesuai batas ANSI C84.1-1989 [B1].
Kategori noise telah ditambahkan untuk menguraikan fenomena perpindahan
broadband. Kategori distorsi gelombang digunakan sebagai wadah untuk kategori
harmonisa, interharmonisa, dan fenomena dc pada jaringan ac di IEC serta fenomena
tambahan dari IEEE Std 519-1992 [B13] yaitu notching. Tabel 2.2 menunjukkan
pengkategorian fenomena elektromagnetik yang digunakan untuk masyarakat kualitas
daya.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
5
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Tabel 2.1 Fenomena pokok penyebab gangguan elektromagnetik
yang diklasifikasikan oleh IEC.
Conducted low – frequency phenomena
Radiated low – frequency phenomena
Conducted high – frequency phenomena
Radiated high – frequency phenomena
Electrostatic discharge phenomena
Nuclear electromagnetic pulse
Harmonics, interharmonics
Signal system (power line
carrier)
Voltage fluctuations
Voltage dips interuption
Voltage imbalance
Power – frequency variations
Induced
low
frequency
voltages
DC in ac networks
Magnetics fields
Electrics field
Induced
continuous
wave
voltages or currents
Unidirectional transients
Oscilllatory transients
Magnetics fields
Electrics field
Electromagnetics field
Continuous waves
Transients
-
Fenomena yang tercantum dalam Tabel 2.1 dapat dijelaskan lebih lanjut dengan daftar
atribut yang sesuai. Untuk fenomena steady-state, atribut-atribut berikut dapat
digunakan :
• Amplitudo
• Frekuensi
• Spektrum
• Modulasi
• Sumber impedansi
• Notch depth
• Notch area
Untuk fenomena non-steady state, atribut lain mungkin dibutuhkan :
o Tingkat kenaikan
o Amplitudo
o Jangka waktu
o Spektrum
o Frekuensi
o Tingkat kejadian
o Energi potensial
o Sumber impedansi
6
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Tabel 2.2 memberikan informasi tentang isi spektral yang khas, durasi, dan ukuran
yang tepat untuk setiap kategori fenomenan elektromagnetik. Kategori dari Tabel 2.2,
ketika digunakan bersama dengan atribut yang disebutkan di atas, menunjukkan
sebuah arti yang jelas dalam menggambarkan sebuah gangguan elektromagnetik.
Kategori dan deskripsinya adalah penting dalam rangka untuk dapat mengklasifikasikan
hasil pengukuran dan untuk menjelaskan fenomena elektromagnetik yang dapat
menyebabkan masalah kualitas daya. Panduan ini akan membahas setiap kategori
secara rinci.
2.4.
Uraian Rinci Fenomena
Bagian ini menjelaskan uraian yang lebih rinci untuk setiap kategori berbagai fenomena
kualitas daya yang diperlihatkan pada Tabel 2.2. Penjelasan disini menyangkut
perkembangan penggunaan istilah-istilah yang digunakan saat ini untuk setiap kategori.
Salah satu alasan utama untuk mengembangkan pengklasifikasian fenomena
elektromagnetik adalah adanya cara yang berbeda untuk memecahkan permasalahan
kualitas daya tergantung dari jenis gangguannya. Solusi berbeda dibahas untuk setiap
kategori. Juga terdapat persyaratan berbeda untuk mengevaluasi fenomena gangguan
dengan pengukuran. Pengklasifikasian ini penting untuk keperluan analisis.
2.4.1. Transien
Istilah transien telah lama digunakan dalam analisis sistem tenaga listrik. Transien
merupakan suatu kejadian sesaat yang tidak diinginkan tetapi secara alami terjadi.
IEEE Std 100-1992 memberi pemahaman mengenai defenisi dari transient tersebut.
Definisi lain dalam IEEE Std 100-1992 lebih luas dalam lingkup dan secara sederhana
menjelaskan bahwa transien adalah “that part of the change in a variable that
dissapears during transition from one steady-state operation condition to another”
(bagian yang berubah dari suatu variabel yang menghilang selama transisi dari satu
kondisi steady state ke kondisi steady state yang lain). Namun definisi ini digunakan
untuk menggambarkan kejadian apapun yang tidak biasa terjadi dalam sistem tenaga.
Kata lain yang digunakan dalam standar IEEE ini yang bersinonim dengan transien
adalah surja. IEEE Std 100-1992 mendefinisikan surja adalah “gelombang transien dari
arus, potensial atau tenaga (energi) pada rangkaian listrik”. IEEE C62 Collection [B14]
menggunakan istilah surja, switching surja, dan transien untuk menggambarkan
fenomena yang sama. Dalam buku ini, surja tidak akan digunakan untuk
menggambarkan fenomena transien elektromagnetik. Karena IEEE Std 100-1992
menggunakan istilah transien untuk mendefinisikan surja, batasan ini diharapkan tidak
menyebabkan salah pengertian.
Secara umum, transien dapat digolongkan menjadi dua kategori, yaitu impulsif dan
osilasi. Terminologi-terminologi ini merefleksikan bentuk gelombang dari arus atau
tegangan transien.
Tegangan transien yang disebabkan oleh petir atau operasi switch dapat
mengakibatkan degradasi atau kegagalan dielektrik semua kelas dari peralatan.
Magnitudo dan cepatnya tegangan transien sangat berperan menyebabkan terjadinya
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
7
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
kebocoran isolasi dalam peralatan-peralatn listrik seperti motor listrik, transformator,
kapasitor, kabel, Taro arus (CT), Trafo tegangan (PT), dan switchgear. Magnitudo yang
lebih rendah dari tegangan transien mempunyai efek lebih rendah yang menyebabkan
degradasi atau kegagalan isolasi. Pada peralatan elektronik, kerusakan komponen
power suplai dapat diakibatkan oleh tegangan transien. Tegangan transien juga dapat
menyebabkan relay proteksi bekerja dan menyebabkan trip.
Tabel 2.2 Kategori dan karakteristik tipikal fenomena elektromagnetik sistem tenaga.
Kategori
1.0 Transien
1.1 Impuls
1.1.1 Nanosecond
1.1.2 Microsecond
1.1.3 Millisecond
1.2 Osilasi
1.2.1 Frekuensi rendah
1.2.2 Frekuensi menengah
1.2.3 Frekuensi tinggi
2.0 Penyimpangan Berdurasi Pendek
2.1 Instantaneous
2.1.1 Sag
2.1.2 Swell
2.2 Momentary
2.2.1 Interruption
2.2.2 Sag
2.2.3 Swell
2.3 Temporary
2.3.1 Interruption
2.3.2 Sag
2.3.3 Swell
3.0 Penyimpangan Berdurasi Lama
3.1 Sustained Interruption
3.2 Undervoltage
3.3 Overvoltage
4.0 Unbalance voltage
5.0 Distorsi bentuk gelombang
5.1 DC offset
5.2 Harmonisa
5.3 Interharmonisa
5.4 Notching
5.5 Noise
6.0 Fluktuasi tegangan
7.0 Perubahan-perubahan frekuensi
tegangan
Isi spektral
Tipikal
Jangka waktu
Tipikal
5 ns naik
1 Hs naik
0.1 ms naik
< 50 ns
50 ns–1 ms
> 1 ms
< 5 kHz
5–500 kHz
0.5–5 MHz
0.3–50 ms
20 Hs
5 Hs
0–4 pu
0–8 pu
0–4 pu
0.5–30 siklus
0.5–30 siklus
0.1–0.9 pu
1.1–1.8 pu
0.5 siklus–3 s
30 siklus–3 s
30 siklus–3 s
< 0.1 pu
0.1–0.9 pu
1.1–1.4 pu
3 s–1 menit
3 s–1 menit
3 s–1 menit
< 0.1 pu
0.1–0.9 pu
1.1–1.2 pu
> 1 menit
> 1 menit
> 1 menit
Steady state
0.0 pu
0.8–0.9 pu
1.1–1.2 pu
0.5–2%
Steady state
Steady state
Steady state
Steady state
Steady state
Imtermittent
< 10 s
0–0.1%
0-20%
0-2%
0–ke-100 H
0-6 kHz
Broad band
<25 Hz
Tegangan
Tipikal
0-1%
0.1-7 %
2.4.1.1 Transien Impulsif
8
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Transien Impulsif adalah kejadian mendadak, perubahan frekuensi tanpa daya
(nonpower frequency change) pada kondisi arus dan tegangan steady-state (atau
kedua-duanya) yang polaritasnya searah (positif atau negatif).
Transien Impulsif biasanya ditandai dengan kenaikan dan peluruhan waktu. Fenomena
ini dapat juga digambarkan menurut bagian-bagian dalam spektrumnya. Sebagai
contoh, Transien Impulsif pada 1,2/50 mikro detik 2000 V ditandai dengan
meningkatnya nilai puncak 2000 V dalam waktu 1,2 mikro detik, kemudian menurun
hingga separuh nilai puncaknya dalam 50 mikro detik. Penyebab Transien Impulsif
yang paling umum adalah petir. Gambar 2.1 memperlihatkan arus Transien Impulsif
yang disebabkan oleh petir.
Gambar 2.1 Arus sambaran petir yang dapat menyebabkan
Transien Impulsif pada sistem tenaga
Karena melibatkan frekuensi tinggi, Transien Impulsif diredam dengan cepat oleh
komponen-komponen resistif dan tidak jauh dari sumbernya. Terdapat kemungkinan
perbedaan-perbedaan yang signifikan pada karakteristik transien dari satu lokasi (atau
bangunan) dengan lokasi lainnya. Transien Impulsif dapat menyebabkan resonansi
pada sistem tenaga dan menghasilkan berbagai gangguan transien yang ber-osilasi.
Gambar 2.2 Transien Impulsif
2.4.1.2 Osilasi transien
Osilasi transien adalah perubahan gelombang tegangan atau arus sesaat yang
polaritas berubah dengan sangat cepat. Hal ini digambarkan oleh spektrumnya
(frekuensi utama), jangka waktu, dan magnitudo. Isi spektralnya dapat dikategorikan
frekuensi tinggi, menengah, dan rendah diperlihatkan pada Tabel 2.2 Batas frekuensi
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
9
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
klasifikasi ini dipilih bersesuaian dengan tipe-tipe umum gejala Osilasi transien pada
sistem daya. Seperti halnya dengan Transien Impulsif, Osilasi transien dapat diukur
dengan atau tanpa komponen frekuensi dasar. Dalam karakterisasi transien, penting
untuk menandai dengan dan tanpa komponen dasar.
Osilasi transien dengan komponen frekuensi utama lebih besar dari 500 kHz dan durasi
yang diukur dalam mikrodetik (atau beberapa siklus dari frekuensi fundamental) disebut
sebagai Osilasi transien frekuensi tinggi. Transien ini hampir selalu disebabkan oleh
beberapa tipe kejadian switching. Osilasi transien frekuensi tinggi sering terjadi sebagai
akibat dari respon sistem lokal terhadap Transien Impulsif.
Peralatan konverter elektronika daya menghasilkan tegangan osilasi transien sebagai
akibat dari komutasi dan rangkaian RLC snubber. Transien dapat berada pada
frekuensi (kilohertz) yang tinggi, dan berlangsung beberapa siklus pada frekuensi
fundamental, dan berulang beberapa kali tiap siklus 50 Hz (tergantung pada jumlah
pulsa dari peralatan) dan magnitudo 0,1 pu (dikurangi dengan komponen 50 Hz).
Transien dengan komponen frekuensi utama antara 5 dan 500 kHz dengan durasi 10
mikro detik (atau beberapa siklus dari frekuensi fundamental) disebut transien frekuensi
menengah
Enerjais kapasitor yang terhubung back-to-back menyebabkan arus Osilasi transien
beberapa puluh kilohertz. Gejala ini terjadi ketika kapasitor bank di-enerjais pada sistem
kelistrikan dimana didekatnya terdapat kapasitor bank yang beroperasi. Kapasitor bank
yang di-enerjais melihat kapasitor di-enerjais kembali sebagai impedansi rendah
(dibatasi oleh hanya induktansi dari bus dimana kapasitor yang terhubung, dan pada
umumnya relatif kecil). Pada Gambar 2.3 menggambarkan hasil arus transien karena
switching kapasitor. Switching mengakibatkan osilasi tegangan transien pada daerah
frekuensi yang sama. Frekuensi medium transien dapat juga terjadi sebagai respon
sistem terhadap Transien Impulsif.
Gambar 2.3 Osilasi transien yang disebabkan oleh switching capasitor.
Transien dengan komponen frekuensi utama kurang dari 5 kHz, dan durasi 0,3 sampai
50 milli detik, dipertimbangkan sebagai transien frekuensi rendah. Kategori dari gejala
ini sering ditemukan pada sistem subtransmisi dan sistem distribusi yang disebabkan
oleh banyak tipe kejadian, terutama pengisian kapasitor bank. Bentuk gelombang
tegangan yang dihasilkan sangat umum dikenal oleh para insinyur sistem tenaga dan
10
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
dapat digolongkan menggunakan atribut yang dibahas sejauh ini. Enerjais kapasitor
bank pada umumnya mengakibatkan osilasi tegangan transien pada frekuensi antara
300 dan 900 Hz. Transien mempunyai puncak yang dapat mendekati 2,0 pu, tetapi
pada umumnya 1,3 – 1,4 pu dan bertahan antara 0.5 dan 3 siklus, tergantung pada
peredaman sistem (lihat Gambar 2.3).
Osilasi transien dengan frekuensi pokok kurang dari 300 Hz dapat ditemukan pada
sistem distribusi. Hal ini secara umum dihubungkan dengan ferroresonance dan
energisasi transformator (lihat Gambar 2.4 dan Gambar 2.5). Transien pada kapasitor
seri dapat dimasukkan dalam kategori ini. Transien ini terjadi ketika resonansi sistem
mengakibatkan pembesaran komponen frekuensi rendah pada arus awal transformator
(harmonisa kedua, dan ketiga) atau ketika kondisi yang tidak biasa mengakibatkan
ferroresonance.
Gambar 2.4 Osilator transien frekuensi rendah yang disebabkan
oleh enerjais kapasitor bank.
Gambar 2.5 Osilator transien frekuensi rendah yang disebabkan oleh ferroresonance
pada transformator tanpa beban.
IEEE std C62.41-1991 [B14] menjelaskan bentuk-bentuk gelombang surja untuk
menunjukkan dimana peralatan-peralatan proteksi diperlukan untuk dipasang.
Referensi [B14] menjelaskan sumber-sumber atau penyebab tegangan surja, seberapa
sering terjadi dan level tegangan pada rangkaian yang tidak terproteksi, bentuk-bentuk
gelombang tegangan surja yang representatif, energi dan impedansi sumber.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
11
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
2.4.2 Penyimpangan Berdurasi Pendek
Kategori ini meliputi kategori IEC tegangan dip dan interupsi pendek serta antitesis dip
atau swell. Setiap jenis penyimpangan dapat dinyatakan sebagai seketika, sesaat, atau
sementara, tergantung pada jangka waktu sebagaimana ditetapkan dalam Tabel 2.2.
Penyimpangan tegangan berdurasi pendek (short-duration variations) hampir selalu
disebabkan oleh kondisi kerusakan, enerjais beban besar yang membutuhkan arus
awal yang tinggi, atau koneksi longgar intermiten dalam jaringan kabel listrik.
Tergantung pada lokasi gangguan dan kondisi sistem, kesalahan dapat menyebabkan
baik tegangan naik (swell) atau tegangan turun (sag), atau sepenuhnya kehilangan
tegangan (interupsi). Kondisi kesalahan bisa dekat atau jauh dari titik penting. Dalam
kedua kasus, dampak pada tegangan selama kondisi kesalahan berlangsung
merupakan penyimpangan berdurasi pendek. Perubahan arus menurut kategori durasi
dan besarnya bisa juga termasuk dalam penyimpangan berdurasi pendek.
2.4.2.1 Interruption
Sebuah interupsi terjadi ketika suplai tegangan atau arus beban sampai kurang dari 0.1
pu untuk periode waktu tidak lebih dari satu menit.
Interupsi merupakan hasil dari kesalahan sistem tenaga, kesalahan peralatan, dan
malfungsi kontrol. Interupsi terukur dengan durasinya sejak besaran tegangan kurang
dari 10% dari nominal. Durasi gangguan akibat kesalahan pada sistem utilitas
ditentukan oleh perangkat utilitas pelindung dan peristiwa tertentu yang menyebabkan
kerusakan. Durasi gangguan akibat kerusakan peralatan atau sambungan yang longgar
tidak tentu.
Beberapa interupsi dapat didahului oleh tegangan sag saat interupsi disebabkan
kesalahan pada suplai sistem. Tegangan sag itu terjadi antara waktu inisiasi kerusakan
dan beroperasinya perangkat pelindung. Pada kerusakan feeder, beban akan
mengalami tegangan sag yang segera diikuti dengan interupsi. Durasi dari gangguan ini
akan tergantung pada kemampuan reclosing perangkat pelindung. Reclosing yang
singkat umumnya akan membatasi gangguan yang disebabkan oleh kesalahan nonpermanen kurang dari 30 siklus. Tertundanya reclosing perangkat pelindung dapat
menyebabkan interupsi sesaat atau sementara.
Gambar 2.6 menunjukkan interupsi sesaat selama tegangan turun sekitar 2,3 detik.
Catatan dari plot bentuk gelombang dari peristiwa ini bahwa tegangan sesaat tidak
dapat jatuh ke nol segera setelah interupsi dari tegangan sumber. Tegangan sisa ini
disebabkan oleh efek back-ggl induksi motor di sirkuit yang terputus
12
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 2.6 Interupsi sesaat karena kesalahan dan operasi recloser selanjutnya.
2.4.2.2 Sags (Dips)
Terminologi yang digunakan untuk menggambarkan besarnya tegangan sag sering
membingungkan. Penggunaan yang disarankan adalah "sag ke 20%," yang berarti
bahwa tegangan listrik berkurang hingga 20% dari nilai normal, tidak dikurangi sebesar
20%. Penggunaan preposisi "dari" (seperti dalam "sag dari 20%," atau tersirat dalam
"sag 20%") sudah ditinggalkan. Preferensi ini konsisten dengan praktek IEC, dan
dengan analisa gangguan yang paling mengganggu juga terlaporkan tegangan yang
tersisa. Sama seperti penandaan tegangan yang tidak terspesifikasi diterima di ratarata potensial line to line, sehingga besar sag tidak ditentukan akan mengacu dengan
tegangan yang tersisa. Bila memungkinkan, tegangan nominal atau dasar dan
tegangan sisa harus disebutkan.
Tegangan sag biasanya dikaitkan dengan kesalahan sistem, tetapi juga bisa
disebabkan oleh switching beban berat atau start motor besar. Gambar 2.7
menunjukkan sebuah tegangan sag khas yang dapat dikaitkan dengan kegagalan
pembumian. Kerusakan pada sirkuit feeder paralel akan mengakibatkan penurunan
tegangan pada bus gardu induk yang mempengaruhi semua feeder lain sampai
kerusakan tersebut diperbaiki. Jumlah perbaikan kesalahan typical bervariasi antara 3
sampai 30 siklus, tergantung pada besarnya arus gangguan dan jenis deteksi
overcurrent dan interupsi
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
13
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 2.7 Voltage sag sesaat yang disebabkan oleh kesalahan Single Line to
Ground (SLG).
Tegangan sag juga bisa disebabkan oleh perubahan beban besar atau start motor.
Motor induksi akan menarik enam sampai sepuluh kali arus beban penuh selama start.
Arus lagging timbul akibat tegangan sag menyebabkan penurunan tegangan impedansi
sistem. Jika besarnya arus relatif lebih besar dari arus yang ada dalam kesalahan
sistem, tegangan sag yang dihasilkan dapat signifikan. Gambar 2.8 menggambarkan
efek dari start motor dengan beban besar.
Istilah sag telah digunakan di komunitas kualitas daya listrik selama bertahun-tahun
untuk menggambarkan jenis tertentu dari gangguan kualitas daya dengan penurunan
tegangan berdurasi singkat. Jelas, gagasan secara langsung dipinjam dari definisi
literal dari kata sag. Definisi IEC untuk fenomena ini adalah dip. Dua istilah yang dapat
dipertukarkan tersebut, sag yang lebih disukai di komunitas kualitas daya AS.
Sebelumnya, durasi peristiwa sag belum jelas. Typical durasi sag didefinisikan dalam
beberapa publikasi memiliki rentang dari 2 ms (sekitar 1 / 8 siklus) sampai beberapa
menit. Undervoltages yang kurang dari 1 / 2 siklus tidak dapat dicirikan secara efektif
sebagai perubahan nilai rms dari nilai frekuensi dasar. Oleh karena itu, peristiwa ini
dianggap transien. Undervoltages yang bertahan lebih lama dari 1 menit biasanya
dapat dikendalikan dengan peralatan pengaturan tegangan dan mungkin terkait dengan
berbagai penyebab lain dari kesalahan sistem. Oleh karena itu, kejadian tersebut
diklasifikasikan sebagai penyimpangan berdurasi lama dibagian 2.4.3 bagian buku ini.
Durasi sag disini dibagi ke dalam tiga kategori - seketika, sesaat, dan sementara - yang
bertepatan dengan tiga kategori interupsi dan swell. Dengan durasi ini dimaksudkan
untuk mengkorelasikan dengan typical intensitas pengoperasian alat pelindung serta
rekomendasi divisi durasi oleh organisasi teknis internasional [B15].
14
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 2.8 Voltage sag sementara yang disebabkan oleh starting motor.
2.4.2.3 Swells
Swell didefinisikan sebagai peningkatan tegangan atau arus rms pada frekuensi daya
untuk durasi waktu dari 0,5 siklus untuk 1 menit. Tipikal besarannya adalah antara 1,1
dan 1,8 pu. Swell besarnya juga dijelaskan oleh tegangan sisa, dalam hal ini, selalu
lebih besar dari 1.0.
Seperti sag, swell biasanya dikaitkan dengan kondisi gangguan sistem, tetapi swell
kurang umum daripada tegangan sag. Swell dapat terjadi karena kesalahan
pembumian pada sistem yang mengakibatkan kenaikan tegangan sementara pada
tahapan yang tidak dilalui. Swell juga bisa disebabkan saat melepas beban besar atau
switching pada sebuah kapasitor bank besar. Gambar 2.9 mengilustrasikan tegangan
swell yang disebabkan oleh kesalahan Single Line to Ground (SLG).
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
15
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 2.9 Voltage swell sesaat disebabkan oleh kesalahan Single Line to Ground.
Swell dicirikan oleh besarannya (rms value) dan durasi. Tingkat keparahan tegangan
swell saat kondisi kesalahan adalah fungsi dari kesalahan lokasi, impedansi sistem,
dan pembumian. Pada sistem tanpa pembumian, tegangan Line-to-Ground di fase
tanpa pembumian akan 1,73 pu selama kondisi kesalahan Line-to-Ground. Dekat
dengan gardu pada sistem pembumian, tidak akan ada kenaikan tegangan pada
tahapan tersebut karena trafo gardu biasanya dihubungkan delta-Wye, memberikan
jalur zerosequence impedansi rendah untuk arus pengganggu.
Dalam beberapa publikasi, istilah overvoltage sesaat yang digunakan sebagai sinonim
untuk istilah swell. Definisi formal swell di IEEE Std C62.41-1991 adalah "Sebuah
peningkatan sesaat dalam tegangan frekuensi daya yang dikirim oleh listrik, di luar
toleransi normal, dengan durasi lebih dari satu siklus dan kurang dari beberapa detik
[ B14] ". Definisi ini tidak disukai oleh masyarakat kualitas daya.
2.4.3. Penyimpangan Berdurasi Lama
Penyimpangan berdurasi lama (Long Duration Variation) terjadi apabila mengalami
penyimpangan dari rata-rata (rms) pada frekuensi sistem kelistrikan lebih dari 1 menit
dimana besar penyimpangan melampaui batas ANSI.
Penyimpangan berdurasi lama dapat berupa overvoltages atau undervoltages,
tergantung pada penyebabnya. Terjadinya overvoltages dan undervoltages secara
umum bukan hasil dari kesalahan sistem tetapi disebabkan oleh variasi beban terhadap
sistem dan operasi switching sistem. Variasi ini dijelaskan dengan plot antara tegangan
rms terhadap waktu (lihat Gambar 2.9).
16
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Berbagai suplai daya tegangan yang lebih lama dari 1 menit bisa menyebabkan
kerusakan peralatan. Overvoltage dan undervoltage jarang terjadi pada feeder utility
karena dijaga dalam range penyimpangan +5%. Namun demikian overvoltage dan
undervoltage dapat terjadi sehubungan dengan jaringan yang mengalami overload,
kesalahan setting pada trafo, blown fuse pada kapasitor bank, dan kapasitor bank yang
beroperasi pada beban penerangan.
2.4.3.1 Sustained interruptions
Penurunan suplai tegangan ke nol untuk satu perioda waktu tertentu lebih dari 1 menit
disebut sustained interruption. Gangguan tegangan lebih dari 1 menit sering terjadi dan
memerlukan intervensi manual. Sustained interruption merupakan satu fenomena
sistem daya yang spesifik.
Efek dari sustained interruption yaitu tidak bekerjanya peralatan, kecuali beban yang
telah dilindungi oleh sistem UPS atau bentuk lain dari peralatan penyimpan energi.
2.4.3.2 Overvoltage
Overvoltage dapat disebabkan oleh pelepasan beban (misalnya, pemutusan suatu
beban besar), atau variasi kompensasi reaktif pada sistem (misalnya., beroperasinya
kapasitor bank). Kurangnya kemampuan pengaturan atau kontrol tegangan, salah
menentukan setting trafo.
Overvoltage dapat menyebabkan kegagalan peralatan. Pengaruh overvoltage dapat
segera dirasakan pada peralatan elektronik. Sedangkan untuk trafo, kabel, bus,
switchgear, CT, PT, dan motor listrik pengaruhnya tidak dirasakan segera tapi
menyebabkan berkurangnya umur peralatan. Tanda seringnya kondisi overvoltage
pada kapasitor bank adalah menggelembungnya fisik kapasitor. Keluaran daya reaktif
(var) pada kapasitor akan meningkat selama kondisi overvoltage. Cahaya lampu
menjadi lebih terang ketika overvoltage terjadi. Kondisi overvoltage terhadap protective
relay dapat menyebabkan operasi lain yang tidak dikehendaki sehingga malfungsi.
2.4.3.3 Undervoltage
Undervoltage dapat disebabkan oleh kejadian sebaliknya dari overvoltage.
Penyambungan beban
atau pemutusan
kapasitor bank dapat menyebabkan
undervoltage sampai peralatan pengaturan tegangan pada sistem dapat membawa
tegangan kembali ke kondisi normal. Rangkaian dengan beban yang berlebihan juga
dapat menghasilkan undervoltage.
Undervoltage kurang lebih dari 1 menit dapat menyebabkan kegagalan pemakaian
peralatan. Misalnya, pengontrol Motor dapat lepas selama kondisi undervoltage,
dengan tegangannya sebesar 70 s/d 80 % dari tegangan nominal. Undervoltage dalam
jangka waktu lama menyebabkan kerugian pemanasan pada motor induksi karena
meningkatnya arus motor. Dengan perubahan kecepatan dapat terjadi pada mesin
induksi selama kondisi ini. Pada peralatan elektronik seperti komputer dan pengontrol
elektronik dapat berhenti beroperasi selama undervoltage. Kondisi undervoltage pada
kapasitor bank dapat menyebabkan pengurangan output dari kapasitor bank, karena
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
17
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
output var sebanding dengan tegangan yang diterapkan. Secara umum, kondisi
undervoltage pada trafo, kabel, bus, switchgear, CT, PT, peralatan metering, dan
transducer tidak menyebabkan permasalahan untuk peralatan. Cahaya pada
penerangan menjadi berkurang ketika undervoltage terjadi.
2.4.4. Voltage Unbalance
Voltage unbalance (Tegangan Tidak Seimbang) dapat diperkirakan ketika
penyimpangan maksimum rata-rata dari tegangan tiga atau arus fasa, dibagi dengan
rata-rata tegangan atau arus tiga fasa yang dinyatakan dalam persen. Dalam bentuk
persamaan berikut
voltage unbalance = 100 x (deviasi max dari tegangan rata2) / (tegangan rata2)
Gambar 2.10 memperlihatkan contoh pengukuran yang tidak seimbang pada satu titik
jaringan rumah tangga (residential) selama satu minggu. Sebagai contoh, tegangan
antar fasa dengan pembacaan 230, 232, dan 225 volt, jadi rata-rata adalah 229 volt.
Penyimpangan maksimum dari rata-rata di antara tiga pembacaan adalah 4.
Persentase ketidakseimbangan adalah 100 x 4/229 = 1.7%.
Gambar 2.10 Kecenderungan Tegangan tidak seimbang pada satu rumah tinggal
(residensial).
Sumber utama voltage unbalance kurang dari 2% adalah adanya ketidakseimbangan
beban fase tunggal pada rangkaian 3 fasa. Voltage imbalance dapat juga diakibatkan
hasil dari anomali kapasitor bank seperti blown fuse pada salah satu fasa dari bank tiga
fasa. Voltage unbalance yang parah (lebih besar dari 5%) dapat terjadi akibat beban
fasa tunggal. Pada umumnya, utility menyediakan tegangan yang dijaga sehingga
jarang terjadi voltage unbalance; karena ketidakseimbangan dapat menyebabkan
gangguan suplai listrik dan efek pemanasan yang signifikan terhadap pembangkit,
18
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
transmisi dan sistem distribusi. Ketidakseimbangan tegangan biasanya muncul pada
pelanggan karena pengaturan beban yang tidak seimbang dalam beban satu fasa
seperti tanur buses fasa tunggal. Dalam hal ini, mengakibatkan pemanasan berlebih
pada motor dan trafo jika tidak dikoreksi.
Voltage unbalance lebih besar dari 2% harus dikurangi, jika memungkinkan dengan
mendistribusikan ulang beban fasa tunggal.
2.4.5. Distorsi Bentuk Gelombang
Distorsi bentuk gelombang adalah suatu penyimpangan posisi steady-state dari suatu
gelombang sinus ideal dari frekuensi daya yang terutama ditandai oleh konten
spektrum penyimpangan.
Terdapat empat jenis penyimpangan bentuk gelombang yang utama sebagai berikut:
a)
DC Offset
b)
Harmonisa dan Interharmonisa
c)
Notching
d)
Noise (kebisingan)
2.4.5.1 DC Offset
Kehadiran tegangan atau arus DC pada sistem daya AC disebut dengan DC offset.
Fenomena ini bisa terjadi sebagai akibat dari gangguan geomagnetik atau karena efek
rektifikasi setengah gelombang. Penggunaan lampu pijar usia lama, sebagai contoh,
mungkin mengandung dioda untuk mereduksi tegangan rms yang disuplai ke lampu
dengan rektifikasi setengah gelombang. Arus searah (DC) pada sistem tenaga AC akan
menyebabkan kerugian, terutama pada peningkatan saturasi trafo dan penambahan
stress insulasi.
2.4.5.2 Harmonisa dan interharmonisa
Harmonisa merupakan salah satu gangguan kualitas daya berupa tegangan sinusoidal
yang frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari tegangan fundamentalnya,
misalnya pada tegangan fundamental 50 Hz, maka tegangan harmonisa ketiga akan
memiliki frekuensi 3x50 Hz atau 150 Hz). Distorsi harmonisa eksis karena karakteristik
nonlinier peralatan dan beban pada sistem tenaga listrik.
Injeksi arus yang mengandung harmonisa dari pelanggan ke dalam sistem tenaga
dapat menyebabkan cacat tegangan harmonisa yang akan muncul pada sistem tenaga.
Distorsi arus dan tegangan harmonisa ini dapat menyebabkan: pemanasan berlebih
pada peralatan berputar, transformator-transformator, dan konduktor-konduktor
pembawa arus, kegagalan atau operasi prematur alat pelindung (seperti sekringsekring), dan ketidaktepatan meteran (pengukuran). Distorsi tegangan harmonisa pada
suatu sistem tenaga dapat menyebabkan permasalahan yang sama pada suatu
peralatan pelanggan dan dapat menyebabkan pemanasan berlebih pada transformatortransformator utility, konduktor-konduktor, dan peralatan daya lain.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
19
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Sebuah ilustrasi bentuk tegangan fundamental dan harmonisa dapat dilihat pada
Gambar 2.11. Tingkat distorsi harmonisa dapat dikarakterisasi oleh spektrum
harmonisa lengkap dengan magnitude dan sudut fasa dari masing-masing komponen
harmonisa individu. Juga sering digunakan suatu kuantiti tunggal yang disebut distorsi
harmonisa total (Total Harmonic Distortion, THD) sebagai suatu ukuran magnitude dari
distorsi harmonisa.
Gambar 2.11 Sebuah ilustrasi bentuk tegangan fundamental dan harmonisa.
Tabel 2.3 Kerugian yang diakibatkan oleh harmonisa pada berbagai peralatan.
No.
Peralatan
Kerugian yang ditimbulkan
1
Circuit breakers
Malfungsi
2
Capacitor banks
3
Perlengkapan proteksi
4
Peralatan pengukuran
5
Trafo, reaktor
6
Motor
7
Telefon
8
Kabel
9
Elektronik umum (TV, komputer, dll)
20
Pemanasan lebih
Kerusakan isolasi
Kegagalan pemutus internal
False tripping
No tripping
Pengukuran yang salah
Pemanasan lebih
Tingkat kebisingan naik
Pemanasan lebih
Penambahan vibrasi
Rusaknya kualitas suara
Pemanasan lebih
Kesalahan transfer data
Over-/undervoltage
Layar yang berkejap
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Tegangan harmonisa pada umumnya disebabkan oleh penggunaan peralatan yang
memiliki beban non-linier seperti VSD (variable speed drives) dan SCR (Silicon
Controlled Rectifiers). Selain itu penyebab lain harmonic dapat berasal dari peralatan
yang menggunakan inti besi (iron core) seperti trafo and motor induksi.
Gangguan harmonisa dapat ditanggulangi dengan penggunaan filter atau trafo sebagai
komponen urutan nol (zero sequence components). Sebuah tabel berisi jenis-jenis
kerugian harmonisa pada berbagai peralatan, dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Sedangkan Interharmonisa didefinisikan serupa dengan harmonisa, hanya saja
frekuensinya bukan merupakan kelipatan bilangan bulat dari tegangan fundamentalnya.
Interharmonisa dapat muncul sebagai frekuensi diskrit atau suatu spektrum pita lebar.
Sumber utama distorsi bentuk gelombang interharmonisa adalah konverter frekuensi
statik, konverter siklus, motor-motor induksi, dan peralatan-peralatan busur api. Sinyal
Power Line Carrier (PLC) dapat juga ditimbang sebagai interharmonisa.
2.4.5.3 Notching
Notching adalah suatu gangguan frekuensi tegangan yang disebabkan oleh operasi
normal peralatan-peralatan elektronika daya ketika arus dikomutasi dari fasa satu ke
lainnya. Konverter fase tiga yang memproduksi arus searah (DC) secara terus-menerus
adalah penyebab utama notching. Contoh bentuk gelombang tegangan listrik yang
mengalami gejala notching dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Bentuk gelombang tegangan yang disebabkan oleh operasi konverter.
2.4.5.4 Noise
Noise adalah sinyal elektrik yang tak dikehendaki dengan konten spektrum lebar pita
(bandwith) lebih rendah dari 200 kHz yang tersuperimposed dengan tegangan atau
arus sistem tenaga dalam konduktor-konduktor fasa, atau diperoleh pada konduktor
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
21
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
netral saluran-saluran sinyal. Noise pada sistem tenaga dapat disebabkan oleh
peralatan-peralatan elektronik daya, rangkaian kontrol, peralatan busur api, bebanbeban dengan penyearah solid-state, dan pensaklaran suplai daya.
Permasalahan noise sering bertambah parah dengan grounding/pembumian yang
buruk. Pada dasarnya, noise merupakan distorsi sinyal tenaga yang tak dikehendaki
yang tidak bisa digolongkan sebagai distorsi harmonisa ataupun transien.
Kisaran frekuensi dan tingkat magnitud noise tergantung pada sumber yang
memproduksi noise dan karakteristik sistem. Biasanya besaran noise kurang dari 1%
magnitud tegangan. Noise akan mengganggu peralatan elektronik seperti pengendali
mikrokomputer dan progam. Pengaruh buruk noise bisa dikurangi dengan penggunaan
filter, dan trafo isolasi.
2.4.6. Fluktuasi Tegangan
Fluktuasi tegangan adalah perubahan sistematis dari bentuk tegangan atau suatu serial
dari perubahan-perubahan tegangan secara acak, besaran biasanya tidak melebihi
kisaran tegangan yang dispesifikasi (0,95-1,05 per unit).
Beban apapun yang mempunyai perubahan-perubahan (variasi) arus yang berarti,
terutama pada komponen reaktif, dapat menyebabkan fluktuasi tegangan. Bebanbeban yang bersifat kontinyu, perubahan-perubahan derastis dari magnitud arus beban
dapat menyebabkan perubahan-perubahan (variasi) tegangan secara salah yang diacu
sebagai flicker. Istilah fiicker (kedip) diperoleh dari dampak fluktuasi tegangan pada
intensitas cahaya. Fluktuasi tegangan merupakan respon dari sistem tenaga terhadap
perubahan beban, sedangkan flicker merupakan respon dari cahaya seperti yang
diamati oleh mata manusia.
Tanur busur listrik merupakan penyebab paling umum adanya fluktuasi tegangan pada
sistem transmisi dan distribusi. Fluktuasi-fluktuasi tegangan didefinisikan oleh besaran
rms nya yang dinyatakan sebagai persen dari fundamental. Flicker (kedip) cahaya
diukur sesuai dengan sensitivitas mata manusia. Suatu contoh dari bentuk gelombang
tegangan yang menghasilkan kedip (flicker) diperlihatkan pada Gambar 2.13.
22
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 2.13 Contoh dari fluktuasi tegangan yang disebabkan oleh operasi
tungku busur listrik.
Fluktuasi-fluktuasi tegangan secara umum nampak sebagai suatu modulasi dari
frekuensi fundamental (serupa dengan amplitudo modulasi dari suatu sinyal radio AM).
Oleh karena itu, adalah lebih mudah mendefinisikan suatu besaran untuk fluktuasi
tegangan sebagai besaran rms dari sinyal modulasi. Hal ini dapat diperoleh dengan
demodulasi bentuk gelombang untuk menghilangkan frekuensi fundamental dan
kemudian mengukur besaran komponen-komponen modulasi. Secara tipikal, besaran
serendah 0.5% dapat menghasilkan kedip cahaya yang jelas jika frekuensi adalah
dalam kisaran 6-8 Hz.
2.4.7. Perubahan-perubahan Frekuensi Tegangan
Frekuensi sistem tegangan secara langsung berhubungan dengan kecepatan putar dari
generator pada sistem. Pada saat apapun, frekuensi tergantung pada keseimbangan
antara beban dan kapasitas dari generator yang tersedia.
Ketika keseimbangan dinamis ini berubah, perubahan-perubahan kecil dari frekuensi
terjadi. Ukuran pergeseran frekuensi dan durasinya tergantung pada karakteristik
beban dan respon dari sistem pembangkitan (generator) terhadap perubahan beban.
Perubahan-perubahan (variasi) frekuensi yang mempengaruhi operasi mesin-mesin
berputar, atau proses-proses yang menggerakkan waktunya dari “waktu” frekuensi
tenaga, adalah sangat jarang dijumpai pada sistem tenaga lstrik modern yang
terinterkoneksi. Perubahan-perubahan frekuensi sangat mungkin terjadi pada
peralatan-peralatan yang disuplai oleh generator yang terisolasi (isolated) dari sistem.
Pada kasus ini, respons governor untuk memenuhi perubahan-perubahan beban
mungkin tidak cukup untuk mengatur dalam bandwidth sempit yang diperlukan oleh
peralatan sensitif.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
23
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
BAB-3
PENGAWASAN DAN PENGUKURAN GEJALA KUALITAS DAYA
3.1 Tujuan Monitoring
Monitoring kualitas daya sangat penting untuk mengetahui karakteristik fenomena
elektromagnetik dari jaringan listrik pada lokasi tertentu. Pada kasus-kasus tertentu,
tujuan monitoring adalah untuk mendiagnosa ketidaksesuaian antara sumber dan
beban listrik. Atau dengan kata lain, untuk mengevaluasi kondisi listrik pada suatu
lokasi tertentu pada suatu jaringan untuk memperbaiki teknik modeling atau untuk
mengembangkan suatu saluran dasar kualitas daya. Selain itu, monitoring dapat
digunakan untuk memperkirakan kondisi pada masa yang akan datang terhadap kinerja
peralatan (beban-beban listrik) atau peralatan mitigasi kualitas daya.
Monitoring untuk pekerjaan tertentu akan menentukan pemilihan peralatan monitoring,
metode pengumpulan data, teknik analisis data yang akan diterapkan dan usaha-usaha
yang diperlukan pada semua tingkatan dari kegiatan tersebut. Tujuan tersebut mungkin
sesedarhana seperti pada saat melakukan verifikasi pengaturan tegangan ajek (steady
state) pada titik pelayanan atau mungkin serumit seperti pada analisis aliran arus
harmonisa pada jaringan distribusi.
Prosedur dalam menjelaskan tujuan monitoring berbeda untuk masing-masing studi.
Untuk monitoring diagnosa dalam menyelesaikan masalah-masalah berhentinya
bekerja peralatan-peralatan yang sensitif, tujuannya adalah untuk mengetahui kejadiankejadian di luar toleransi untuk tipe-tipe tertentu. Evaluasi atau monitoring prediksi
mungkin memerlukan beberapa data dari parameter tegangan dan arus untuk membuat
karakteristik tingkat kualitas daya yang ada.
Pengukuran fenomena elektromagnetik mencakup domain waktu dan frekwensi dari
parameter-parameter yang mugkin berbentuk overvoltage dan undervoltage, interupsi,
tegangan sag and swell, transien, fasa tidak seimbang, distorsi frekuensi dan
harmonisa. Faktor lingkungan seperti temperatur, kelembaban, interferensi
elektromagnetik dan frekuensi radio dapat juga berpengaruh pada peralatan beban,
meskipun gangguan seperti ini tidak menjadi pertimbangan dalam panduan ini.
3.1.1 Kebutuhan Monitoring Kualitas Daya
Beberapa alasan penting untuk memonitor kualitas daya, terutama adalah alasan
ekonomi, khususnya jika beban-beban kritis dalam suatu proses yang sangat
berpengaruh terhadap fenomena elektromagnetik. Pengaruh pada peralatan dan
proses operasi dapat berupa salah operasi (misoperation), kerusakan, terhentinya
proses dan penyimpangan-penyimpangan lainnya. Terhentinya proses tersebut sangat
merugikan karena seharusnya profit dapat diperoleh dengan berjalannya proses
produksi, namun tiba-tiba harus berhenti dan harus dipulihkan kembali untuk
melanjutkan produksi. Disamping itu, kerusakan peralatan dan biaya perbaikanperbaikannya akan sangat membebani, baik berupa uang maupun waktu. Kerusakan
produk dapat juga disebabkan oleh fenomena elektromagnetik yang menyebabkan
24
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
produk tersebut harus didaur ulang atau dibuang, dimana hal ini merupakan isu
ekonomi.
Untuk memperbaiki terhentinya operasi peralatan tersebut, suatu database toleransi
peralatan dan sensitivitas dapat dikembangkan dari data-data yang termonitor.
Database seperti ini dapat dijadikan dasar untuk pengembangan spesifikasi
kompatibilitas peralatan dan panduan guna peningkatan kinerja peralatan dimasa yang
akan datang. Database penyebab gangguan yang tercatat dapat digunakan untuk
melakukan perbaikan sistem. Masalah-masalah kompatibilitas peralatan dapat
menimbulkan bahaya keselamatan akibat kesalahan atau kegagalan operasi peralatan.
Permasalahan yang berkaitan karena kesalahan pengoperasian peralatan hanya dapat
dikaji, jika laporan-laporan gangguannya terdata. Log data ini menjelaskan kejadian
dalam fasilitas, tipe peralatan yang terkena, bagaimana akibatnya, kondisi cuaca dan
kerugian yang terjadi.
3.1.2 Toleransi Peralatan dan Pengaruh Gangguan pada Peralatan
Toleransi dari berbagai peralatan perlu dipertimbangkan dalam melakukan monitoring
kualitas daya. Suatu peralatan tipe khusus seperti ASD (Adjustable Speed Drive)
mungkin sensitif terhadap kondisi tegangan lebih atau tegangan kurang, sebagai
contoh, sementara mungkin juga terjadi sesuatu variasi yang signifikan terhadap
penomena yang sama antara ASD yang diproduksi oleh pabrikan lainnya. Monitoring
kualitas daya seharusnya membuat karakteristik masing-masing peralatan proses
dengan mencocokkan hasil-hasil monitoring bersama masalah peralatan yang
dilaporkan. Karakterisasi masing-masing beban akan menunjukkan peralatan mana
yang memerlukan peroteksi dan tingkat proteksi yang diperlukan.
3.1.3. Tipe-tipe Peralatan
Walaupun terdapat beraneka ragam respon dari tipe peralatan tertentu yang dipabrikasi
oleh perusahaan berbeda, mungkin terdapat beberapa kesamaan dalam respon dari
tipe peralatan tertentu terhadap parameter-parameter gangguan tertentu. Dalam kasus
tertentu, adalah sangat berguna untuk menimbang tipe peralatan tertentu atau
mengelompokkannya sesuai dengan imunitas terhadap gangguan kualitas daya.
3.2 Instrumen Pengukuran
Instrumen yang digunakan untuk memonitor fenomena elektromagnetik yang dapat
berupa instrumen yang sederhana berbentuk sebuah voltmeter analog sampai pada
instrumen yang canggih seperti penganalisis spektrum. Seleksi dan penggunaan jenis
monitor yang benar memerlukan pemahaman pengguna atas kemampuan serta
keterbatasan instrumen, responnya terhadap berbagai variasi sistem tenaga, dan
tujuan spesifik dari analisis. Klausul ini akan fokus pada kemampuan dan keterbatasan
berbagai peralatan monitoring.
Fitur instrumen yang diperlukan tergantung pada lokasi dan tujuan monitoring. Jika
pengkajian kualitas daya pada sisi pelayanan, penekanannya mungkin saja hanya pada
kondisi ajek dalam waktu yang lama dan kejanggalan saat penyaluran ke pengguna.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
25
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Seberapa rinci data yang diperlukan - bidang grafik tegangan rms atau tangkapan
bentuk gelombang kecepatan tinggi di-indikasikan oleh tipe fenomena yang mungkin
menjadi penyebab permasalahan.
3.2.1 Pengukuran Tegangan Arus Bolak Balik
Voltmeter elektromekanik analog adalah tipe voltmeter paling tua dari voltmeter dan
sangat dikenal. Jika skala yang benar dipilih, tegangan secara langsung dibaca dari
suatu skala analog. Pengukuran arus bolak balik yang dibuat oleh tipe instrumen tipe ini
memerlukan suatu pemahaman dari bentuk gelombang yang diukur. Skala arus bolakbalik dikalibrasi atas dasar bentuk gelombang sinusoidal. Jika tegangan yang sedang
diukur tidak mempunyai suatu bentuk gelombang sinusoidal, pembacaan tegangan
tidak akan benar. Secara internal, tegangan yang sedang diukur disearahkan, baik
melalui penyearah jembatan setengah gelombang maupun gelombang penuh, dan hasil
rata-rata tegangan searah itulah yang diukur. Skala meter kemudian dikalibrasi dengan
suatu faktor konversi untuk memperoleh pembacaan tegangan arus bolak-balik yang
benar.
Tipe voltmeter arus bolak-balik lainnya adalah voltmeter digital (Digital Voltmeter DVM). Meter-meter ini lebih akurat dan lebih mudah digunakan dibandingkan tipe
elektromekanik. Ada dua teknik pengukuran yang digunakan dalam meter-meter ini
yaitu pengertian rata-rata dan puncak. Seperti pada meter analog yang dijelaskan di
atas, perata-rataan meter mengambil rata-rata nilai mutlak dari tegangan seketika pada
satu siklus, dan meter indra puncak mendeteksi tegangan seketika yang tertinggi
selama satu siklus.
Voltmeter digital paling banyak menggunakan beberapa bentuk dari konversi rata-rata
untuk pengukuran arus bolak-balik, karena teknik pengukuran ini paling mudah dan
murah untuk diterapkan. Kedua teknik pengukuran ini, baik untuk nilai rata-rata maupun
nilai puncak, dikalibrasi untuk suatu bentuk gelombang sinusoidal. Suatu meter nilai
rata-rata dikalibrasi untuk menampilkan 1,11 kali tegangan rata-rata, dan nilai
puncaknya dikalibrasi untuk menampilkan 0,707 kali tegangan puncak. Jika bentuk
gelombang yang sedang diukur adalah sinusoidal, Faktor kalibrasi ini akan
menghasilkan pengukuran tegangan arus bolak-balik yang sesuai dengan pengukuran
yang dilakukan dengan suatu voltmeter rms-sebenarnya (true rms). Meter-meter rmssebenarnya secara akurat mengukur nilai efektif dari arus, gelombang cacat (distorted)
atau sinusoidal.
3.2.2 Pengukuran Arus Bolak Balik
Pengukuran arus bolak-balik dapat dilengkapi dengan penggunaan suatu probe bolakbalik, suatu hall effect probe (juga digunakan untuk pengukuran arus searah), atau
suatu tahanan shunt. Adalah penting untuk dicatat bahwa teknik dan keterbatasan yang
dijelaskan di atas mengenai voltmeter analog dan digital juga berlaku untuk pengukuran
arus bolak-balik pada sistem tenaga listrik. Probe arus arus bolak-balik menggunakan
aksi trasformator untuk mendeteksi arus. Tipe probe ini juga disebut sebagai
transformator arus (CT) yang mempunyai bandwidth terbatas. Batas pada frekuensi
26
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
yang lebih rendah terjadi karena saturasi dari probe dan pada frekuensi lebih tinggi
disebabkan karena adanya induktansi dan kapasitansi parasitik.
Selanjutnya, amplitudo yang berlebihan dari sinyal dapat menyebabkan saturasi.
Transformator dengan bandwidth lebar banyak tersedia, dan transformator ini
memberikan hasil yang lebih dari cukup untuk mengukur kualitas daya.
Permasalahan bandwidth berkaitan dengan CT mungkin dapat dieliminir dengan
menggunakan suatu hall effect probe. Hall effect probe tidak menggunakan
transformator tetapi mengindera medan magnet yang dihasilkan oleh aliran arus listrik
dengan menggunakan suatu peralatan semi-konduktor. Keluaran dari probe sebanding
dengan arus yang mengalir dalam kawat, yang kemudian dibaca oleh suatu meter.
Keuntungan dari penggunaan tipe probe ini adalah dapat mengukur secara akurat
bentuk-bentuk gelombang cacat (distorted) tanpa memperhatikan batas bandwidth
seperti yang dialami pada transformator arus.
Metode paling tua dalam pengukuran arus adalah dengan tahanan shunt. Tahanan
shunt adalah tahanan berpresisi rendah yang disisipkan pada rangkaian yang diukur.
Arus listrik menghasilkan suatu jatuh tegangan pada tahanan yang sebanding dengan
tahanan shunt. Tegangan yang dihasilkan kemudian dikonversi ke dalam nilai arus.
Penggunaan suatu tahanan shunt memerlukan pemutusan ke dalam rangkaian, dan
kemudian dapat menjadi sulit untuk memasang dan menggunakannya. Manfaat utama
dari tahanan shunt adalah tidak adanya kendala dengan terbatasnya bandwidth seperti
yang dialami pada transformator arus.
3.2.3 Pertimbangan Tegangan dan Arus
3.2.3.1 Pembacaan rms-sebenarnya
Ketika pengukuran tegangan atau arus bolak-balik dibuat dalam bentuk-bentuk
gelombang non-sinusoidal atau gelombang cacat, suatu DVM atau ampermeter digital
yang menggunakan teknik konversi rms-sebenarnya seharusnya digunakan. Saat ini
terdapat tiga teknik konversi rms sebenarnya yang dapat digunakan, yang dijelaskan
sebagai thermal, analog, dan digital. Konversi panas (thermal) rms-sebenarnya
didasarkan pada pemanasan suatu beban resistif dengan sinyal input. Jumlah panas
yang dihasilkan oleh beban ini berbanding langsung dengan nilai rms sinyal. Suatu
thermocouple diletakkan berdampingan dengan beban dalam suatu ruang kosong.
Keluaran tegangan dc dari thermocouple sebanding dengan panas yang dihasilkan.
Keluaran dari thermocouple kemudian disalurkan ke meter dimana nilai rms dibaca.
Suatu rangkaian umpan balik yang berisikan thermocouple kedua dapat dipasang untuk
menghitung ketidaklinearan dari thermocouple utama.
Beberapa meter akan mengukur dan menampilkan nilai puncak dan nilai rmssebenarnya. Fitur ini bermanfaat untuk mendiagnosa potensial harmonisa pada
pemanasan berlebihan.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
27
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.2.3.2 Transformator Arus (CT)
Sejumlah peralatan monitoring daya mempunyai kemampuan untuk memonitor
tegangan dan arus secara simultan. Karena adanya kesulitan dalam melakukan
pengukuran arus secara langsung tanpa mempengaruhi sistem tenaga, suatu CT
biasanya digunakan. Penjepit CT yang mengelilingi kabel atau rel (busbar) dibuat untuk
memfasilitasi supaya pengukuran tidak mengganggu operasi tenaga listrik. Ketika
memilih CT untuk penggunaan monitoring daya, terdapat empat hal yang harus
ditimbang:
a.
b.
c.
d.
Ketelitian dalam pembacaan (suatu kombinasi CT dan ketelitian instrumen).
Pergeseran fasa jika peralatan mampu menyediakan pengukuran relasi-relasi fasa.
Respon dan pergeseran fasa melebihi bandwidth pengukuran.
Kemampuan crest factor.
3.2.4 Instrumen Monitoring
3.2.4.1 Osiloskop
Osiloskop dapat digunakan untuk menyediakan suatu representasi visual tegangan dan
arus, ketika digabungkan dengan probe arus seperti dijelaskan di atas. Osiloskop digital
dapat menyimpan bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus. Beberapa osiloskop
digital dapat menghitung langsung nilai puncak, rata-rata, rms, dan nilai lainnya. Bentuk
gelombang dari probe arus Hall effect, probe tegangan, atau peralatan lainnya dapat
diumpankan ke dalam osiloskop untuk analisis.
Penggunaan de-coupler memungkinkan pengukuran yang aman untuk bentuk
gelombang tegangan dengan frekuensi 50 Hz, begitupula mode normal frekuensi tinggi
dan noise mode umum ke dalam spektrum RF. Teknik pengukuran ini berguna untuk
menentukan tingkat noise lingkungan sekitarnya dan dapat juga digunakan untuk
mengidentifikasi kemungkinan sumber noise.
Pengukuran bentuk gelombang arus dapat juga dilakukan dengan suatu jepitan CT.
Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, perhatian harus digunakan dalam memilih
CT untuk meyakini respon frekuensi cukup tinggi untuk mengukur arus harmonisa,
demikian pula frekuensi fundamental. Respons frekuensi pada harmonisa ke-50 (2500
Hz) biasanya cukup pada banyak aplikasi. Bentuk gelombang daya dapat ditampilkan
dan diukur dengan menyimpan bentuk gelombang arus dan tegangan. Sebuah
osiloskop digital dapat digunakan untuk meningkatkan kualitas dan memudahkan dalam
pengumpulan data.
3.2.4.2 Monitor Gangguan
Monitor gangguan adalah instrumen monitoring tenaga listrik yang didisain untuk
mendeteksi dan merekam pada berbagai sistem tenaga listrik. Secara tipikal,
monitoring gangguan saluran listrik merupakan instrumen portabel yang memuat
beberapa fitur. Fitur-fitur tersebut meliputi sejumlah channel monitoring, tempat
28
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
penyimpanan data dan format display, dan fitur lain yang dapat meningkatkan
kemampuan instrumen.
Disain monitor gangguan dapat memperlihatkan kisaran (range) frekuensi yang diukur,
bagaimana data dikumpulkan dan ditampilkan. Ketika disain parameter ini dimengerti,
pengguna kemudian dapat memilih suatu disain terbaik yang akan memenuhi aplikasi
yang diinginkan.
Sebagai contoh, beberapa aplikasi monitoring tenaga listrik memerlukan pengukuran
tegangan dan/atau arus yang cukup lambat. Suatu instrumen yang murah yang dapat
mengukur tegangan beberapa kali dalam detik mungkin memenuhi kebutuhan aplikasi
ini. Di sisi lainnya, beberapa aplikasi memerlukan pengukuran dengan kecepatan
sangat tinggi untuk mengukur tegangan. Hal ini mungkin merupakan suatu kasus ketika
terjadi transien frekuensi tinggi dalam sistem tenaga yang mungkin akan menjadi
potensi sumber masalah. Pengukuran ini akan memerlukan suatu instrumen monitoring
tenaga listrik yang lebih canggih. Instrumen canggih ini dapat mendeteksi dan
mengumpulkan data pada variasi besar dari sistem tenaga seperti tegangan swell, sag,
transien, kesalahan frekuensi, noise listrik, distorsi, dan lain-lain.
Sebuah monitor sistem tenaga listrik yang melihat pada suatu kisaran frekuensi yang
lebar mungkin menggunakan teknik pengukuran berganda. Sebagai contoh, suatu
teknik sampling digital dapat digunakan untuk mengukur tegangan rms dan distorsi, dan
rangkaian analog digunakan untuk menangkap gejala transien.
Faktor-faktor yang menentukan teknik pengukuran yang sesuai, tidak hanya
menyangkut ketelitian, kisaran dinamis, dan respon frekwensi, tetapi juga bagaimana
data akan diproses dan disajikan. Sebagai contoh, jika suatu Fast Fourier Transform
(FFT) diterapkan untuk menangkap suatu kejadian, maka instrumen harus
menggunakan suatu teknik sampling digital.
Monitor gangguan saluran listrik dapat dibagi menjadi empat jenis yaitu monitor
indikator kejadian, monitoring teks, pencatat volt/ampere meter jenis kompak (solid
state), dan monitor displai grafik.
3.2.4.3 Indikator Kejadian
Indikator kejadian adalah paling sederhana dan murah dari semua monitor gangguan
saluran listrik. Indikator ini mengumpulkan dan menyajikan data yang dihasilkan oleh
variasi-variasi (karena gangguan) sistem tenaga listrik. Instrumen ini mungkin
diperuntukkan pada satu jenis dari variasi (gangguan) sistem tenaga, atau yang lebih
tipikal instrumen ini mungkin mengklasifikasi beberapa tipe kejadian. Data yang
dihasilkan oleh fenomena elektromagnetik mungkin saja ditampilkan dengan indikator
cahaya, grafik bar terang, bunyi alarm, atau beberapa kombinasi dari ketiga jenis
indikator tersebut. Secara tipikal, waktu kejadian dari variasi (gangguan) sistem tenaga
tidak direkam oleh jenis peralatan seperti ini.
Indikator kejadian mengumpulkan data variasi (ganguan) sistem tenaga listrik dengan
membandingkan kondisi ajek (steady state) sistem tenaga listrik dengan satu atau lebih
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
29
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
parameter ambang batas. Parameter ini mungkin saja ditetapkan lebih dulu atau dapat
diatur oleh pengguna. Pada kejadian dimana ambang batas ini terlewati, maka variasi
(gangguan) sistem tenaga dideteksi dan direkam. Perbandingan dari kondisi ajek dan
variasi (ganguan) sistem tenaga diselesaikan melalui penggunaan teknik sirkit digital
dan/atau analog. Parameter ambang batas ini mendiktekan tipe dan jumlah variasi
sistem tenaga yang dideteksi oleh tipe monitor ini.
Ketika suatu variasi (gangguan) sistem tenaga dideteksi, variasi ini dapat disimpan
sebagai suatu amplitudo atau sejumlah kejadian yang melebihi ambang batas. Data
dapat ditampilkan sebagai nilai numerik untuk amplitudo atau jumlah variasi sistem
tenaga listrik. Beberapa bentuk dari indikator seperti iluminasi dan bunyi alarm dapat
juga digunakan untuk menampilkan data tersebut.
3.2.4.4 Monitor Teks
Tipe kedua dari monitor gangguan saluran listrik ini diacu sebagai monitor teks. Seperti
pada indikator kejadian, instrumen ini mengumpulkan dan menampilkan variasi
(gangguan) sistem tenaga termasuk beberapa perbedaan penting. Variasi (gangguan)
sistem tenaga yang bersifat individu ditampilkan dengan uraian alphanumeric. Lebih
lanjut, variasi-variasi (gangguan-gangguan) ini biasanya dibukukan sesuai dengan
waktu kejadiannya. Keluaran dari tipe monitor ini mungkin direkam di atas pita kertas,
pada penyimpanan media elektronik, atau kombinasi kedua-duanya.
Secara umum, monitor teks menggunakan teknik perbandingan ambang atas yang
sama dengan yang digunakan pada indikator kejadian. Kondisi ajek sistem tenaga
dibandingkan dengan ambang batas yang ditetapkan lebih dahulu atau yang diatur oleh
pengguna. Pada kejadian dimana satu atau lebih ambang batas terlewati, data
pengukuran dikumpulkan dan disimpan dalam instrumen. Rangkaian elektronik yang
digunakan untuk melakukan perbandingan mungkin didasarkan pada teknik analog
atau digital. Seperti pada indikator kejadian, parameter-parameter ambang batas ini
mendiktekan jumlah dan tipe variasi (gangguan) sistem tenaga yang direkam untuk
tujuan analisis di masa mendatang.
Teknik penampilan data yang disajikan oleh monitor teks menyediakan beberapa
peningkatan kualitas dari data yang terkumpul untuk analisis dimasa mendatang. Ketika
variasi-variasi (gangguan-gangguan) sistem tenaga listrik dideteksi, suatu pesan
alphanumeric dihasilkan yang merepresentasikan variasi-variasi. Ketelitian data yang
terkumpul dan yang ditampilkan tergantung pada teknik dan parameter pengukuran.
Suatu fitur berikutnya dari instrumen ini, yakni perekaman waktu kejadian dari variasi
(gangguan) sistem tenaga yang dapat digunakan dalam analisis.
3.2.4.5 Pencatatan Volt/Ammeter
Jenis ketiga dari monitor saluran listrik dikenal sebagai pencatat volt/ampermeter
(recording volt/ammeter - Rvm). Rvm klasik adalah perekam bagan dengan pena dan
tinta. Alat ini memberikan dasar pengukuran kualitas daya pada titik pelayanan.
30
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Rvm solid state secara komersial telah tersedia. Alat tersebut diprogram oleh komputer,
dan secara digital merekam data kondisi ajek pada suatu sampling yang diseleksi oleh
pengguna.
Data tersebut dapat di-download dari komputer dan ditampilkan secara grafis atau
dicetak. Nilai ajek merepresentasikan jumlah rata-rata. Rvm solid state mengukur nilan
rms-sebenarnya, dan dapat diprogram untuk menangkap kejadian di luar batas yang
ditandai dengan waktu dan tanggal kejadian.
Versi lain dari rvm solid state juga tersedia. Peralatan ini mampu melakukan sampling
setiap siklus, mempunyai lebih banyak memori untuk meningkatkan kapasitas
penyimpanan kejadian, dan mengkalkulasi rms-sebenarnya dengan suatu teknik
sampling digital.
Pengguna dapat memilih laju sampling dan atau periode rata-rata. Peningkatan lainnya
adalah data yang tersimpan dalam memori dapat berupa mode ‘stop when full’ atau
mode ‘wrap-around’. Fitur ini mungkin berguna untuk membatasi memori yang
diperlukan dan hanya merekam data yang langsung berhubungan dengan satu
masalah.
Para pemakai rvm harus memahami benar bagaimana peralatan ini menangani laju
serta teknik sampling. Kapasitas penyimpanan data merupakan suatu pertimbangan
penting ketika menspesifikasi persyaratan memori pilihan.
3.2.4.6 Monitor Tampilan Grafik
Tipe keempat dari monitor gangguan pada saluran listrik adalah suatu monitor tampilan
berbasis grafik. Instrumen ini mengumpulkan dan merekam variasi (gangguan) sistem
tenaga listrik dalam suatu format grafik yang ditingkatkan dengan deskripsi
alphanumeric yang serupa dengan monitor teks yang telah dibahas sebelumnya.
Variasi-variasi (gangguan-gangguan) sistem tenaga listrik direkam sesuai waktu
kejadian dengan suatu representasi grafik dari variasi. Variasi-variasi ini, selanjutnya
ditingkatkan dengan deskripsi alphanumeric. Data yang terkumpul dapat ditampilkan
pada pita kertas, displai jenis CRT, atau disimpan pada beberapa tipe media elektronik.
Kumpulan data yang digunakan dalam monitor tampilan grafik didasarkan pada teknik
sampling tetap atau variabel yang membagi-bagi bentuk gelombang tegangan arus
bolak-balik ke dalam suatu seri langkah-langkah diskret yang dapat disimpan. Data
yang tersimpan ini kemudian digabungkan kembali untuk menyajikan suatu
representasi dari bentuk gelombang arus bolak-balik orijinal. Kecepatan laju sampling
menunjukkan derajat dari ketersediaan rinci untuk merekonstruksi kembali bentuk
gelombang arus bolak-balik.
Nilai-nilai ajek direkam pada beberapa interval yang diseleksi oleh pabrikan, atau dapat
direkam ketika suatu ambang batas sensitivitas yang diseleksi oleh pengguna
terlampaui. Selain dari itu, data yang di luar batas direkam ketika suatu variasi
(gangguan) sistem tenaga melebihi parameter ambang batas yang ditetapkan terlebih
dahulu dalam mesin atau yang diatur oleh pengguna. Variabel-variabel ini termasuk,
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
31
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
dan tidak terbatas pada tegangan sag dan swell, distorsi bentuk gelombang, dan
transien impuls. Seperti pada instrumen sebelumnya, rangkaian pembanding mungkin
dapat berupa analog dan/atau digital.
Ambang batas sebagai pencetus dalam kejadian variaisi (gangguan) sistem tenaga
didasarkan pada kontrol perangkat lunak. Algoritma perbandingan dipasang dalam
perangkat lunak sistem yang memungkinkan suatu kisaran lebar dari ambang batas
dapat digunakan untuk koleksi data.
Ketika variasi (gangguan) sistem tenaga melebihi ketentuan ambang batas terdeteksi,
maka data digital dari variasi tersebut disimpan dalam memori. Data ini kemudian
diukur dalam berbagai cara untuk menetapkan parameter-parameter dari variasi
(gangguan) sistem tenaga. Ketika pengukuran selesai, data yang terdigitasi digunakan
untuk menyediakan suatu representasi grafik rinci dari variasi (gangguan) sistem
tenaga.
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, pelaporan dari data yang dikumpulkan
mungkin disediakan melalui suatu catatan pita kertas atau transfer ke beberapa bentuk
media elektronik untuk disimpan dan sebagai acuan pada waktu mendatang.
Representasi grafik dapat juga ditampilkan dengan menggunakan monitor tipe CRT.
Monitor ini dapat digunakan untuk mengumpulkan sejumlah besar data dan sejumlah
kejadian dalam jangka waktu tertentu. Perencanaan lebih dulu dan aplikasi ambang
batas mungkin diperlukan untuk mengendalikan pengumpulan data dan analisis.
3.2.5 Daya Instrumen
3.2.5.1 Suplai Daya dan Kompatibilitas Monitoring
Sebagaimana telah dijelaskan pada buku panduan ini, pengukuran apapun yang
dilakukan akan sangat tergantung pada peralatan apa yang digunakan untuk membuat
pengukuran. Sasaran penggunaan instrumen monitoring daya adalah untuk
meminimasi dampak instrumen pada pengukuran sistem tenaga. Penggunaan
sambungan-sambungan tegangan dan CT merupakan suatu permasalahan yang
sederhana untuk dikerjakan. Namun demikian, permasalahan mungkin masuk ke
dalam proses pengukuran tidak melalui sambungan-sambungan, tetapi melalui suplai
daya dari instrumen. Walaupun banyak instrument monitoring daya memerlukan daya
kecil, suplai dayanya mungkin mendistorsi pengukuran secara berarti. Issu-issu berikut
seharusnya ditimbang sebelum memilih untuk mencatu instrumen pada lokasi
monitoring. Demikian juga sangat perlu untuk memperhatikan petunjuk manual
instrumen yang digunakan.
a. Bagaimana tingkat isolasi antara suplai daya instrumen dan instrumen pengukuran
rangkaian?
b. Apakah suplai daya instrumen menghasilkan noise atau menyebabkan variasi
(gangguan) sistem tenaga tambahan?
c. Akankah konsumsi daya instrumen mempengaruhi pengukuran?
d. Apakah sumber daya instrumen berisi perangkat proteksi transien yang mungkin
mempengaruhi pengukuran yang dibuat oleh instrumen?
32
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
e. Akankah instrumen beroperasi secara benar selama variasi (gangguan) sistem
tenaga yang mungkin menginduksi permasalahan kualitas daya?
f. Apakah kabel daya parasitik yang sedang digunakan memungkinan introduksi
kesalahan pembacaan dalam instrumen?
3.2.5.2 Sumber Arus Searah
Tergantung pada lokasi sistem tenaga yang diukur, suatu instrumen monitoring daya
mungkin menggunakan suplai daya arus searah untuk operasi instrumen. Lebih lanjut,
daya arus searah mungkin digunakan secara internal ke instrumen untuk menyediakan
daya cadangan. Sumber daya arus searah mungkin digunakan secara internal atau
secara eksternal ke instrumen. Ketika menggunakan daya arus searah, beberapa hal
yang perlu diperhatikan antara lain (sekali lagi, mengaculah pada manual aplikasi
peralatan untuk panduan):
a. Jika menggunakan daya eksternal, apakah kabel listrik yang digunakan sudah
sesuai dengan ukurannya?
b. Sudahkah instrumen dibumikan secara benar?
c. Apakah daya arus searah berasal dari baterai?
d. Jika suatu pengisian (charger) eksternal digunakan dan terhubung ke suatu 'outlet'
arus bolak-balik, bagaimana kemampuan isolasi charger, dan pengaruh apa yang
dipunyai charger pada sistem tenaga?
3.3 Teknik penerapan
Panduan ini menawarkan teknik penerapan yang dapat menjamin keselamatan dan
pengumpulan kejadian-kejadian fenomena elektromagnetik secara efektif. Hal ini tidak
dimaksudkan untuk menjadi persyaratan dalam melaksanakan survei kualitas daya,
tidak juga menyerahkan suatu daftar menyeluruh dari issu-issu untuk dipertimbangkan.
Pengenalan panduan ini, akan membantu meyakinkan akan keamanan dalam
pengumpulan data yang berguna.
Pembahasan pada buku panduan ini dimulai dengan pertimbangan keselamatan.
Monitoring sering melibatkan gangguan dalam berbagai macam rangkaian listrik yang
berpotensi membahayakan orang dan merusak peralatan. Tahapan-tahapan untuk
teknik-teknik monitoring yang terkait dengan lokasi, sambungan peralatan uji,
penyetelan dan programming ambang batas, dan penentuan suatu durasi monitoring
akan didiskusikan.
3.3.1 Keselamatan
Keakurasian data yang sedang diambil harus terjamin. Tingkat kesulitan dalam
pengambilan dan pengukuran kualitas daya sangat ditentukan oleh lokasi rangkaian
yang akan diukur. Bila lokasi dapat dengan mudah dijangkau dan instrumen dengan
mudah dapat dipasang, maka hal ini sangat menguntungkan. Namun ada beberapa
panel liistrik yang menyulitkan bagi petugas
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
33
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
untuk memasang instrumen. Oleh karena itu perlu hati-hati dalam memasang instrumen
sehingga tidak membahayakan selama pemasangan dan setelah pemasangan.
Sementara itu, sebagian besar pemasangan adalah bersifat alami dan tidak boleh
menggunakan praktek yang sama dengan instalasi permanen, seperti pada standard
National Electrical Code (NEC) yang memberikan beberapa lokasi yang tidak diizikan.
3.3.1.1 Sambungan Hard-wired
Sambungan kawat sensor yang harus dibuat pada panel-panel pusat beban atau kotakkotak sambungan seharusnya dipasang sesuai dengan standar pemasangan yang
telah ditetapkan. Jika panel tetap terbuka selama monitoring dilakukan, perlu dipastikan
bahwa kondisi lingkungan tidak berbahaya bagi petugas/orang yang lewat
disekelilingnya, serta tidak mengganggu orang lalu lalang. Perlu dipastikan pula bahwa
tempat melakukan pengukuran tidak akan mengganggu atau mempengaruhi kerja relai.
Kawat sensor mungkin tersambung ke peralatan proteksi arus lebih rangkaian yang
sudah ada jika peralatan didisain untuk pemasangan konduktor yang banyak.
Kawat sensor tidak boleh dililitkan pada kawat-kawat yang sudah ada atau disisipkan
dalam sambungan-sambungan pemutus rangkaian yang didisain untuk menerima suatu
sambungan tunggal. Penggunaan jepitan buaya sama sekali tidak cocok untuk
sambungan seperti ini karena dapat dengan mudah lepas. Dapat juga menggunakan
sambungan sekrup atau tipe jepitan sambungan dengan tipe pigtail. Sebagai contoh,
pigtail harus digunakan dimana kawat sensor harus dihubungkan dalam satu panel
atau kotak sambungan. Untuk melakukan sambungan jenis ini, daya ke rangkaian
harus dilepas; konduktor yang dimonitor harus dipindahkan dari sambungannya; suatu
pigtail berukuran 4 atau 5 inci dari kawat terisolasi yang berkapasitas sama dengan
kapasitas hantar arus konduktor yang dipindahkan harus diinstalasi pada sambungan
orijinal; dan kemudian pigtail, konduktor yang dimonitor, dan kawat sensor dapat
disambung bersama-sama sehingga sambungan menjadi aman.
3.3.1.2 Sambungan Tipe Steker dan Stop Kontak
Beberapa kabel sensor mempunyai steker berisolasi mampu menampung steker lagi di
atasnya. Kehatian-hatian harus dijaga ketika menancapkan steker, dimana hanya
sambungan yang biasanya dapat dibuat sehingga hubung singkat tidak berpotensi
terjadi. Pemeriksaan ganda harus dilakukan pada jumper untuk meyakini bahwa
hubung singkat tidak diintrodus. Juga kawat sensor dihubungkan ke rangkaian yang
dimonitor hanya setelah kawat sensor sudah disambung ke bagian belakang
penganalisis (analyzer).
3.3.1.3 Isolasi Bagian Bertegangan
Sering penutup panel dipindahkan selama periode monitoring. Jika demikian, semua
bagian yang bertegangan harus cukup terproteksi dan area harus dijaga supaya tetap
dapat dimasuki oleh petugas. Jika terminal-terminal sekrup digunakan pada peralatan
monitoring, kawat telanjang harus seminimum mungkin dan penutup yang layak harus
34
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
digunakan untuk mengisolasi terminal-terminal. Membuat sambungan kawat-kawat
untuk banyak penggunaan dengan sekrup tunggal hendaknya dihindari.
3.3.1.4 Penempatan Monitor
Monitor harus ditempatkan pada posisi yang aman sedemikian rupa sehingga tidak
menyebabkan sambungan-sambungan instrumen bergerak atau kendor. Jika suatu
printer kertas digunakan untuk melaporkan gangguan, kehatian-hatian yang cukup
harus diperhatikan untuk meyakini bahwa pengumpulan kertas tidak menghadirkan
suatu bahaya. Monitor tidak boleh ditinggalkan bila terdapat panas berlebihan,
berembun, atau berdebu yang dapat merusak peralatan atau membahayakan proses
pengumpulan data.
Monitor tidak boleh ditempatkan pada jalan umum yang sering dilewati orang, terutama
pada gang/koridor yang sempit. Monitor harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga
tidak memberi risiko keselamatan kepada orang-orang yang sedang bekerja pada area
tersebut. Kurungan untuk pelindung kadang-kadang dapat digunakan untuk
menyelesaikan permasalahan ini. Lokasi harus juga tidak memberi risiko keselamatan
kepada orang yang memasang monitor. Terdapat juga beberapa lokasi yang sangat
sempit, atau dengan kata lain, terdapat kendala secara fisik, untuk memberikan
sambungan yang aman dari kawat sensor monitor. Pada situasi seperti ini, suatu lokasi
alternatif harus dipilih.
Ada sejumlah faktor lingkungan eksternal dapat mempengaruhi performansi suatu
instrument monitoring daya. Faktor-faktor lingkungan tersebut berupa temperatur,
kelembaban, medan RFI, pelepasan (discharge) statis, dan goncangan serta getaran
mekanik.
Temperatur merupakan faktor yang kritis pada instrumen monitoring daya berbasis
mikroprosessor. Geometri fisik internal dari berbagai komponen-komponen elektronik
sangat kecil sehingga panjang jalan sinyal, dan impedansi mungkin terkena dampak
jika temperatur lingkungan melebihi spesifikasi instrumen.
Kelembaban, temperatur, adalah kritis untuk elektronik sensitif yang ada dalam
instrumen monitoring daya. Kelembaban yang berlebih dapat menyebabkan kondensasi
dalam instrumen, yang dapat menyebabkan hubung singkat, loncatan listrik, korosi
yang pada akhirnya membuat data menjadi salah. Udara yang terlalu kering juga
mengundang pelepasan muatan statis yang dapat merusak komponen elektronik di
dalam instrumen. Gejala lain dari pelepasan (discharge) statis adalah kerusakan sinyal
atau kesulitan dalam memprogram instrumen.
Kesalahan data mungkin terjadi ketika monitor dipasang di lokasi yang memiliki
berbagai tingkat interferensi frekuensi radio. Interferensi mungkin saja masuk ke dalam
instrumen melalui leads input. Jika data yang terkumpul terlihat tidak realistis, hal ini
mungkin disebabkan oleh adanya interferensi frekuensi radio eksternal.
Goncangan dan getaran mekanik dapat menciptakan tekanan di dalam instrumen yang
melemahkan sambungan-sambungan mekanik dan menyebabkan loncatan api
(arching) dan terjadilah kesalahan dalam pembangkitan data. Ketika instrumen
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
35
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
dipasang di suatu lokasi yang peka terhadap tegangan mekanik, maka pengguna
harus hati-hati sehingga yakin bahwa instrumen dapat bertahan dan berfungsi secara
benar dalam lingkungan tersebut. Karena getaran dan tegangan mekanik dalam
pengangkutan instrumen ke lokasi monitoring, operasi instrumen sebelum penggunaan
harus diverifikasi.
3.3.1.5 Pembumian
Semua instrumen mempunyai kemampuan untuk pengembangan gangguan internal.
Instrumen suplai daya harus dibumikan secara benar melalui suatu kabel kawat tiga.
Gangguan dapat juga berkembang dalam modul-modul attenuator yang menerima
kawat sensor tegangan input. Attenuator harus terikat melintasi suatu jalur pentanahan
efektif sampai acuan ground rangkaian yang diukur. Jika ground attenuator
disambungkan ke suplai daya atau chassis ground, maka akan terdapat suatu ground
loop yang tidak diingini seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Pembumian instrumen monitoring
3.3.1.6 Proteksi Arus lebih Kawat Sensor
Sambungan sensor tegangan yang bersekring haruslah tersedia dan ini selalu
direkomendasikan. Sambungan-sambungan harus selalu diletakkan berdekatan
dengan peralatan proteksi arus lebih yang sudah ada.
36
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.3.1.7 Penentuan Jalur Kabel Sensor
Kabel sensor harus ditempatkan pada jalur yang berjauhan dengan konduktor telanjang,
benda-benda tajam, medan elektromagnetik, dan lingkungan yang kurang
menguntungkan lainnya. Kabel-kabel tersebut harus diikat dengan benda yang kuat
untuk mencegah lepasnya sambungan yang tidak dikehendaki.
3.3.2 Lokasi Monitoring
3.3.2.1 Tujuan
Karakteristik dari beberapa variasi (gangguan) sistem tenaga akan berubah tergantung
pada kedekatan monitor ke sumber, impedansi sistem distribusi, dan dinamika beban.
Lokasi awal pemasangan suatu monitor kualitas daya akan tergantung pada tujuan
survei. Apabila tujuan monitoring adalah untuk mengdiagnosa suatu permasalahan
unjuk kerja peralatan/beban, maka monitor seharusnya ditempatkan sedekat mungkin
dengan beban tersebut. Ini diperuntukkan untuk permasalahan unjuk kerja baik
terhadap beban-beban elektronik sensitif seperti computer dan ASD, maupun peralatan
distribusi elektrik seperti pemutus daya dan kapasitor. Perlu dipastikan bahwa monitor
yang terpasang dapat berfungsi dengan baik walaupun terjadi fluktuasi tegangan yang
cukup besar, karena kadang kala ada monitor yang fungsinya berubah setelah
mendapat fluktuasi dan variasi tegangan yang besar, baik dari sumber daya untuk
instrumen maupun parameter yang diukur.
Adakalanya pengukuran dilakukan pada daerah yang memiliki interferensi
elektromagnetik yang cukup besar, sehingga diperlukan isolasi dan filter, agar monitor
dapat berfungsi dengan baik. Atau cara yang umum digunakan adalah menempatkan
monitor agak jauh dari pengaruh elektromagnetik tersebut, khususnya monitor yang
tidak didisain untuk pengukuran pada daerah seperti itu. Namun ada beberapa monitor
yang memang didesain memiliki spesifikasi yang dapat beroperasi pada daerah yang
pengaruh elektromagnetiknya ada. Bila dalam pengambilan data, ternyata pengaruh
interferensi elektromagnetik cukup besar, sehingga menyebabkan kesalahan dalam
pengambilan/perekaman data, maka harus dipasang filter, atau monitor ditempatkan di
lokasi yang tidak mempunyai pengaruh interferensi.
Sedangkan apabila monitoring kualitas daya tidak spesifik terhadap suatu instrumen,
melainkan untuk mengetahui kualitas total suplai daya yang masuk ke pabrik atau plant,
maka monitor dapat ditempatkan di atas transformator atau pada feeder utamanya.
Monitor dapat merekam total kualitas daya yang masuk ke pabrik yang kemungkinan
dapat berpengaruh terhadap unjuk kerja peralatan atau beban. Biasanya setelah
dilakukan pengukuran dengan menempatkan pada feeder utamanya, bila ditemukan
adanya kualitas daya yang kurang baik, maka monitor dapat dipindahkan ke beban
atau feeder yang memberikan/ penyebab buruknya kualitas daya tersebut.
Bila masalah harmonisa menjadi fokus, maka monitor dapat dipasang dekat dengan
kapasitor atau filter. Transien yang disebabkan oleh on-off kapasitor dapat dipantau
dengan memasang monitor dekat kapasitor. Teknik pemasangan monitor untuk
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
37
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
merekam kualitas daya keseluruhan sistem atau plant, dapat dilihat pada rangkaian
seperti tampak pada Gambar 3.2.
3.3.2.2 Pengetahuan Rangkaian Listrik
Perlu untuk ditimbang lingkungan elektrikal keseluruhan sistem tenaga sebelum
melakukan penyambungan suatu peralatan monitor. Hal ini dilakukan dengan
menggambar atau menemukan diagram satu garis rangkaian listrik (SLD) yang akan
dimonitor. SLD meliputi pelayanan utility, pelanggan listrik tetangga dan kawat internal
dan beban-beban. pemahaman kondisi ini akan memudahkan pertimbangan untuk
keselamatan, sambungan yang sesuai, dan interpretasi data.
Untuk meningkatkan keandalan sistem, sebaiknya beban disuplai dari dua feeder atau
sumber daya. Untuk operasi normal, beban biasanya disuplai dari PLN, tapi apabila
PLN mengalami gangguan, maka beban tersebut disuplai dari sumber lain yang
biasanya berupa genset atau UPS. Kedua hal tersebut harus diidentifikasikan dan
diukur karena kedua sumber tersebut berpeluang menjadi sumber gangguan kualitas
daya.
Adanya beban yang besar dari perusahaan yang berdekatan dengan industri/plant yang
sedang dimonitor juga akan berpengaruh terhadap kualitas daya yang diukur. Demikian
halnya beban besar yang melakukan on-off di dekat perusahaan tersebut, juga akan
berpengaruh terhadap kualitas daya yang akan diukur. Adanya beban individu yang
beroperasi di sekitar pemasangan monitor harus diidentifikasikan, sehingga dapat
diperkirakan dan diantisipasi kemungkinan besarnya interferensi yang terjadi. Sebagai
contoh, beban-beban yang besar tersebut diambil dari feeder atau transformator yang
sama dengan beban yang sedang diukur.
Gambar 3.2 Tipikal lokasi monitoring kualitas daya pada sistem tegangan rendah
pengguna.
38
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Pekerjaan konstruksi yang berlokasi dekat monitor juga harus diperhatikan, karena
sering ditemukan penyambungan yang sifatnya sementara berbeda dengan yang
permanen. Sambungan yang dibuat sementara biasanya mempunyai isolasi lebih
banyak atau kadang kurang. Dengan kata lain harus diperhatikan mengenai lokasi dan
tempat penyambungan monitor dan jangka waktu pengambilan/monitoring data.
Berdasarkan pada perkiraan, peralatan elektrikal dan aspek mekanik dari distribusi
daya pada lokasi monitoring akan mempunyai pengaruh yang paling besar pada
kualitas listrik. Setelah pemasangan monitor, segala sesuatu yang tidak ada
hubungannya dengan monitor agar segera dipindahkan dan dirapikan pada tempatnya.
Demikian pula sambungan antara monitor dengan peralatan yang diukur harus benar.
Data-data yang diukur saat sebelum perekaman data harus dicatat dan dianalisa
apakah sudah sesuai dengan keadaan sebenarnya. Juga harus diperhatikan mengenai
suplai daya cadangan bila suplai daya ke monitor terputus.
3.3.2.3 Diagnosa Suatu Masalah Unjuk Kerja Peralatan
Monitor kualitas daya sebaiknya ditempatkan berdekatan dengan beban yang akan
diagnosa. Inspeksi fisik harus dilakukan untuk memastikan bahwa filter, trafo, atau
peralatan lainnya tidak terhubung antara monitor dengan beban yang akan diukur.
Monitor harus dihubungkan ke sumber daya lain. Instalasi yang dilakukan harus
dipastikan bahwa monitor dapat merekam magnited absolut fluktuasi tegangan yang
secara langsung diterapkan ke beban tanpa pengaruh impedansi rangkaian dan filter.
Jika beban bergejala ini disuplai dari stop kontak, monitor seharusnya dihubungkan ke
suatu stop kontak lainnya dengan outlet yang sama. Jika hal ini tidak memungkinkan,
maka stop kontak dari outlet sebelahnya dapat digunakan, tetapi hal ini harus
diverifikasi secara elektrik bahwa stop kontak ini terletak pada rangkaian yang sama
dengan beban dan pengawatannya sesuai.
Untuk memonitor daya ke suatu beban yang dihubungkan ke suatu stop kontak yang
pentahanannya diisolasi (warna jingga), daya monitor seharusnya dihubungkan ke stop
kontak yang sama. Stop kontak ini didisain untuk penggunaan dengan dua konduktor
yang ditanahkan.
Adakalanya pemasangan monitor tidak dimungkinkan, terutama pada lokasi yang
berbahaya (hazardous area), karena hampir semua peralatan listrik di tempat tersebut
didesain tertutup dengan alasan/pertimbangan keamanan. Pada kondisi seperti ini,
monitor dapat disambungkan ke subpanel terdekat yang mensuplai beban. Monitoring
pada subpanel mempunyai keuntungan yaitu konduktor-konduktor rangkaian dapat
dicapai untuk pengukuran arus.
3.3.2.4 Fasilitas Survei Kualitas Daya
Survei kualitas daya pada seluruh fasilitas sebaiknya berawal dari hulu pada sistem
distribusi listrik. Sesudah melakukan monitoring, penting untuk memeriksa kondisi
mekanik dari rangkaian listrik tersebut. Rangkaian listrik yang lebih besar dari 480 volt
biasanya tidak perlu untuk monitoring kecuali jika beban secara langsung terhubung ke
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
39
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
tegangan lebih tinggi. Lokasi awal monitor secara tipikal dilakukan pada sisi sekunder
dari trafo layanan utama. Lokasi ini umumnya bertegangan 600 V untuk kelas peralatan
layanan. Hal tersebut juga berguna melakukan monitoring secara simultan pada lebih
dari satu lokasi dalam satu fasilitas.
Jika perlu dilakukan monitoring pada tegangan yang lebih tinggi, maka diperlukan sirkit
pembagi tegangan khusus atau transformator tegangan (PT) dan jepitan transformator
arus (CT). Transducer ini harus mempunyai respon frekuensi yang mengijinkan untuk
mendeteksi gangguan transien. Transformator tegangan dan transformator arus yang
ada, yang digunakan untuk mengukur, tidak boleh mempunyai respon frekuensi untuk
menyediakan monitoring daya dengan informasi transien yang akurat. Hal tersebut
dapat digunakan oleh monitor daya, untuk merekam fluktuasi tegangan frekuensi
rendah pada tegangan distribusi. Penerapan aturan keselamatan tersebut khusus pada
peralatan layanan kelas tegangan yang lebih besar dari 600 V.
3.3.2.5 Spesifikasi Transformator Tegangan (PT) dan Transformator Arus (CT)
Tabel 3.1 Lokasi monitoring dengan spesifikasi Transformator Tegangan dan Arus.
Monitoring location
Voltage Transducer
Current
Transducer
Substation
Matering PTs
Voltage dividerss
Bhusing taps
Metering CTs
Relaying CTs
Overhead fedder
Metering PTs
Metering CTs
Underground feeder
Metering PTs
Voltage dividers
Metering CTs
Service entrance
Direct connection
Metering CTs
Clamp-on CTs
In facility
Direct connection
Clamp-on CTs
3.3.3 Sambungan Peralatan
3.3.3.1 Masukan Sensor
Penganalisis monitoring harus dihubungkan dengan tidak melanggar rekomendasi
pabrikan pada batas tegangan atau arus yang telah ditentukan.
Sambungan kawat sensor pada monitoring harus mencakup semua jenis gangguan
yang berdampak pada peralatan. Bila jumlah rangkaian konduktor meningkat, maka
cara monitoring juga meningkat. Sebagai contoh, jika peralatan diberi suplai tegangan
220 V oleh suatu steker tanpa konduktor pembumian (seperti peralatan audio visual
untuk rumah tangga) monitoring fasa ke netral merupakan satu-satunya konfigurasi
yang valid, sedangkan stekker 220 V rms dengan konduktor pembumian peralatan
40
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
harus dimonitor dalam konfigurasi satu fasa ke netral, fasa ke bumi, dan netral ke bumi.
Unit prosessing data fasa tiga yang dihubungkan dengan periferal fasa-tunggal
sebaiknya dimonitor fasa ke fasa, fasa ke netral, netral ke bumi. Jumlah jenis
monitoring dapat dikurangi melalui kemampuan peralatan untuk menahan adanya
perbedaan jenis gangguan.
Mode terbaik yang menghubungkan beban fasa tiga harus memenuhi konfigurasi
peralatan. Jika peralatan sensitif dihubungkan secara delta (tiga kawat tanpa netral),
monitor seharusnya diatur serupa. Suatu saluran fasa ke bumi harus disertakan jika
memungkinkan. Jika peralatan sensitif dihubungkan dengan cara hubung Y,
penganalisis harus dikonfigurasi secara Y juga, dan acuan netral ke bumi harus
disertakan.
3.3.3.2 Terminal Pembumian
Ada dua tujuan menghubungkan terminal pembumian, yaitu untuk keamanan dan unjuk
kerja. Instrumen harus mengacu pada potensial pembumian yang sama dengan
rangkaian yang sedang dimonitor. Perlu kehatian-hatian karena konduktor pembumian
peralatan suplai Suplai Daya instrumen mungkin saja berbeda potensial dibandingkan
kawat sensor (sense lead) yang terhubung ke pembumian rangkaian yang dimonitor.
Jika konduktor pembumian suplai daya secara internal terhubung ke badan (chassis)
instrumen dan juga terhubung ke terminal acuan, maka kemungkinan menghasilkan
ground loops dan noise.
3.3.3.3 Suplai Daya Instrumen dan Monitoring Invasif
Instrumen umumnya disuplai menggunakan steker 3 kawat, satu fasa dengan kabel
daya standar. Jika rangkaian yang sedang dimonitor sama dengan yang mensuplai
instrumen, pengguna harus mengetahui pengaruh instrumen pada rangkaian yang
diukur. Perubahan tegangan yang disebabkan oleh arus instrumen biasanya tidak
besar tetapi dapat menjadi nyata, terutama pada pengukuran netral ke bumi. Jika suplai
daya instrumen dilindungi secara paralel dengan peredam tegangan kejut seperti
varistor oksida logam (MOV) dan avalanche diodes, agar kemampuan instrumen untuk
mendeteksi gangguan tetap akurat, instrumen harus disuplai dari rangkaian lain, atau
menggunakan baterei. Jika rangkaian lain digunakan, ground loops seharusnya tidak
boleh terjadi dan kabel daya atau kawat sensor (sense lead) yang terlalu panjang tidak
digunakan. Jika batere digunakan (dan tidak ada pembumian yang disediakan melalui
kabel daya), maka instrumen harus dibumikan dengan baik.
3.3.3.4 Sambungan Hard-wired
Untuk monitoring yang lama, sambungan hard wired harus dibuat. Cara menyambung
harus disesuaikan dengan standar kerja yang biasa digunakan. Harus dipastikan
bahwa terminal alat sesuai dengan jenis kawat yang digunakan.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
41
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.3.3.5 Sambungan Steker dan Stop Kontak
Sense cord kawat tiga standar biasanya disuplai oleh instrumen-instrumen untuk
sambungan outlet NEMA (National Electrical Manufacturer Association) standar. Outlet
harus diperiksa terlebih dahulu untuk menghindari adanya kesalahan pemasangan
kawat seperti polaritas yang terbalik dan kawat pembumian terlepas. Alat pemeriksa
rangkaian (circuit checkers) mungkin dapat menemukan kesalahan sederhana, tetapi
tidak untuk memastikan integritas sistem pengkabelan.
3.3.3.6 Kualitas Sambungan Indra Tegangan
Sambungan indra tegangan merepresentasikan antarmuka antara sistem daya dan
monitor. Keduanya merupakan suatu tambahan input monitor, bukan suatu tambahan
sistem daya. Ini berarti bahwa bila ada sambungan lepas atau kabelnya cacat, maka
harus segera diperbaiki sebelum data yang diinginkan direkam. Jika tidak, data
gangguan mungkin hasil dari sambungan bukan dari ketidaknormalan dalam sistem.
Ketika enclosure dibuka untuk melakukan sambungan dari monitor saluran daya, dapat
mempengaruhi operasi peralatan. Untuk meminimalkan pengaruh kesalahan, dua
kawat harus dihubungkan ke masing-masing saluran masukan monitoring dan bukan
pada setiap kawat kanal dengan satu sambungan biasa. Dalam beberapa kasus,
penganalisis salah melaporkan kejadian seperti tegangan transien yang dihasilkan dari
kawat crosstalk atau EMI/RFI. Hal ini menyulitkan ketika melakukan monitor dengan
ambang batas gangguan sangat rendah (seperti 25–50 V pada sistem 480 V).
Pada kasus dimana kabel indra masukan yang berpelindung tidak tersedia, teknik
praktis dapat digunakan untuk mengurangi interferensi EMI/RFI. Sebagai contoh, dua
kawat setiap kanal dapat digunakan. Kawat-kawat ini harus dililit bersama-sama dan
diroutekan melawan bodi enclosue yang dibumikan.
3.3.3.7 Monitoring Arus
Jika monitoring tegangan dan arus secara simultan dapat dilakukan, informasi yang
tersedia untuk pemecahan masalah menjadi lebih lengkap. Clamp-on CT (CT jepitan)
dapat digunakan untuk mengukur arus yang berkaitan dengan penyimpangan tegangan.
Jika arus rms meningkat ketika terjadi jatuh tegangan, maka kejatuhan tegangan yang
terjadi merupakan akibat suatu gangguan atau beban dari titik monitoring yang sedang
dienergisasi. Perubahan cepat pada arus (< 1 ms) mungkin tidak dapat diukur secara
akurat oleh beberapa CT. CT seharusnya tidak dijepit pada konduktor yang diukur
sampai CT dihubungkan ke instrumen monitoring.
Seperti pada sambungan tegangan, kualitas sambungan arus dapat mempengaruhi
data yang direkam. Terdapat tiga permasalahan umum ketika menggunakan CT jepit,
sebagai berikut:
a. Konduktor atau rel tidak diletakkan secara teratur dalam area jepitan.
b. Kedua ujung inti CT tidak membuat hubungan yang solid.
c. Tipe atau jumlah konduktor yang salah terlingkup dalam CT.
42
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Termasuk dalam item terakhir ini adalah masalah polaritas yang tidak sesuai dimana
CT diletakkan secara berlawanan atau polaritas CT salah.
Spesifikasi CT secara tipikal mengasumsikan konduktor atau rel (busbar) berada tepat
di tengah dalam area jepitan. Lokasi lain akan membuat beberapa kesalahan ketelitian.
Jika ujung penjepit tidak terpasang secara kuat, maka celah yang dihasilkan antara
ujung-ujung juga akan mengintrodusir kesalahan ke dalam pengukuran. Kesalahan
celah ini dapat mempengaruhi bentuk gelombang yang direkam. Bila mengukur
konduktor dengan banyak penghantar (multicore conductor), maka perlu dipastikan
bahwa tidak ada penghantar balik yang sedang diukur juga. Hal ini akan
menghilangkan sebagian atau seluruh medan magnet dari konduktor yang sedang
diukur, karena itu akan mengubah pembacaan.
3.3.4 Ambang Batas Monitoring
3.3.4.1 Tujuan
Proses pemilihan ambang batas monitor tergantung dari tujuan survei. Jika tujuan
survei harus memecahkan suatu masalah kinerja peralatan, maka penyetelan ambang
batas monitor harus disesuaikan dengan kepekaan peralatan. Karena itu, monitor harus
diprogram dengan besaran tegangan atau arus yang akan memicu alat ukur untuk
merekam data apabila kejadian-kejadian gangguan yang melebihi batas yang diijinkan
dari peralatan yang diukur tersebut.
Jika tujuannya untuk melakukan satu survei kualitas daya secara umum, maka
penyetelan ambang batas monitor akan bergantung pada keterbatasan media
penyimpanan, baik berupa kertas dan/atau Random Access Memory (RAM).
Pabrikan yang berbeda mengadopsi filosofi yang berbeda sehubungan dengan
pemrograman, pengambilan data dan display (tampilan). Instrumen dapat
menghasilkan data yang salah tergantung pada sistem pengukuran, pembumian,
pelindung dan pemasangan. Pemahaman kerja internal dari instrumen monitoring daya
menjadi kritikal jika data yang dikumpulkan adalah untuk mendiagnosa dan mencari
solusi terhadap variasi-variasi (gangguan) sistem tenaga.
Poin pertama untuk dipertimbangkan adalah trigger level dari instrumen monitor daya.
Ambang batas trigger tidak akan merekam data variasi-variasi sistem tenaga yang
berada di bawah ambang batas dan hanya memicu terhadap variasi-variasi yang
melebihi ambang batas. Penting untuk diingat bahwa kehilangan rekaman gangguan
bukan berarti mengindikasikan tidak adanya fenomena elektromagnetik. Hal itu berarti
bahwa variasi sistem tenaga tidak memicu monitor. Terdapat beberapa teknik untuk
memicu berbagai variasi-variasi sistem tenaga. Teknik ini bervariasi tergantung pada
desain pabrikan.
Poin kedua untuk ditimbang adalah metoda atau teknik yang digunakan untuk
melaporkan data yang dikumpulkan oleh instrumen monitoring daya. Tampilan data
mungkin dalam suatu hard copy, pita data, tampilan visual dalam suatu format seperti
osiloskop, atau data disimpan pada disk atau ditransfer ke PC untuk analisis lebih lanjut.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
43
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Semua instrumen monitor daya merupakan satu kompromi antara biaya, portabilitas,
dan kelengkapannya. Instrumen dibatasi oleh kecepatan proses, penyimpanan data,
kecepatan pencetakan dan 'buffer' memori. Ambang batas bisa terjadi kurang dari satu
detik, batas ini bisa menyebabkan data hilang atau variasi-variasi sistem tenaga tidak
tertangkap. Selanjutnya, instrumen yang hanya mengindikasikan suatu gangguan
tertentu yang terjadi, tidak bisa mengakumulasi data untuk merepresentasikan jumlah
kejadian, karakteristik, atau hubungan antara variasi-variasi sistem tenaga yang
berbeda.
Beberapa instrumen monitoring tenaga memungkinkan berbagai format laporan untuk
diaktifkan atau dimatikan. Tergantung pada aplikasi, fitur-fitur ini dapat digunakan untuk
membuat penggunaan instrumen yang lebih efisien. Instrumen grafik memungkinkan
pemakai untuk melihat berbagai bentuk gelombang dalam bentuk format visual atau
hard copy. Kedua format tersebut memberikan satu “snapshot” situasi dan bukan suatu
gambar waktu-nyata (real-time) sebagaimana tersedia dari suatu osiloskop. Snapshot
ini sangat memudahkan untuk penyetelan alat ukur dan memahami syarat-syarat yang
ada terhadap sistem distribusi listrik. Dalam beberapa hal, dengan snapshot cukup
untuk mengidentifikasikan sumber atau penyebab suatu variasi system tenaga. Dalam
banyak kasus, pengguna biasanya berkeinginan untuk mengukur sistem pada kondisikondisi ajek. Hal ini memerlukan suatu instrumen yang mampu mencatat dan
menampilkan kondisi ajek secara mudah untuk melengkapi periode monitoring
pemantauan yang dapat berupa mingguan atau bulanan.
3.3.4.2 Persiapan
Pada mulanya, monitor disiapkan dan dijalankan dalam mode sederhana selama
kurang lebih setengah jam untuk memperoleh estimasi orde awal dari karakteristikkarakteristik kelistrikan. Sebaiknya monitor dijalankan untuk suatu periode 24 jam
dalam mode sederhana sebelum penyetelan ambang batas akhir dibuat. Maksudnya
adalah untuk menghindari perekaman data yang berlebihan yang menyebabkan
memori cepat penuh.
3.3.4.3 Pertimbangan Lingkungan Listrik
Pemilihan ambang batas monitor, sederhana apabila tujuan dari survei untuk
memonitor suatu masalah kinerja peralatan dalam suatu lingkungan sistem elektrikal
dimana tidak ada fluktuasi bentuk gelombang yang signifikan. Ambang batas monitor
dapat ditetapkan hanya di bawah tingkat kepekaan peralatan yang sedang diuji.
Gangguan bentuk gelombang selanjutnya dapat diekstrak dari catatan fluktuasi bentuk
gelombang yang didasarkan pada suatu korelasi waktu dengan peralatan ukur yang
berfungsi tidak baik, atau ketika fluktuasi dengan jelas melebihi tingkat kepekaan
peralatan.
CATATAN - Ambang batas harus ditetapkan lebih rendah dari tingkat kepekaan
peralatan ukur untuk memastikan bahwa bentuk gelombang gangguan dapat direkam.
44
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Seleksi ambang batas untuk lingkungan kelistrikan aktif (seperti masukan untuk
adjustable speed drive) cukup sulit. Jika ambang batas terlalu rendah, fluktuasi secara
kontinyu akan tidak mampu dimonitor, kemungkinan pencegahan gangguan lebih
signifikan.
3.3.4.4. Pertimbangan Kepekaan Peralatan
Penyetelan ambang batas terbaik adalah yang berhubungan langsung kepada tingkat
kepekaan dari peralatan elektronik yang sensitif yang sedang diselidiki. Tingkat
kepekaan untuk suatu beban elektronik diperoleh dari pabrikan, atau dari survei
sebelumnya pada beban elektronik tertentu. Informasi ini jarang tersedia untuk jenis
peralatan yang spesifik (kurva CBEMA digunakan dalam IEEE Std 446-1987).
Tingkat kepekaan yang diperoleh dari standar industri yang secara umum dikenal
(seperti CBEMA) sering bekerja dengan baik, terutama ketika digunakan dalam kaitan
dengan tingkat yang ditentukan pabrikan.
Monitor ambang batas harus di-set dibawah (lebih sensitif) tingkat susceptibility
peralatan untuk memastikan bahwa gangguan terekam. Peralatan yang sudah lama,
ketidaksesuaian antara peralatan dan kepekaan monitor, dan ketelitian monitor
merupakan faktor-faktor yang dapat menyebabkan peralatan salah operasi pada tingkat
tegangan di bawah tingkat kepekaan yang diharapkan.
3.3.4.5. Pertimbangan Arus
Kemampuan alat ukur bermacam-macam, ada yang hanya dapat mengukur 1 kanal
ada pula yang dapat mengukur multi-channel hingga tujuh atau delapan kanal. Fitur ini
memungkinkan pengguna untuk mendiagnosa arus yang berhubungan dengan
masalah kinerja peralatan, seperti tidak dikehendakinya bekerja suatu pemutus daya
(CB) (unwanted tripping), pemanasan lebih pada motor, penghantar dan trafo.
Pertambahan beban-beban nonlinier memerlukan pengukuran dan kemampuan
mengukur rms-sebenarnya (true RMS). Penyetelan ambang batas arus untuk aplikasi
ini biasanya mencakup penyetelan ambang batas arus lebih yang berkaitan dengan
batas yang ditentukan dalam standar NEC atau di bawah spesifikasi pabrikan,
meskipun nilainya lebih rendah.
Suatu aplikasi penting dari pengukuran arus dalam analisis sistem tenaga adalah untuk
membantu menentukan arah atau asal gangguan. Dengan mengamati perubahan arus
yang terjadi secara simultan dan gangguan tegangan dapat memberi saran apakah
asal gangguan berasal dari hulu atau hilir yang dilihat dari titik yang sedang dimonitor.
Teknik ini bisa membantu untuk menentukan apakah suatu gangguan tegangan netral
ke bumi merupakan konduktor terkait yang dibumikan atau rangkaian daya terkait.
Untuk aplikasi ini, ambang batas arus harus ditetapkan sedikit di atas nilai arus ajek
rangkaian. Merupakan suatu gagasan yang baik untuk memonitor selama 1 jam untuk
mengkarakterisasi efek arus transien pada tingkat tegangan; kemudian penyetelan
monitor di atas tingkat normal yang dimonitor.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
45
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Tabel 3.2 Setting ambang pintu diusulkan untuk beban 120 V.
Category
Sag
Swell
Conducted phase
Voltage treshold
Conducted neutraltoGround diferential
Voltage treshold
Normal load
current on true rms
basis
0.5 A true rms
Consider section 250-21 of the NEC [B2]
for safety,as well as noise currents,that
lead to objectionable voltages,from both
safety and data error points of view.
noise
1.5 V
Harmonics
5% THD
Frequency
± Hz
Phase
imbalance
2%
Swell
3.0 V rms
Impulsive
transient
noise
20 V peak
Ground
current
Comments
Minus 10% of nominal supply voltage
Plus 5% of normal supply voltage
Approximately twice the nominal phaseto- neutral voltage
Approximately 1% of the nominal phaseto-neutral voltage
Voltage distortion level at which loads
may be affected
Voltage imbalance greater than 2% can
affect equipment.
(Three-phase induction motors should be
derated when operated with imbalanced
voltage [B11] ).
Typical level of interest for neutral and/or
ground problems
Ten to twenty percent of phase-to-neutral
voltage
Typical equipment susceptibility level
Load current threshold may need to be
raised well above normal load
current,depending on the desired data and
the amount of fluctuation in load current.
200 V
harmonics
46
108 V rms
126 V rms
Transient
Phase/neutral
current
Current
tresholds
Suggested
setting
1.5 V rms
20% THD (for
small customer) to
5% THD (for very
large customers
Measured at service entrance (point of
common coupling),and relative to
maximum demand load current (refer also
to IEEE Std 519-1992 [B13] );harmonics
distortion reference values or
measurements at subpanel should be
chosen relative to concerns about effects
of harmonics on equipment in the circuit
that is being monitored such as neutral
sizing,transformer loading and capacitors.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.3.5 Periode Monitoring
3.3.5.1 Tujuan
Periode monitoring merupakan suatu fungsi langsung dari tujuan monitoring. Biasanya
periode monitoring mencoba menangkap suatu periode daya lengkap, suatu interval
dimana pola pemakaian tenaga listrik kelihatan berulang. Sebagai contoh pada industri,
pola pemakaian tenaga listriknya dapat berulang setiap hari, atau masing-masing shift
kerja. Tergantung pada tujuan monitoring, periode pengukuran mungkin saja dilakukan
untuk satu periode shift kerja saja.
3.3.5.2 Monitoring Daya Baseline
Monitoring daya baseline adalah suatu proses yang relatif singkat. Tujuannya adalah
untuk mendokumentasikan profil tenaga listrik pada lokasi atau daerah tertentu.
Informasi utama yang diinginkan adalah kondisi ajek dan transien yang ekstrim.
Parameter lain seperti frekuensi atau noise RFI dapat juga menjadi perhatian khusus.
Monitoring saluran dasar digunakan terutama sebelum memasang peralatan untuk
memverifikasi kesesuain spesifikasi tenaga listrik. Periode monitoring yang
direkomendasikan didefinisikan sebagai siklus kerja yang lengkap. Pada semua kasus,
data yang diperoleh adalah berupa suatu snapshot dari profil kualitas daya. Karena
adanya perubahan-perubahan kondisi, direkomendasikan untuk melakukan pengukuran
ulang. Profil hasil pengukuran yang baru harus dibandingkan dengan profil aslinya.
3.3.5.3 Monitoring Pemecahan Masalah
Menemukan suatu masalah tenaga listrik yang menunjukkan gagal fungsi (malfunction)
dari suatu beban peralatan tertentu dapat membutuhkan waktu berhari-hari bahkan
sampai berminggu-minggu. Sekali masalah ditemukan, dilaksanakan tindakan
perbaikan. Setelah diperbaiki, dilakukan monitoring untuk memastikan efektifitas
perbaikan tersebut dan untuk memverifikasi bahwa tidak ada permasalahan baru yang
ditimbulkan.
3.3.5.4 Monitoring Studi Tenaga
Tipe monitoring ini merupakan kunci penting dalam pemahaman bagaimana gambaran
keseluruhan kualitas daya berubah sebagai hasil perubahan-perubahan besar di suatu
area. Studi tenaga listrik dilakukan dalam periode waktu yang lama, biasanya beberapa
tahun, pada berbagai lokasi.
3.4 Interprestasi Hasil-Hasil Monitoring Daya
Troubleshooting dan pemecahan masalah yang berhubungan dengan tenaga listrik
mencakup sejumlah isu. Beberapa permasalahan diselesaikan dengan cara meneliti
beban secara hati-hati, yang lainnya dengan cara memverifikasi pelaksanaan
pengkabelan dan pembumian yang benar, dan yang lain juga mungkin memerlukan
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
47
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
penggunaan peralatan monitoring tenaga. Dalam pelaksanaannya tidak seorangpun
dapat menangani setiap masalah. Misalnya seorang dokter dapat menerjemahkan
suatu electrocardiogram, tetapi tidak akan pernah membuat satu rekomendasi tanpa
menganalisa/menguji catatan kesehatan pasien, gaya hidup dan makanan (diet).
Dengan cara yang sama, seseorang hendaknya tidak mendiagnosa suatu masalah
tenaga listrik hanya dengan memperhatikan satu bagian informasi.
Semua upaya untuk memperoleh informasi tidak mempunyai arti kecuali investigator
mempunyai pengetahuan dan keterampilan untuk menghasilkan suatu solusi dari data
yang tersedia. Menginterpretasikan suatu output monitor tenaga barangkali merupakan
bagian yang paling kritikal dalam proses monitoring tenaga listrik.
3.4.1 Interpretasi Ringkasan Data
Salah satu dari tahap pertama dalam menginterpretasi data dari suatu monitor daya
adalah menguji suatu ringkasan data yang diperoleh pada interval waktu tertentu.
Interval ini mungkin saja dari satu jam sampai satu bulan, tetapi secara umum paling
sedikit harus satu siklus bisnis.
3.4.1.1 Persiapan
Tipe dan detail ringkasan data harus merefleksikan tujuan dan sasaran awal. Hal ini
merupakan suatu alasan untuk mempunyai target yang jelas dan menyiapkan secara
baik monitor daya. Suatu ringkasan umumnya akan fokus pada dua hal. Pertama, data
harus ditempatkan sesuai dengan waktu kejadian sehingga memungkinkan
pengkorelasian kronologis yang cepat. Kedua, data harus digolongkan dalam kategori
gangguan dan waktu, meringkas data yang didasarkan pada gangguan-gangguan
tertentu.
3.4.1.2 Pemeriksaan
Pemeriksaan langsung tetap diperlukan untuk memperkuat hasil analisis. Semua
peralatan pencatat gangguan daya hanya merupakan perangkat (tools) yang
bergantung pada keterampilan dan pengetahuan pengguna. Tanpa memperhatikan
bagaimana kehati-hatian pengguna dalam mengeliminasi data yang salah, beberapa
data bahkan dapat terselip. Hasil analisis data harus mempunyai makna (make sense)
dalam kenyataannya. Pemeriksaan langsung akan memastikan bahwa data yang
direkam adalah layak sesuai dengan metoda konfigurasi jaringan dan sambungan
monitor.
3.4.1.3 Interprestasi
Bila ringkasan data tertentu sudah valid, maka putaran pertama dari penafsiran dapat
berlangsung. Hal ini mungkin tidak mencapai target seperti yang diinginkan, tetapi hal
tersebut akan menyediakan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan penelitian
data lebih lanjut.
48
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Batas waktu ringkasan disediakan dalam kronologis ikhtisar kejadian selama interval
monitoring. Histogram ini harus dibandingkan dengan siklus beban, log kegagalan,
spesifikasi peralatan, hasil wawancara personil, atau informasi lain yang terkumpul.
Jika permasalahannya mencakup gagal fungsi (malfunction) peralatan, dimungkinkan
mengisolasi gangguan terhadap peralatan yang sensitif. Histogram gangguan / waktu
dapat dengan cepat menunjukkan apakah terjadi gangguan, jika benar, kapan kejadian
gangguan tersebut. Pola dalam waktu atau karakteristik gangguan dapat
memperlihatkan sumber permasalahan yang tepat.
3.4.2 Ekstraksi Data Kritikal
Seringkali ringkasan tidak menyediakan suatu solusi aktual pada suatu masalah.
Ringkasan tersebut membantu menentukan data apa yang diperlukan untuk diuji lebih
detail. Data ini disebut sebagai data kritikal. Sebagai contoh, dalam ringkasan mungkin
menunjukkan bahwa tegangan sag dan peningkatan tegangan netral ke bumi
mempunyai suatu akibat langsung serta pengaruh hubungan, tetapi untuk tegangan
transien tidak terjadi. Dengan demikian, peningkatan tegangan sag dan netral ke bumi
dipertimbangkan sebagai data kritikal.
3.4.2.1 Penentuan Kejadian Kritikal dari Gangguan yang Berkali-kali
Tahap berikutnya dalam menginterpretasikan hasil memonitor adalah mengambil data
kritikal dan menggabungkannya ke dalam kejadian-kejadian. Suatu kejadian
merupakan fenomena elektromagnetik yang dihasilkan dalam satu atau lebih laporanlaporan dari monitor daya. Sebagai contoh, selama pemutusan singkat, monitor
mungkin melaporkan sebagai pemutusan atau tegangan sag fasa ke netral, satu atau
lebih tegangan transien dan satu atau dua gangguan bentuk gelombang.
Pada kenyataannya, penentuan peristiwa kritikal melibatkan pengumpulan semua
gangguan yang nampak untuk menggambarkan kejadian yang sama, kemudian
menganalisis setiap gangguan. Jika tegangan sag fasa ke netral terjadi, apakah
tegangan netral ke bumi juga meningkat yang menandakan suatu perubahan beban
pada rangkaian yang dimonitor? Jika suatu pemutusan terjadi, apakah terdapat grafikgrafik bentuk gelombang yang menunjukkan adanya pemutusan lokal atau pemutusan
dari utiliti? Satu kejadian yang berulang-ulang akan dilihat sebagai suatu kelompok
gangguan, masing-masing memberikan informasi berharga.
3.4.2.2 Pemeriksaan Kejadian Nyata
Pemeriksaan suatu kejadian nyata harus dilakukan dengan grafik dan laporan aktual
yang menggambarkan suatu gangguan pada sistem tenaga. Pemeriksaan kejadian
nyata tersebut sebagai jaminan bahwa data yang direkam adalah layak sebagai dasar
dalam metoda monitoring dan konfigurasi rangkaian. Gambar 3.3 dapat diterjemahkan
sebagai sejumlah pulsa arus yang disebabkan tegangan ekstrim. Pada kenyataannya,
tegangan output biasanya pada bagian akhir UPS seperti pada Gambar 3.4. Pada
kenyataan di lapangan bahwa secara virtual mustahil sistem beroperasi secara normal,
karena distorsi tegangan pada sisi utiliti.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
49
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Pada Gambar 3.5 ditunjukkan impuls cepat yang kemungkinannya adalah suatu
pengosongan statis. Tetapi pada pengujian terlihat bahwa impuls, pada tegangan lebih
dari 400 V, mencapai skala-penuh dan kembali ke nol dengan segera tanpa melampaui.
Itu adalah benar-benar mau tidak mau, ketika menggunakan gawai mitigasi, bahwa
sistem tenaga linier secara normal akan merespon impuls ini. Inersia listrik dalam
impedansi sistem akan secara pasti melampaui. Gangguan Impuls tersebut merupakan
hasil pemeriksaan yang nyata dan sangat memungkinkan menghasilkan kesalahan
pada instrumen.
Gambar 3.3 Grafik gangguan lokal yang sementara.
50
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 3.4 Tegangan keluaran UPS .
Gambar 3.5 Impuls dari kesalahan peralatan ukur.
3.4.3 Interprestasi Kejadian-kejadian Kritikal
Setelah peristiwa kritikal ditentukan dan diperiksa, tahap selanjutnya mulai dilakukan
interpretasi. Jika ringkasan analisis tersebut mengidentifikasi adanya kejadian tertentu
maka perlu dilakukan pengujian. Jika gangguan tidak memperlihatkan spesifikasi
tertentu, maka setiap gangguan tersebut harus diperiksa berdasarkan tingkat
kronologisnya. Perlu diketahui bahwa gangguan kemungkinan lebih dari satu grafik
atau laporan. Pada Tabel 3.3 ditunjukkan acuan untuk menginterpretasikan data
gangguan. Kondisi yang diberikan dalam tabel tersebut mengidentifikasikan teknik
analisis yang digunakan.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
51
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Tabel 3.3 Daftar acuan untuk analisis masalah.
Tipe
Gangguan
Steady-state
Problem Tipikal
Overheated neutral
Intermittent lock-ups
Frequency deviations
Interruption
Garbled data
Random increases in harmonics
levels
Intermitttent lockups
Light flicker
Garbled data
Component failure
Dielectric breakdown
Locks-ups
Garbled data
Wavy CRTs
Sag/swell
Impulses
EMI/RFI
Overheated transformers
Voltage distortion
Current distortion
Overheated motors
Garbled data
Lock-ups
Problems occur at the same time
Problems occur at regular intervals
SPS and/or automatic transfer switch
does not work
Exessive frequency shift
Harmonics
All
Discontinuities
Kemungkinan penyebab
Shared neutrals
Improper or inadequate wirring
High source impedance
SCR/Rectifiers and notching
Harmonics
Utility faults
Inrush currents
Inadequate wirring
Source voltage variations
Inrush surge currents
Inadequate wirring
Lighting
Load switching
Capacitor switching
Static discharge
Hand-held radios
Loose wirring/acrhing
Electronic loads
SCR/rectifier
Loads bandwidth of source
impedance
Timed loads
Cyclical loads
Switching to alternate sources
Non-synchronized power switching
3.4.4 Verifikasi Interprestasi Data
Bagian ini mempunyai penekanan utama dalam mengambil petunjuk-petunjuk,
menggabungkan secara bersama sampai pada suatu solusi, atau sekurang-kurangnya
sebagai suatu perkiraan yang sangat baik. Tahap akhir dalam proses interpretasi data
adalah pemeriksaan ulang solusi (perkiraan) untuk melihat jika hal itu benar-benar
merupakan suatu solusi untuk masalah. Hal ini dapat dilakukan dengan mudah melalui
pengujian dengan mengikuti sub ayat 3.4.4.1.
Verifikasi alternatif menggunakan peralatan simulasi komputer. Banyak program yang
tersedia yang digunakan oleh pengguna untuk menguji validasi solusi yang diusulkan
khususnya jika metode kesalahan atau percobaan tersebut penuh resiko atau terlalu
mahal.
52
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
3.4.4.1 Verifikasi Post-Monitoring
Bila suatu solusi telah diimplementasikan, maka post-monitoring menentukan
kesuksesan solusi. Untuk itu perlu menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut:
a. Apakah peralatan yang gagal, sudah beroperasi dengan benar sekarang?
b. Adakah suatu pengurangan atau eliminasi gangguan?
Kalau jawabannya "tidak" untuk semua pertanyaan, maka investigasi harus dilanjutkan.
Tidak berarti bahwa solusi ini adalah salah. Kadang-kadang bisa salah, tetapi seringkali,
dengan menyelesaikan suatu permasalahan membuat kondisi sistem tenaga berikutnya
kembali seperti pada kondisi baru.
3.4.4.2 Post-Monitoring untuk Interaksi Sistem
Karena sistem tenaga itu merupakan suatu sistem, perubahan satu bagian sistem
dapat berpengaruh terhadap bagian lainnya. Untuk itu sangat mungkin bahwa solusi
terhadap masalah dapat mengintrodusir masalah lain pada sistem. Sebagai contoh, jika
masalah tersebut menyebabkan mesin menghasilkan transien ke dalam saluran daya
dan mengganggu sistem pembangkit.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
53
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
BAB-4
KAJIAN RISIKO DAN DAMPAK BIAYA
Permasalahan kualitas daya yang berkaitan dengan interaksi antara jaringan distribusi
dengan sistem milik konsumen adalah suatu yang dapat dicegah. Hasil survei terhadap
konsumen besar yang mendapatkan suplai listriknya dari sisi tegangan tinggi melalui
jaringan transmisi maupun distribusi menunjukkan bahwa kualitas suplai daya listrik
tidak banyak dipermasalahkan, sementara survei terhadap konsumen yang lebih kecil
pada sisi tegangan rendah menunjukkan banyaknya keluhan mengenai kualitas suplai
daya listrik mereka. Tiga perubahan besar terhadap karakteristik beban konsumen dan
sistem distribusi tenaga listrik telah mengubah komposisi persamaan kualitas daya
yaitu:
a. Makin tingginya sensitifitas komponen dan peralatan terhadap variasi-variasi
kualitas daya.
b. Tersambungannya beban-beban sensitif pada jaringan secara luas serta berbagai
proses otomasi.
c. Makin meningkatnya jumlah beban yang menggunakan perangkat elektronika daya
pada proses konversi daya listrik.
Panduan ini dimaksudkan untuk memberi tambahan pengetahuan bagi para manajer di
sektor komersial maupun industri dengan konsep-konsep, parameter serta daftar
catatan yang menerangkan cara menerjemahkan data biaya kualitas daya dengan
menggunakan rumus-rumus sederhana untuk menghitung total biaya operasi yang
timbul karena permasalahan kualitas daya, yang mencakup berbagai tipe perusahaan.
Beberapa contoh dari sejumlah industri pilihan akan ditampilkan untuk memberikan
gambaran yang akan membantu analisis terhadap biaya keseluruhan akibat gangguan
kualitas daya.
Pada IEEE Orange Book dapat dilihat bahwa untuk pabrik yang beroperasi dengan
kapasitas 100%, bila kehilangan produksi sedikitpun akan mengakibatkan kehilangan
keuntungan dari produk yang seharusnya dihasilkan. Berbagai fixed cost maupun
variable overhead yang sudah dikeluarkan akan menjadi kerugian. Peningkatan biaya
produksi dapat berujung pada beralihnya pelanggan kepada kompetitor. Bila pabrikan
menggunakan suplai daya cadangan dan lainnya dalam penyediaan energinya, biaya
yang dikeluarkan juga harus ditimbang dalam menghitungan kerugian.
4.1 Aspek Kerugian Finansial
Permasalahan kualitas daya merupakan penyimpangan kelistrikan karena daya listrik
yang disalurkan ke peralatan menyebabkan kerusakan ataupun kejanggalan operasi
pada perangkat elektronika ataupun peralatan listrik lainnya. Gejala yang lazim timbul
antara lain berupa:
a. Terputusnya operasi atau padamnya peralatan tanpa sebab yang jelas.
b. Kerusakan atau kegagalan peralatan yang tidak menentu.
54
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
c. Kendali kinerja proses yang kacau.
d. Terhentinya alur proses produksi serta kesalahan data yang tak menentu
e. Pemanasan komponen-komponen listrik.
Permasalahan kualitas daya tidaklah sederhana karena melibatkan sambungan
penghantar, fenomena alam seperti petir, interaksi antara fasilitas peralatan listrik di
lokasi, hingga penyambungan peralatan ke jaringan distribusi maupun transmisi.
Beberapa mesin produksi di sektor industri pada umumnya didesain untuk beroperasi
dengan suplai daya listrik yang ideal dan tanpa cacat. Namun pada kenyataannya,
banyak hal yang menyebabkan gangguan sepanjang penyalurannya sebelum
mencapai peralatan pengguna listrik yang akan digunakan untuk menghasilkan produk
serta keuntungan bagi perusahaan.
Pengamatan terhadap hasil perkiraan resiko dan kerugian finansial akibat gangguan
kualitas daya, menunjuk kepada pengeluaran yang tidak sedikit setiap tahunnya. Biaya
yang terkait kualitas daya sangatlah bervariasi di kalangan pelanggan listrik. Sebagai
contoh, variasi biaya akibat pemutusan pada industri tekstil akan bergantung dari tipe
pabrik yang merupakan produsen hulu, hilir, ataupun terintegrasi, termasuk perbedaan
skala besar atau kecilnya industri.
Secara umum pada sektor industri, biaya yang timbul akibat terhentinya suatu proses
produksi sangatlah bervariasi karena sangat beragamnya kategori produk yang
dihasilkan, serta variasi kompleksitas proses produksi setiap jenis kategori tersebut.
Menentukan biaya tahunan terkait kualitas daya sangatlah rumit, dan memang pada
kenyataannya hanya mungkin untuk diperkirakan. Biaya yang disebabkan
permasalahan kualitas daya juga sangat bergantung pada jenis permasalahannya,
sistem jaringan pelayanan listrik yang ada, serta tipe, ukuran, dan karakteristik kinerja
elektromekanik dari peralatan ukur yang digunakan.
Contoh dari industri automobil, merujuk tiga hal penting terkait biaya yang merupakan
konsekuensi dari permasalahan kualitas daya bagi pabrik automobil:
a. Biaya konsumsi energi listrik bagi pabrik dengan mesin-mesin besar berkisar sekitar
Rp. 20.000.000 per jam, tapi tegangan sag selama sepersepuluh detik dapat
menyebabkan kerugian sebesar Rp. 2.000.000.000.
b. Mengaktifkan kembali jalur rakitan sebagai tindak lanjut dari peristiwa tegangan sag,
akan mencakup menghidupkan kembali kompresor dan boiler, pemrograman ulang
atau pengurutan kembali sistem kontrol, serta membersihkan jalur rakitan dari
bahan-bahan gagal produksi yang disebabkan oleh tegangan sag. Biaya
pekerjaannya berkisar pada Rp. 250.000 per jam per pekerja yang mencakup 2000
orang tenaga produksi, dengan total $500.000.000 per jam.
c. Sebuah perusahaan automobil memperkirakan rata-rata kerugian karena gangguan
sesaat mencapai Rp. 400.000.000 untuk setiap kali kejadiannya, dan mencapai
total Rp. 100.000.000.000 per tahun bagi keseluruhan pabrikan yang dimiliki
perusahaan tersebut.
Di Amerika Serikat, berbagai perkiraaan telah dibuat untuk menentukan biaya total
yang ditanggung pelanggan sebagai konsekuensi dari permasalahan kualitas daya.
Sejak tahun 1987, biaya kualitas daya untuk sektor manufaktur diperkirakan berkisar
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
55
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
antara Rp. 128 hingga Rp. 256 Trilyun per tahun. Pada tahun 1990 biaya kualitas daya
tersebut diproyeksikan mencapai Rp. 3.400 Trilyun atau lebih setiap tahunnya.
Berdasarkan pada pengamatan beberapa tahun terakhir, industri manufaktur, penjualan
peralatan ukur dan servis untuk perbaikan serta perlindungan terhadap permasalahan
kualitas daya mencapai Rp. 20 Trilyun setiap tahunnya.
Pertanyaan yang timbul adalah mengapa industri merugi hingga Rp. 120 sampai Rp.
340 Trilyun sementara pengeluaran untuk memecahkan masalah hanya Rp. 20 Trilyun
per tahun? Kemungkinannya adalah karena kebanyakan biaya akibat permasalahan
kualitas daya tidak terdefinisikan dengan jelas. Perkiraan biaya yang timbul dan terkait
langsung dengan insiden kualitas daya memang mungkin dilakukan, tetapi perkiraan
kehilangan waktu, potensial transaksi ataupun kesempatan bisnis lainnya dikarenakan
insiden yang terjadi sangatlah sulit kalaupun mungkin dilakukan. Yang jelas adalah
dampaknya terhadap ekonomi nasional sangat besar dan terus berkembang, dan yang
lebih mengkhawatirkan adalah dampak ini tidaklah mudah dikenali.
Sejumlah faktor yang berdampak paling besar terhadap kerugian terkait kualitas daya
akan dirinci pada bagian-bagian berikutnya. Bila keseluruhan biaya gangguan yang
berhubungan dengan kualitas daya telah dipahami, biaya penanggulangan variasi
kualitas daya yang dialami, beserta keuntungan dan pengembaliannya akan dapat
diperkirakan.
4.2 Parameter yang mempengaruhi biaya
Saat ini sebagian besar kajian ekonomi teknik (engineering economic) harus
menimbang kerugian yang akan terjadi bila tidak dilakukan perbaikan, keuntungan bila
dilakukan modifikasi sistem, serta biaya implementasi dari modifikasi dengan kriteria
finansial seperti internal rate of return (IRR), life cycle costs, depresiasi, pajak, dan lainlain. Pada kebanyakan kasus, pihak pengusaha tidak melakukan analisis ekonomi yang
menyeluruh, dan hanya menanggulangi masalah kualitas daya yang jelas terihat atau
sudah mencapai kondisi kritis. Hasilnya, solusi tercepat adalah yang sering dipilih,
tanpa mempertimbangkan rate of return.
Bagian penting dari kajian biaya terkait kualitas daya adalah menentukan apa yang
terkena dampak, dan di bagian mana dari operasi bisnis, biaya tersebut akan muncul.
Beberapa upaya telah dilakukan untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasi gangguan
serta biaya kualitas daya. Dalam IEEE Orange Book, disebutkan bahwa kerugian
produksi yang disebabkan oleh pemutusan tenaga listrik pada industri yang beroperasi
dengan efisiensi 100%, akan menyebabkan hilangnya keuntungan dari produk yang
seharusnya dihasilkan atau layanan yang seharusnya diberikan. Tipe gangguan
kualitas daya yang tidak terlalu jelas, transien yang tak terdeteksi, tegangan sag
dan/atau swell, serta distorsi harmonisa, biasanya dimasukkan pada golongan biaya
yang tersembunyi (hidden costs).
Hidden costs biasanya berasal dari kerusakan atau kerugian yang tidak langsung atau
jelas teridentifikasi. Dalam satu studi kasus terhadap bangunan komersial, kebanyakan
kerugian kualitas daya yang terjadi adalah tersembunyi, tetapi dapat ditelusuri sampai
56
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
ke permasalahan penghantar/pembumian dan permasalahan harmonisa yang
dihasilkan oleh suplai daya komputer dan berbagai mesin kantor lainnya. Pada studi
kasus lain terhadap industri yang melibatkan proses, biaya kerugian yang signifikan
datang dari penyebab yang dapat diidentifikasi dan juga yang tersembunyi. Kerugian
yang teridentifikasi biasanya disebabkan oleh tegangan sag dan impuls transien
(impulsive transients). Sedang penyebab kerugian yang tersembunyi sering kali dapat
ditelusuri sampai ke distorsi harmonisa yang dibangkitkan oleh electronic adjustable
speed drives (EASD) dan resultan efek magnifikasi harmonisa yang disebabkan oleh
resonansi dengan capacitor bank.
Biaya terkait kualitas daya dapat timbul pada berbagai aspek operasi di sektor industri.
Biaya tersebut meliputi pekerjaan servis jaminan, terputusnya proses manufaktur,
kehilangan peluang, kerusakan barang produksi, energi yang terbuang, hingga
berkurangnya usia peralatan. Karena banyak dari elemen biaya kualitas daya ini yang
dapat menjadi kunci dalam menentukan biaya bila akan diambil tindakan ataupun tidak
diambil tindakan, berikut beberapa contoh singkat yang dapat digunakan dalam
menentukan parameter tersebut:
a. Biaya pelayanan lapangan. Gangguan yang tidak terdeteksi yang menyebabkan
kegagalan komponen atau circuit board tanpa penyebab yang jelas, dimana biaya
perbaikan akan ditanggung oleh pihak produser alat atau pelanggan harus
menanggung biaya perbaikan, tenaga kerja, konsultan, kontraktor elektrik, dan lainlain. Biaya pelayanan lapangan harus dimasukkan sebagai satu elemen biaya
pengoperasian kembali (restart) setelah terjadinya gangguan listrik.
b. Biaya produksi. Karena sebagian dari sistem produksi terpengaruh oleh gangguan
kualitas daya, sistem secara keseluruhan kemungkinan tidak akan memenuhi
persyaratan kinerja, kualitas produk, kecepatan produksi ataupun volume produksi.
Dalam hal ini, pihak pabrikan banyak yang memutuskan untuk berinvestasi
menyediakan suatu sistem cadangan untuk menghindari pemutusan, baik untuk
gangguan yang jelas ataupun yang tidak jelas. Karena kebanyakan sistem
manufaktur terdiri atas subsistem yang terkait dan saling bergantung, maka biaya
sistem cadangan ini harus ditimbang sebagai bagian dari total biaya kualitas daya
bagi proses manufaktur. Pabrikan yang proaktif telah mempelajari keterkaitan
kualitas daya ini dan telah berinvestasi untuk menyediakan sistem cadangan yang
cukup. Hal ini akan berdampak pada penekanan biaya produksi per unit produk,
atau biaya kerusakan dan perbaikan dibandingkan pabrikan yang belum
memahaminya dan kurang berpengalaman, atau sama sekali mengabaikan sistem
cadangan yang sesuai dengan yang dibutuhkan.
c. Biaya produktivitas. Biasanya dipengaruhi oleh kedua jenis biaya tersembunyi
maupun biaya langsung atau yang teridentifikasi seperti tenaga kerja yang tidak
produktif karena terjadinya gangguan, kegiatan pembersihan, atau pemeliharaan
perbaikan dan pengaturan kembali sumber-sumber daya, yang secara efektif akan
mengurangi produktivitas dan meningkatkan biaya. Biaya produktivitas merupakan
elemen biaya yang signifikan untuk mambayar karyawan yang terpengaruh oleh
gangguan suplai listrik dan karyawan yang terlibat dalam upaya restart.
d. Kehilangan pendapatan. Gangguan langsung terhadap proses manufaktur bisa
menghentikan penjualan atau benar-benar berdampak pada aliran pendapatan, dan
menunda jadwal produksi. Kehilangan pendapatan karena terhentinya proses
umumnya merupakan biaya langsung yang dapat diamati.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
57
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
e. Berkurangnya daya saing. Permasalahan kualitas daya pada sektor manufaktur
sering kali berakibat pada ketidakpuasan konsumen dan kualitas produk yang
rendah, hingga penundaan jadwal produksi. Kekurangan ini hampir bisa dipastikan
akan mengurangi daya saing dan dapat berakibat fatal.
f. Kehilangan kesempatan. Berbagai permasalahan kualitas daya yang berdampak
pada produk yang dihasilkan, dapat juga berarti hilang atau berkurangnya penjualan,
baik untuk pemasaran produk baru pada waktu yang tepat maupun untuk
pemasaran produk musiman pada puncak musimnya.
g. Kerusakan produk. Permasalahan kualitas daya dalam proses manufaktur bisa
mengakibatkan kerusakan produk yang dihasilkan. Adakalanya, kerusakan dapat
langsung teramati dan produk yang rusak akan dibuang atau didaur ulang.
Kerusakan produk mungkin akan berakibat fatal jika kerusakannya sulit dideteksi
dan efeknya baru akan timbul setelah beberapa waktu. Kerugian produk karena
gangguan kualitas daya perlu diketahui jumlahnya untuk mengukur biaya kualitas
daya. Jumlah unit dari kerugian produk dan biaya setiap unit kerugian produk serta
perbaikannya merupakan kunci dalam menentukan total biaya gangguan suplai
daya listrik.
h. Energi terbuang. Pemutusan daya atau penghentian suatu proses manufaktur akan
menyebabkan pemborosan energi karena proses restart. Bila kerusakan produk
terjadi karena penghentian proses atau salah operasi (mis-operation) yang
disebabkan gangguan, energi yang telah digunakan sampai saat terjadinya
gangguan tersebut akan menjadi sia-sia. Jumlah energi yang terbuang serta biaya
per unit energi merupakan faktor-faktor dari total biaya gangguan daya dan
biasanya disertakan dalam biaya 'overhead' perusahaan.
i. Pengurangan usia peralatan. Gangguan yang dialami sistem, baik yang terdeteksi
maupun tidak, akan menyebabkan pengurangan usia peralatan. Fast-rise-time
transients yang berenergi tinggi dapat menyebabkan kegagalan pada circuitboard,
bahkan pada sistem yang menggunakan pelindung terhadap transien sekalipun,
atau dapat menyebabkan degradasi dengan berjalannya waktu seperti halnya
burnout yang hanya tinggal menunggu waktu. Distorsi harmonisa dan fasa tak
seimbang secara bersama akan meningkatkan tekanan yang berlebihan pada motor
serta trafo, menyebabkan pengurangan usia kerjanya, dan berakibat meningkatkan
biaya produksi. Karenanya, usia peralatan karena gangguan kualitas daya dapat
muncul sebagai biaya langsung maupun biaya yang tersembunyi. Contoh dari biaya
tersembunyi yang dapat ditambahkan ke biaya yang teridentifikasi akan diterangkan
bagian-bagian berikutnya.
4.3 Penyusunan Data Biaya Dasar Kualitas Daya
Sistem dan peralatan elektronika terkadang lebih sensitif terhadap gangguan dalam
sistem AC daripada beban-beban konvensional. Pengaruh dari gangguan daya
terhadap peralatan elektronika yang sensitif sangat bervariasi bentuknya, yang
mencakup kesalahan data, terhentinya kinerja sistem, hilangnya memori atau program,
hingga kerusakan peralatan. Pada kebanyakan kasus, sangat sulit untuk menentukan
apakah gangguan pada suatu hardware ataupun software sebenarnya disebabkan oleh
gangguan pada daya listrik yang dialirkan ke peralatan. Kenyataan kualitas daya inilah
yang meningkatkan kompleksitas dari pengumpulan data untuk perhitungan biaya
dasar.
58
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Untuk dapat menyusun biaya dasar, analisa yang mendalam terhadap sistem tenaga
listrik beserta bebannya perlu dilakukan untuk menentukan hal-hal yang memerlukan
perhatian seakurat mungkin, sebelum menentukan penyelesaian bagi permasalahan
yang ada. Melakukan koordinasi dengan pihak-pihak yang terlibat, pemilik/pengguna
peralatan, pabrikan/suplier peralatan elektronika, untuk mendiskusikan tujuan dari
penyusunan biaya dasar. Pendekatan ini memungkinkan solusi biaya yang efektif
untuk diterapkan yang tidak hanya mengoreksi permasalahan yang ada tetapi juga
meminimumkan permasalahan yang mungkin akan terjadi.
Kuncinya adalah untuk memahami serta mendefinisikan permasalahan, dan
memperkiraan pengaruh biaya sebelum menetapkan solusi bagi permasalahan.
Komunikasi yang efektif sangatlah penting untuk menentukan solusi yang akan
diusulkan dan biaya dasarnya. Berikut ini adalah daftar proses yang dilakukan untuk
pengumpulan informasi.
a. Identifikasi peralatan elektronika sensitif yang mengalami permasalahan (yakni:
jenis, lokasi, dll.). Karena kebanyakan para pengguna peralatan elektronika lebih
perduli terhadap produktivitas peralatan, mereka perlu diberikan pegertian agar
melaporkan peralatan yang tidak bekerja sebagaimana mestinya, dan
menyebabkan kerugian bagi perusahaan.
b. Dokumentasi tipe gangguan atau kegagalan peralatan (yakni: hilangnya data,
kemacetan, kerusakan komponen). Usahakan pertemuan dengan pengguna
peralatan untuk menentukan tujuan penyusunan biaya dasar yang berhubungan
dengan kerugian produksi dan peningkatan biaya produksi. Walaupun detil teknis
dari gangguan daya tidak menjadi perhatian bagi para pengguna peralatan,
masukan dari pengguna sangatlah diperlukan sebagai feedback terhadap gangguan
yang terjadi pada peralatan.
c. Tentukan saat terjadinya permasalahan (yakni: jam, hari, minggu, langkah
pengoperasian sistem). Informasi yang diperlukan untuk membantu pemecahkan
permasalahan daya listrik dan penyusunan diperoleh dengan cara membukukan
catatan yang akurat setiap kesalahan dan kerusakan yang terjadi pada peralatan.
Cara yang efektif untuk mendokumentasikan informasi semacam ini diantaranya
melalui pertemuan antara manajer bangunan dengan pihak penyedia tenaga listrik.
Dengan demikian, informasi dari lokasi mengenai gangguan yang terjadi pada
sistem distribusi dapat dihubungkan dengan kejanggalan yang terjadi di lokasi
pengguna. Sambil berdiskusi antara kedua belah pihak, saat tersebut merupakan
suatu kesempatan baik untuk lebih dalam mengamati beberapa hal seperti nilai
produksi yang hilang, dan/atau metodologi yang diterapkan oleh pengguna untuk
menentukan biaya dasar perusahaan akibat gangguan kualitas daya.
d. Tentukan gangguan yang kebetulan sering terjadi bersamaan (seperti kedipan
lampu, motor melambat). Observasi seperti ini memberikan petunjuk untuk
mengidentifikasikan kemungkinan sumber permasalahan dan dampak kualitas daya
pada biaya dasar di lapangan. Sebagai contoh, sebuah motor induksi berdaya
besar ketika dihidupkan menyebabkan arus surge, dan menghasilkan kedipan yang
terlihat pada sistem penerangan. Berdasarkan pada gejala yang terdokumentasi
seperti ini, pertanyaan dan penyelidikan yang lebih terarah dapat dilakukan untuk
menentukan solusi yang efektif dari segi biaya.
e. Selidiki kemungkinan sumber penyebab masalah di lokasi (seperti perangkat las
elektrik, air conditioner, perangkat kontrol, dan peralatan lain dengan penyearah
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
59
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
f.
sumber daya). Pendekatan ini mencakup pengumpulan petunjuk perlindungan
kualitas daya dari pabrikan peralatan atau laboratorium pengujian, dimana peralatan
digolongkan untuk menentukan imunitas terhadap voltage sag, impuls transients,
respon sistem terhadap gangguan, dan lingkupan harmonisanya. Batasan kinerja
kualitas daya setiap peralatan sangat diperlukan untuk memperoleh evaluasi
terhadap biaya dasar produksi.
Selidiki perangkat pengaman yang digunakan peralatan (seperti penahan transien
voltage surge, trafo isolasi, rangkaian filter terintegrasi, dan lain-lain). Penyusunan
biaya dasar dan pemilihan perangkat kualitas daya bervariasi dengan beragam
alasan. Salah satu faktor yang acap terabaikan adalah bahwa pelindung dan filter
internal dari peralatan itu sendiri mungkin tidak berfungsi, atau berinteraksi dengan
beban elektronika lainnya.
4.4. Perhitungan Biaya Kualitas Daya
Baik atau buruknya kualitas daya tidak akan terlepas dari biaya. Seperti telah
disebutkan sebelumnya, salah satu bagian penting dari penentuan biaya yang terkait
kualitas daya adalah menentukan apa yang sedang terkena gangguan dan di mana,
atau pada aspek operasi bisnis apa sajakah biaya ini muncul. Beberapa penelitian
jangka panjang mengungkapkan efek dari biaya tersembunyi maupun yang dapat
diidentifikasi, pada pihak penyedia tenaga listrik maupun dari pihak pelanggannya.
Biaya yang dapat diidentifikasi biasanya berhubungan dengan tegangan sag serta
kejanggalan layanan listrik sementara atau lebih lama. Biaya teridentifikasi biasa
disebut sebagai biaya langsung yang mencakup biaya jam kerja, biaya bahan terbuang,
produk yang rusak, biaya pengulangan pekerjaan, biaya pemrograman ulang atau
penggantian data yang hilang, dan biaya peralatan manufaktur yang rusak.
Sedangkan biaya tersembunyi biasa disebut sebagai biaya tak langsung. Biaya ini
merefleksikan biaya kegagalan penjualan, biaya kerusakan awal peralatan, biaya
produk di luar spesifikasi, biaya dampak pengejaran jadwal pengiriman, dan biaya
berhubungan dengan penurunan reputasi karena kegagalan pengiriman.
Beberapa persamaan telah dikembangkan untuk mengidentifikasikan perkiraan secara
kasar biaya yang terkait dengan gangguan terhadap berbagai proses, dilihat dari sudut
pandang cash-flow. Biaya teridentifikasi dan biaya tersembunyi yang akan ditentukan
haruslah mencakup hal-hal sebagai berikut:
Total Biaya Gangguan Daya (TBGD) = ( A + B + C + D ) dalam Rupiah
dimana:
A=
B=
C=
D=
upah kerja karyawan yang terlibat (Rp.)
kerugian produk yang disebabkan oleh gangguan daya (Rp.)
biaya restart (Rp.)
biaya tersembunyi (Rp.)
Nilai A , B , C dan D dapat ditentukan sebagai berikut:
A=ExFx(G+H)
60
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
B=IxJ
C=KxLx(G+H)+MxJ
D=NxO
dimana:
E = jumlah karyawan produktif yang terlibat
F = jangka waktu terjadinya gangguan (jam)
G = upah dasar per jam bagi karyawan yang terlibat (Rp.)
H = biaya overhead per jam per karyawan yang terlibat (Rp.)
I = kerugian jumlah unit produk yang disebabkan oleh gangguan
J = biaya kerugian/perbaikan per unit produk yang disebabkan oleh gangguan
K = waktu restart (jam)
L = jumlah karyawan terlibat dalam proses restart
M= jumlah unit peralatan yang rusak karena proses restart
N = jumlah elemen biaya tersembunyi
O = Rp./elemen biaya tersembunyi.
Berikut adalah tiga contoh dari ilustrasi penghitungan biaya kualitas daya yang
diusulkan:
a. Kasus 1, Pusat data komputer komersial. Uraian masalah: Pusat data menyediakan
dukungan komputer kepada 10 lokasi jarak jauh untuk semua kebutuhan komputasi
bisnis. Aplikasi meliputi penggajian dan pencatatan waktu, produksi dan kontrol
biaya, inventarisasi dan akunting umum. Dalam tahun lalu terjadi 20 peristiwa
penghentian produksi disebabkan voltage sag atau pemutusan sesaat yang
berlangsung dari 30 perioda hingga beberapa detik, dan mengganggu pekerjaan
produksi rata-rata 0.6 jam. Biasanya, transaksi-transaksi yang sedang dalam proses
akan hilang, demikian pula beberapa transaksi-transaksi sebelumnya yang belum
lama dilakukan.
Pemulihan mencakup pembuatan kembali berkas penggajian dan menentukan apa
yang perlu diproses kembali, kemudian pengiriman kembali data dari semua lokasi.
Biasanya, 10 penjualan baru tercatat setiap jam bisnis dan pendapatan bernilai
sekitar Rp. 2.500.000.
TBGD Kasus 1 = A + B + C + D
A = (100 karyawan)x(0.6 jam) x [(Rp. 150.000/jam) + (Rp. 75.000/jam)]
= Rp. 13.500.000/peristiwa
B = (200 transaksi hilang) x (Rp. 225.000/transaksi)
= Rp. 45.000.000/peristiwa
C = (0.5 jam/restart) x (100 karyawan) x (Rp. 225.000/jam)
+ (2 disk /power supply rusak) x Rp. 15.000.000/perbaikan)
= Rp. 41.250.000/peristiwa
D = (6 gagal penjualan) x (Rp. 2.500.000/penjualan hilang)
= Rp.15.000.000/peristiwa
TBGD Kasus 1 = Rp. 13.500.000 + Rp. 45.000.000 + Rp. 41.250.000
+ Rp. 15.000.000
= Rp. 114.750.000/peristiwa
Jika terjadi 20 peristiwa gangguan kualitas daya per tahunnya seperti digambarkan
di atas, pengaruh biaya kualitas daya tahunan terhadap pelanggan ini akan menjadi
20 x Rp. 114.750.000/peristiwa = Rp. 2.295.000.000/tahun.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
61
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
b. Kasus 2, Pabrikan mobil industri. Uraian masalah: Pabrikan mobil ini mengalami
tidak berfungsinya adjustable speed drives (ASDs) dan sistem robotik tanpa alasan
yang jelas. Hal ini menyebabkan beberapa kerusakan elektronik, tetapi masalah
yang sebenarnya adalah downtime. Downtime yang terjadi berkisar sekitar 30 menit,
dan nilai finansialnya terus meningkat karena kerugian waktu, produksi dan bahan
baku. Permasalahan yang lebih spesifik terjadi pada bengkel pengecatan, dimana
terjadi penghentian robot-robot yang sedang mengecat mobil. Selain kerugian
karena 50 mobil gagal cat, terdapat biaya tersembunyi yang signifikan karena
pengampelasan ulang 50 mobil tambahan (Rp. 350.000 per mobil), kerugian cat (Rp.
250.000 per mobil), dan pengecatan kembali mobil-mobil yang akan mempunyai
lapisan cat di luar spesifikasinya (RP. 750.000 per mobil). Lebih jauh lagi, karena
pabrik mobil ini berjalan dengan kapasitas penuh, 50 mobil gagal terjual (Rp.
5.000.000 setiap mobil) meningkatkan total biaya tersembunyi per mobil menjadi Rp.
6.350.000. Permasalahannya nampak tak beraturan, dan penyebabnya adalah
transien yang berkaitan dengan capasitor switching pada pihak penyedia tenaga
listrik. Pihak penyedia tenaga listrik telah menonaktifkan kontrol otomatisnya dan
saat ini mengkoordiniasikan pengoperasian kapasitor secara manual dengan pihak
pabrikan. Hal ini tidak dapat diterima sebagai sebuah solusi permanen, karena
kapasitor tidak dapat digunakan untuk mengendalikan tegangan pada pihak
penyedia jika dibutuhkan.
TBGD Kasus 2 = A + B + C + D
A = (1,000 karyawan) x (0.5 jam) x [(Rp. 170.000/jam)
+ (Rp. 90.000/jam)]
= Rp. 130.000.000/peristiwa
B = (50 mobil gagal cat) x (Rp. 750.000/mobil)
= Rp. 37.500.000/peristiwa
C = (0.5 jam/restart) x (50 karyawan) x (Rp. 260.000/jam)
+ (4 ASDs /pengontrol rusak) x (Rp. 5000.000/perbaikan)
= Rp. 26.500.000/peristiwa
D = (50 mobil ampelas & cat ulang) x (Rp. 1.350.000/cat ulang)
+ (50 mobil gagal terjual) x (Rp. 5.000.000/penjualan hilang)
= Rp. 67.500.000 + Rp. 250.000.000 = Rp. 317.500.000/peristiwa
TBGD Kasus 2 = Rp. 130.000.000 + Rp. 37.500.000 + Rp. 26.500.000
+ Rp. 317.500.000 = Rp. 511.500.000/peristiwa
c. Kasus 3, Pabrik pemrosesan industri. Uraian masalah: Industri ini (plastik, bahankimia, tekstil, dan lain-lain) mengalami matinya kontaktor motor karena gangguan
pada sistem distribusi di area luas. Mereka terkena gangguan ini sekitar 10 sampai
20 kali per tahun dan berkisar dari beberapa siklus gelombang hingga 10 detik.
Kerugian biaya pada setiap peristiwa gangguan meliputi sekitar satu jam kehilangan
produksi karena berhenti bekerjanya 350 karyawan, terbuangnya bahan baku, dan
biaya restart setiap kali terjadi gangguan. Kontaktor motor yang digunakan
berjumlah 175 buah mulai dari 1 horsepower hingga 250 horsepower. Bila tegangan
layanan listrik turun hingga 88% dari nominalnya, kegagalan operasi terjadi hingga
pada 30 buah kontaktor. Keseluruhan dari sistem-sistem yang digerakkan oleh
motor harus beroperasi bersama-sama untuk menghasilkan produk dari pabrik ini.
Kegagalan peralatan penopang proses akan sangat mempengaruhi sistem
pengontrol temperatur bahan plastik pada setiap gangguan. Hal ini mengakibatkan
20 reel produk plastik yang tidak sesuai dengan spesifikasinya dan juga diperlukan
proses pembersihan dengan bahan kimia secara ekstensif.
62
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Biaya tersembunyi pada setiap kali gangguan diperkirakan bernilai Rp. 725 per reel.
TBGD Kasus 3 = A + B + C + D
A = (350 karyawan) x (1 jam) x [(Rp. 120.000/jam) + (Rp. 40.000/jam)]
= Rp. 56.000.000/peristiwa
B = (125 lembar plastik reel) x (Rp. 1.750.000/reel)
= Rp. 218.750.000/peristiwa
C = (1 jam/restart) x (10 karyawan) x (Rp. 160.000/jam)
+ (2 pemberi kontak rusak & 1 motor rusak) x
(Rp. 7.500.000/perbaikan)
= Rp. 38.500.000/peristiwa
D = (20 out-of-spec menyebut) x (Rp. 7.250.000/reel)
= Rp. 145.000.000/peristiwa
TBGD Kasus 3 = Rp. 56.000.000 + Rp. 218.750.000 + Rp. 38.500.000
+ Rp. 145.000.000
= Rp. 458.250.000/peristiwa
Pada kondisi tertentu, untuk analisis biaya kualitas daya yang sederhana mungkin
hanya meliputi TBGD serta unsur-unsur A, B, dan C; tetapi analisis biaya kualitas daya
yang lebih lengkap perlu mengikutsertakan D, biaya tersembunyi. Biaya tersembunyi
kualitas daya tidak selalu berhubungan dengan gangguan pemutusan layanan listrik
atau gangguan yang langsung terlihat jelas, tetapi peningkatan biaya dapat juga
disebabkan salah satu hal berikut:
a. Meningkatnya kerugian peralatan.
b. Berkurangnya kualitas produk.
c. Meningkatnya biaya pemeliharaan.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
63
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
BAB-5
SOLUSI MASALAH KUALITAS DAYA
5.1
5.1.1
Solusi Voltage Sag
Solusi Sirkit Kontrol
5.1.1.1 Ferroresonant Transformer
Kebanyakan permasalahan voltage sag dalam system tenaga listrik dapat diatasi
dengan ferroresonant transformers atau biasa disebut constant-voltage transformers
(CVTs). CVT cocok diterapkan pada beban tegangan rendah. Tidak seperti pada
transformator konvensional, inti transformer boleh menjadi jenuh (saturated) dengan
fluks maknetis, untuk menjaga agar tegangan keluaran tetap konstan selama terjadi
variasi tegangan masukan seperti kurang tegangan, tegangan lebih dan distorsi
harmonisa.
CVT pada umumnya merupakan transformator satu fasa dengan rasio 1:1. Untuk
mendapatkan hasil yang terbaik, CVT harus didesain sedikitnya dua kali arus beban.
Gambar 5.1 memperlihakan contoh tipikal keluaran dari ferroresonant transformer
terhadap beban.
Gambar 5.1 Pengaturan tegangan keluaran dengan CVT 1000 VA.
Pertimbangan yang lain dalam menentukan ukuran sebuah CVT adalah karakteristik
pembebanan itu. Pemilihan kapasitas CVT harus pada beban maksimum. Apabila trafo
dibebani berlebihan, maka tegangan akan turun hingga mendekati nol pada kira-kira
150% dari bebannya. Oleh karena itu, jika profil beban termasuk arus inrush atau arus
starting motor, maka transfomator harus didesain untuk beban transien bukan hanya
beban steady. Harus juga diperhatikan bahwa CVT ini tidak menyimpan energi. Oleh
64
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
karena itu, CVT ini hanya menyelesaikan masalah voltage sag, bukan interupsi.
Gambar 5.2 berikut ini memperlihatkan respon CVT untuk tegangan interupsi dan
tegangan sag.
Gambar 5.2 Respon keluaran CVT untuk variasi tegangan masukan.
Harga peralatan CVT relative lebih rendah bila dibandingkan dengan peralatan
perbaikan power kualitas lainnya. Keuntungan lain dari CVT ini adalah tidak banyak
memerlukan pemeliharaan karena tidak ada komponen yang bergerak dan tidak
menggunakan baterei yang biasanya perlu pemeliharaan. Perkiraan harga CVT adalah
$ 1000 per kVA.
5.1.1.2. Uninterruptible Power Supply
Untuk melayani beban-beban kritis yang tidak boleh terjadi pemutusan di industri
dipergunakan UPS. UPS bukan hanya diperuntukkan melayani beban-beban yang
sangat penting (kritis) saja, tetapi juga mengisolir beban-beban tersebut dari gangguan
listrik seperti swell, sag, impuls dan variasi tegangan yang mungkin saja terjadi.
Kualitas daya listrik yang dihasilkan oleh PT. PLN (Persero) tidak dapat dijamin bebas
dari gangguan listrik seperti pemutusan sesaat, impuls, surges, sags, drop tegangan
atau kelebihan tegangan dari batas yang seharusnya. Adanya gangguan ini biasanya
timbul karena adanya pemutusan daya dari rangkaian secara tiba-tiba, starting motormotor besar, pengecoran logam, pengelasan dan masuknya beban besar secara tibatiba. Daya listrik yang buruk ini tidak baik bagi peralatan-peralatan yang sangat sensitif
terhadap kualitas daya, seperti peralatan instrumen, data processing, control room,
ruang gawat darurat, peralatan komunikasi dan lain sebagainya yang biasa digunakan
di industri.
Drop tegangan, pemutusan sesaat dan berbagai macam gangguan listrik lainnya
jangan sampai terjadi pada saluran ke beban kritis, Oleh karena itu diperlukan UPS
sebagai solusinya. Susunan dan konfigurasi dari UPS yang digunakan pada industri
dan bangunan komersial sangat tergantung pada keandalan sistem yang dinginkan.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
65
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Berikut ini akan dibahas lebih jauh tentang bagian-bagian penting dari UPS dan
konfigurasinya.
5.1.1.2.1 Konfingurasi Tunggal
Konfigurasi tunggal merupakan salah konfigurasi yang banyak digunakan karena
bentuknya sederhana dan tidak terlalu banyak komponen yang digunakan, seperti
terlihat pada Gambar 5.3.
AC
Input
Battery
Charger
Inverter
Static
Switch
Manual
Bypass
Switch
Alternative
Source
Gambar 5.3 Penggunaan UPS konfigurasi tunggal.
Prinsip kerja dari sistem ini dapat dijelaskan bahwa daya AC masuk yang disearahkan
oleh rectifier/battery charger. Pengaturan daya DC didasarkan pada keperluan
pengisian battery dan keperluan daya yang masuk ke inverter. Inverter ini berfungsi
mengubah arus searah menjadi arus bolak balik yang dibutuhkan oleh beban yang
melewati static switch. Pada kondisi normal, langsung menyuplai beban yang melewati
manual switch. Tapi bila terjadi gangguan pada inverter, maka secara otomatis statis
switch merubah posisinya ke sumber alternatif. Namun untuk tujuan pemeliharaan,
posisi manual switch harus diubah agar suplai daya ke beban dapat diperoleh dari
sumber alternatif.
Apabila sumber utama mengalami gangguan, maka secara otomatis kebutuhan daya
disuplai dari bank battery yang melewati inverter, terus ke static switch hingga melewati
manual switch.
Secara singkat berikut ini akan dijelaskan masing-masing komponen seperti static
switch, manual switch, rectifier/battery charger dan inverter.
Static Switch
Fungsi utama dari pada static switch pada UPS adalah untuk memindahkan secara
otomatis keluaran daya dari inverter ke sumber alternatif bila terjadi kelebihan beban
(overload) pada UPS. Pada static switch ini dilengkapi pula rangkaian over current
transfer circuit (rangkaian pemindah arus lebih).
Rangkaian ini dilengkapi overcurrent transfer untuk memindahkan aliran ke sumber
alternatif bila terjadi pembebanan melebihi dari kapasitas inverter. Namun pada
operasi normal daya tetap tersuplai dari inverter. Pemindahan ke sumber alternatif
terjadi apabila telah terbebani sekitar 110% hingga 125%, dan secara otomatis kembali
ke posisi semula bila beban telah normal.
66
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Static switch dilengkapi pula pemindah otomatis (automatic transfer) dari keluaran
inverter ke sumber alternatif bila ada gangguan pada inverter. Waktu pemindahan dari
static switch perlu diperhatikan pada saat pemilihan UPS. Static switch harus memiliki
waktu transfer
maksimum sekitar 4 millidetik untuk beban-beban kritis. Dan
kebanyakan static switch yang ada pada UPS didesain seperti itu.
Manual Switch
Manual bypass switch bertujuan untuk membypass keluaran dari static switch dan
menghubungkan langsung ke sumber alternatif bila diadakan pemeliharaan/perbaikan.
Manual switch tidak dapat digunakan sebagai saklar pemutus dari static switch ke
sumber alternatif. Oleh karena itu diperlukan CB yang dipasang secara seri dengan
sumber alternatif untuk memutuskan daya dari static switch.
Rectifier/Battery Charger
Rectifier berfungsi merubah arus bolak balik menjadi arus searah sebelum masuk ke
battery charger. Sebelum rectifier biasanya dilengkapi tranformator mengisolir battery
dan inverter dari gangguan sistem. Keluaran dari battery charger harus dapat diatur dan
dilengkapi pembatas arus agar tidak melebihi dari batasan arus yang diizinkan.
Pembatas arus ini bertujuan untuk mengamankan bank battery dan inverter. Battery
charger didesain agar mampu untuk melayani beban ke inverer dan juga untuk
pengisian pada bank battery. Pengatur tegangan keluaran juga sangat penting agar
sesuai dengan tegangan kerja battery untuk meminimalkan pemeliharaan dan
memperpanjang umur dari peralatan tersebut.
Inverter
Ada tiga fungsi utama inverter pada UPS yaitu :
1. Mengubah arus searah menjadi arus bolak balik dengan kandungan harmonisa
(THD) kurang dari 5% atau lebih kecil.
2. Mengatur besar tegangan keluaran agar sesuai dengan tegangan kerja dari beban.
Biasanya berkisar ± 2% dari tegangan normal.
5.1.1.2.2 Konfigurasi Tunggal dengan Penyearah
Konfigurasi dari jenis ini berbeda dengan yang pertama di atas. Perbedaanya terletak
pada adanya rectifier yang dipasang secara tersendiri. Recitifier di sini hanya berfungsi
untuk melayani kebutuhan daya yang masuk ke inverter dan bukan untuk pengisian
battery. Sebuah dioda atau tyristor dipasang untuk mem-blocking atau mengisolir
rectifier dari battery. Sebuah battery charger dipasang untuk melayani beban DC
secara langsung dan juga untuk mengisi bank battery. Konfigurasi UPS jenis ini dapat
dilihat pada Gambar 5.4.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
67
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
AC
Input
Static
Switch
Rectifier
Manual
Bypass
Switch
Blocking
Dioda
Battery
Charger
Alternative
Source
Gambar 5.4 Penggunaan UPS konfigurasi tunggal dengan penyearah.
Walaupun demikian kedua sistem ini masih memiliki kekurangan. Apabila terjadi
kerusakan pada inverternya, maka suplai daya dari rectifier dan battery ke beban AC
tidak dapat dilakukan.
5.1.1.2.3 UPS yang Bekerja Paralel
Konfigurasi rangkaian UPS jenis ini dapat menutupi kekurangan dari jenis pertama dan
kedua. Sistemnya adalah dua buah UPS dipasang secara paralel untuk melayani satu
beban kritis. Tingkat keandalannya adalah dua kali lebih baik dari pada tipe yang
pertama. Sistem konfigurasinya dapat dilihat pada Gambar 5.5.
Battery
Charger
A
Inverter
A
Static
Interrupter
A
Static
Switch
AC
Input
Battery
Charger
B
Inverter
B
Manual
Bypass
Switch
Static
Interrupter
B
Alternative
Source
Gambar 5.5 Konfigurasi UPS kerja paralel.
Setiap inverter didesain untuk mampu melayani beban pada kondisi normal. Pada
waktu operasi normal kedua inverter tersebut dibuat interlock antara satu dengan
lainnya, agar tidak bekerja secara paralel. Namun bila ada salah satu inverter
mengalami kegagalan maka secara otomatis beban dilayani oleh inverter lainnya. Static
inverter dipasang untuk mengamankan inverter dari gangguan yang mungkin terjadi
pada beban. Static switch berfungsi disamping untuk memindahkan beban dari inverter
68
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
satu dengan yang lainnya, juga untuk mengamankan inverter dari gangguan di beban
atau terjadi inrush pada beban yang melebihi dari kapasitas inverter.
Konfigurasi dari sistem UPS yang digunakan di industri sangat tergantung dari tingkat
keandalan sistem yang diinginkan. Untuk beban-beban penting namun tidak terlalu
kriris, konfigurasi pertama adalah pilihan yang sudah memadai. Namun untuk bebanbeban yang sangat kritis yang tidak boleh sama sekali ada pemutusan daya, maka
biasanya digunakan konfigurasi terakhir, walaupun agak sedikit mahal dibanding
dengan yang lainnya.
5.1.1.3 Dip-Proof Inverters
Dip-Proof Inverter (DPI) adalah suatu alat baru yang cara kerjanya secara terus
menerus mengkoreksi tegangan AC yang datang untuk mengisi bus kapasitor DC. Saat
terdeteksi adanya tegangan sag yang nilainya dibawah nilai yang sudah disetel, maka
daya yang datang akan diputus dan DPI akan menghasilkan output gelombang persegi
pada beban selama sekitar 1 sampai 3 detik. Waktu lama beban yang dapat disuplai
dihitung berdasarkan pada daya sesungguhnya dengan energi yang tersimpan di dalam
suatu bagian DPI (Gambar 5.6).
Karena DPI tidak mempunyai battery maka peralatan ini adalah alat yang rendah biaya
pemeliharaannya. Rata-rata umur dari kapasitor adalah 12 tahun. DPI ini juga ringkas
dan ringan jika dibandingkan dengan CVT ataupun UPS.
Gambar 5.6 Dip Proof Inverter.
5.1.2
Solusi Untuk Adjustable-Speed Drives
Pemprograman ulang respon sebuah Adjustable Speed Drive (ASD) terhadap voltage
sag bisa dilakukan bila deviasi kecepatan dan torsi pada motor tidak akan mengganggu
proses yang menggunakan ASD. Jika pelaksanaannya tidak mensyaratkan operator
untuk mengulang proses dari awal, ASD dapat diprogram kembali dengan menyertakan
time-delay restart non-synchronous. Saat kecepatan motor turun hingga mencapai nol,
fungsi ini akan merestart kembali motor sesuai dengan waktu delay yang telah
ditentukan.
Fitur pemrograman ulang yang lain adalah operasi non-synchronous dengan flying
restart. Ketika DC bus turun mencapai titik undervoltage trip, speed drive akan
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
69
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
mengehentikan penyalaan Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) milik inverter.
Dengan demikian, speed drive akan kehilangan kontrol terhadap motor dan beban.
Motor dan beban akan masih bergerak dengan momentumnya selama tegangan DC
bus tetap berada pada titik undervoltage trip. Torsi motor akan turun mencapai titik nol,
dan kecepatannya akan berkurang. Saat tegangan DC bus meningkat ke atas titik trip,
speed drive akan melakukan flying restart untuk menentukan kecepatan motor dan
mempercepat sistem kembali ke titik operasional semula. Perubahan kecepatan
ditentukan oleh lama terjadinya tegangan sag, inersia sistem dan beban torsi. Prosesproses yang tidak rentan terhadap perubahan kecepatan dan torsi yang signifikan,
sangat baik digunakan untuk operasi non-synchronous dengan flying restart.
Algoritma flying restart tidak selalu sama antara pabrikan alat kendali yang berbeda.
Pabrikan yang satu bisa saja memiliki algoritma yang lebih akurat dibanding yang lain.
Dengan demikian, suatu proses mungkin dapat saja merasakan perubahan torsi dan
kecepatan yang berbeda antara alat-alat kendali dengan algoritma flying restart dari
pabrikan yang berbeda. Flying restart sering kali menghasilkan transien arus dan torsi
yang signifikan pada motor. Oleh karena itu, seorang ahli proses harus berkonsultasi
dengan pabrikan speed drive dan mesin proses sebelum menggunakan flying restart.
Pilihan pemprograman yang lain adalah menurunkan titik undervoltege trip dari DC bus.
Beberapa proses menghendaki pengaturan kecepatan dan torsi yang presisi. Karena
torsi dan kecepatan bervariasi saat DC bus mencapai titik undervoltage trip, beberapa
pabrikan speed drive menawarkan revisi software untuk aplikasi drive yang sudah
terpasang dengan memberikan akses kepada pengguna AC drive untuk menurunkan
titik undervoltage trip dari DC bus. Dengan menurunkan titik trip, drive dan proses dapat
tetap berjalan melewati voltage sag yang lebih lama dan lebih dalam tanpa terhentinya
produksi. Sering kali, revisi software bukan bagian dari paket pembelian software
kontrol drive dan harus dimintakan dari pabrikan. Kekurangan dari pendekatan ini
adalah rectifier dan fuse akan mungkin rusak karena inrush current yang tinggi serta
kondisi overcurrent. Arus akan meningkat dengan penurunan titik undervoltage trip dari
DC bus. Kondisi ini perlu dipertimbangkan ketika menurunkan titik undervoltage trip.
5.1.3
Solusi untuk Aplikasi Skala Besar
5.1.3.1 Written Pole Motor Generator Skala Besar
Written-pole motor generator dapat dikendalikan agar terus-menerus memvariasikan
pola magnetik kutub medan magnet rotor "permanen" sementara mesin sedang
beroperasi. Fitur unik ini memungkinkan mesin dirancang untuk dapat melindungi
berbagai beban kritis akibat kualitas daya yang buruk. Diterapkan dalam satu set motorgenerator, written pole memungkinkan generator untuk menghasilkan keluaran
frekuensi konstan dengan gelombang sinus kualitas tinggi pada kecepatan yang
bervariasi. Motor memanfaatkan written pole untuk pengoperasian secara efisien
energy inersia rotornya yang tinggi sebagai perangkat penyimpan energi roda gila. Set
motor generator meningkatkan kualitas daya dengan melakukan isolasi langsung
berkelanjutan antara sistem distribusi listrik dan beban dan pada saat padam 15 detik
atau lebih dapat memasok beban penuh pada frekuensi nyata dan tegangan yang
diatur. Energy putaran yang melekat termanfaatkan, sehingga menghilangkan
70
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
kebutuhan untuk baterai. Kualitas daya listrik juga ditingkatkan untuk sistem distribusi
listrik karena generator dapat menerima beban harmonis yang berat dan beban pulse
dan mencegah umpan balik harmonis. Motor merupakan gelombang sinus yang bersih,
kesatuan faktor beban daya dan telah menambah keuntungan efisiensi tinggi dan
lonjakan arus sangat rendah saat melakukan start. Beban konvensional seperti pompa
dan kipas dapat dijalankan dengan written pole motor. Ini akan memberikan
keuntungan sebagai beban pengganti selama gangguan listrik sesaat dan untuk
kemampuan restart seketika. Selain itu, arus start yang rendah secara signifikan akan
mengurangi sags tegangan pada jalur distribusi, meningkatkan kualitas daya untuk
beban tetangga.
5.1.3.2 Penyimpan Energi Magnet Superconducting / Superconducting Magnetic
Energy Storage (SMES)
Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) terdiri dari kumparan
superkonduktor yang membawa arus dengan ukuran megawatt dengan tahanan listrik
nol. Sebuah konverter elektronika daya digunakan untuk mengalihkan arus ke kapasitor
jika energi akan diserap dari SMES. Unit SMES dirancang untuk melindungi seluruh
fasilitas industri. Unit-unit SMES dirancang untuk dapat menyediakan dari 300 kW
hingga beberapa megawatt dlm waktu beberapa detik saja.
Energi yang tersimpan dapat dilepaskan kembali ke jaringan dengan menggunakan koil.
Sistem power conditioner menggunakan inverter / rectifier untuk mengubah daya
alternating current (AC) menjadi direct current (DC) atau mengubah DC kembali ke
listrik AC. Inverter / rectifier menyebabkan kehilangan energi sekitar 2-3% pada setiap
arah (AC ke DC atau DC ke AC). SMES paling sedikit kehilangan listrik dalam proses
penyimpanan energi dibandingkan dengan metode penyimpanan energi lainnya. Sistem
SMES sangat efisien; efisiensi penkonversian AC ke DC dan DC ke AC lebih besar dari
95%.
Ada beberapa alasan untuk lebih menggunakan superkonduktor penyimpan energi
magnetik dibandingkan dengan metode penyimpanan energi lainnya. Keuntungan yang
paling penting dari SMES adalah waktu tunda selama charge dan discharge yang
cukup singkat. Daya hampir seketika tersedia dan output daya yang sangat tinggi dapat
diberikan untuk jangka waktu singkat. Metode penyimpanan energi lain, seperti hydro
pump-storage atau pengkompresian udara memiliki banyak waktu tunda yang terkait
dengan konversi energi dari energi mekanik disimpan kembali ke listrik. Keuntungan
lainnya adalah kehilangan daya yang lebih sedikit dibandingkan dengan metode
penyimpanan lain karena dalam membalik arus listrik hampir tidak ada tahanan.
5.2
Solusi terhadap Transien dalam Sistem Tenaga Listrik
5.2.1
Solusi untuk Capacitor-Switching Transients
5.2.1.1 Adjustable-Speed Drives
Penggunaan reaktor pada masukan ASD atau disambungkan ke DC link merupakan
cara yang paling efektif untuk meminimalkan efek dari transien pensaklaran kapasitor
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
71
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
terhadap ASD. Pada awal kemunculan drive, komponen magnetik seperti reaktor frontend dan / atau reaktor DC-link yang standar ada pada ASD. Tetapi dengan kemajuan
perangkat semikonduktor (dengan pertimbangan pemangkasan biaya produksi), para
produsen telah memutuskan untuk tidak menggunakan reaktor terutama untuk drive
yang lebih kecil dari 50 HP. Namun, reaktor dijadikan sebagai komponen pilihan, yang
pemasangannya akan ditentukan oleh pilihan pengguna.
Reaktor memiliki dua fungsi utama yang membantu meminimalkan pengaruh transien
dari kapasitor-switching. Pertama, impedansi reaktor, yang dinyatakan sebagai
persentase dari nilai dasar drive, menetapkan jatuh tegangan yang mengurangi
tegangan bus DC, dengan demikian diperlukan penetapan batasan yang lebih besar
untuk gangguan tegangan lebih. Kedua, reaktor membatasi besar dan laju lonjakan
arus pengisian kapasitor. Ukuran reaktor yang diperlukan adalah fungsi dari besaran
transien, impedansi sumber, dan titik gangguan drive. Biasanya sebuah reaktor 3 %
akan mencukupi. Perlu dicatat, bahwa drive yang menggunakan front-end dengan SCR
seperti DC drive dan drive sumber arus, biasanya sudah memiliki trafo isolasi terpasang.
Dalam hal tersebut, penambahan sebuah reaktor tambahan secara signifikan akan
mengurangi terjadinya arus hubung singkat dan akan memperbesar pembentukan
notching oleh drive tersebut di sisi beban reaktor. Dalam beberapa kasus, di mana
transien kapasitor-switching mungkin meningkat karena lokal resonansi dengan
kapasitor tegangan rendah, puncak tegangan overvoltage bisa lebih tinggi dari 2 p.u.
Untuk kasus seperti itu, akan dibutuhkan sebuah reaktor 5%.
Pengaruh transien kapasitor-switching juga dapat dikurangi dengan memodifikasi dari
dalam drive. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memberikan sebuah
rancangan solusi untuk menetapkan delay waktu dalam perintah trip bagi drive untuk
overvoltage sesaat. Jelas, tidak ada peralatan yang dapat berfungsi jika kenaikan
tegangan steady-state mencapai 800V. Namun, untuk transien sesaat seperti transien
kapasitor-switching, durasi tegangan puncak terjadi dalam waktu beberapa milidetik.
Jika komponen-komponen internal dalam drive mampu menahan tegangan lebih dalam
waktu singkat, maka pemrograman penundaan waktu akan menghilangkan sebagian
besar masalah gangguan pemutusan drive karena transien kapasitor-switching. Paling
tidak, produsen harus memberikan informasi tentang sensitivitas pemutusan karena
overvoltage dari transien sehingga pengguna atau system integrator dapat mengambil
langkah yang tepat sebelum menginstal drive untuk menjalankan proses yang bersifat
kritikal.
5.2.1.2 Utility-Side Solutions
Ada beberapa pilihan yang tersedia di sisi suplai untuk meminimalkan transien
overvoltage yang dihasilkan dari switching kapasitor. Permasalahan dengan semua
pilihan yang ada, adalah bahwa biaya instalasi yang berkisar antara $ 20.000 sampai $
100.000, bergantung pada besar tegangan dan ukuran capasitor bank. Kecuali bila
pelanggan yang terlibat bersedia untuk berbagi biaya ekstra dalam menerapkan solusi
ini, tidak semua pelanggan merasa perlu memilih pilihan ini. Beberapa solusi dari sisi
suplai yang memungkinkan adalah:
72
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
5.3
Penambahan bank kapasitor switching yang bertahap dengan memasang pemutus
untuk masing-masing tahapan.
Pemasangan reaktor penghantar atau resistor siap koneksi secara seri dengan
kapasitor bank.
Pemasangan perangkat close-switching sinkron pada kapasitor bank.
Solusi Surge
Voltage surge pada utility yang disebabkan oleh petir atau switching dapat dimitigasi
oleh surge suppression device. Surge suppression device melindungi peralatan dengan
mengalihkan energi ke bumi ketika tegangan melebihi tegangan break down (dadal) .
Sebagai contoh, penangkal petir dapat ditempatkan pada ketinggian tertentu di gardu
distribusi. Spark-gap device biasanya berperilaku sebagai isolator, akan membentuk
busur lebih besar secara internal dan menjadi hubung singkat pada saat tegangan
breakdown atau diatasnya. Kemudian, arus yang melewatinya turun sampai nol,
biasanya pada AC zero crossing berikutnya.
Karena tidak semua surges dihasilkan di sisi utilitas pabrik, disarankan untuk
memberikan perlindungan tambahan pada sistem distribusi tenaga listrik. Clamping
element yang digunakan berupa Metal-Oxyde Varistor (MOV). Resistansi pada MOV
turun sepanjang tegangannya naik
Ketika mengalami voltage surge besar resistansi drop sehingga energinya dialihkan
dari beban ke netral atau bumi. Transient Voltage Surge Suppressor dapat digunakan
sebagai beban plug-in , aplikasi hard-wired pada rangkaian cabang dan unit panel
board. Untuk perlindungan yang maksimal, Hal ini diaplikasikan sebagai system
proteksi berlapis. Metode ini memerlukan peralatan dengan kapasitas arus besar dan
moderate clamping level untuk aplikasi diterapkan di titik awal untuk mengalihkan
sebagian besar arus. Alat dengan kapasitas arus medium dan Medium clamping level
diaplikasikan di panel board sedangkan alat dengan kapasitas arus rendah dan low
clamping level diaplikasikan pada rangkaian cabang.
Untuk mencapai kinerja maksimumnya, sebuah TVSS harus diinstal dengan
penghantar yang pendek dan koneksi pembumian yang sangat baik. Untuk data
komunikasi sebagai alat pelindung adalah Surge Reference Equalizer yang mana
mereferensikan pentanahan dari data line ke pentanahan line listrik untuk mencegah
ground offset voltages.
5.4
Solusi Masalah Harmonisa
Pengaruh arus harmonisa pada fasilitas perangkat listrik dapat dikurangi dengan
beberapa cara. Salah satu metode adalah dengan menambahkan filter harmonisa
untuk mengalihkan arus harmonisa dari peralatan yang ada. Metode kedua adalah
dengan menambah reaktor atau transformator isolasi pada feeders yang terhubung ke
beban yang menghasilkan harmonisa. Metode ketiga adalah dengan mengisolasi
beban harmonisa dari peralatan yang sensitif lainnya sehingga tingkat harmonisa pada
beban sensitif tersebut menjadi lebih rendah yang disebabkan adanya impedansi
sistem antara sumber harmonisa dan beban sensitif.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
73
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Filter arus-harmonisa mencegah arus harmonisa disebabkan oleh beban non-sinusoidal
masuk kembali ke jaringan listrik.. Filter dapat diterapkan juga pada gardu untuk
mencegah arus harmonisa, atau filter tersebut diinstal paralel dengan beban individu
untuk melindungi pengaruh sistem pendistribusian pembangkit listrik. Filter harmonisa
juga memberikan manfaat untuk meningkatkan power factor
karena adanya
kapasitansi didalam filter.
Beberapa aplikasi yang membutuhkan Filter arus-harmonisa :
- Adjustable speed drives (ASD).
- Mesin las p
- Pengisi battery.
- Komputer.
- Consumer electronics
Isolation transformer dan line reactor juga dapat digunakan untuk mengurangi efek
harmonisa pada sistem distribusi tenaga listrik. Aplikasi paling umum dari line reaktor
adalah dengan ASD. Seperti disebutkan sebelumnya, line reactor akan menurunkan
kemungkinan ASD mengalami kegagalan pada kondisi overvoltage saat terpengaruhi
capacitor-switching transient. Selain manfaat ini, reaktansi perangkat ini akan meredam
harmonisa yang dihasilkan oleh ASD.
Isolation Transformer memberikan reaktansi untuk meredam harmonisa dengan cara
yang sama dengan line reactor. Sebagai tambahan reaktansi terhadap sirkuit,
kebanyakan isolation transformer akan mengeliminasi harmonisa ketiga. Isolation
transformer biasanya terdapat sebuah delta winding. Salah satu karakteristik trafo
dengan delta winding adalah bahwa arus zero-sequence tidak dapat melewati winding.
Arus zero-sequence mengandung arus pentanahan maupun arus harmonisa ketiga,
sehingga penerapan perangkat ini mengisolasi feeder dari harmonisa ketiga dan
kesalahan pentanahan yang dihasilkan saat pembebanan.
5.5
Solusi Isu tentang Motor
5.5.1
Unbalance Voltage
Tegangan tak seimbang artinya tegangan yang tersedia di ketiga fasanya tidak sama,
ini dapat terjadi di sistem distribusi dimana saja. Ini dapat menimbulkan problem serius
pada motor dan peralatan-peralatan listrik dengan sistem induksi tiga fasa. Memang
kondisi seimbang secara sempurna tidak akan pernah tercapai, namun harus
diminimalkan.
Kondisi tak seimbang lebih sering disebabkan oleh variasi dari beban. Ketika beban
satu fasa dengan fasa lain berbeda, maka saat itulah kondisi tak seimbang terjadi. Hal
ini mungkin disebabkan oleh impendansi, type beban, atau jumlah beban berbeda satu
fasa dengan fasa lain. Misal satu fasa dengan beban motor satu fasa, fasa lain dengan
heater dan satunya dengan beban lampu atau kapasitor.
Jika motor hanya satu fasa saja yang berfungsi pada motor 3 fasa akan berakibat motor
“overheating”, karena arus menjadi sangat besar sedang kemampuan output turun.
74
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Ketika motor beroperasi dibeban penuh sedangkan yang berfungsi hanya 1 fasa maka
motor mengalami “stall” kemudian stop atau mandeg. Dalam kondisi stall timbulah arus
listrik yang sangat besar (overcurrent) dan menghasilkan kenaikan panas yang besar
dan cepat. Jika proteksi motor tidak bekerja maka kerusakan stator dan rotor akan
hangus (overheating). Cara yang paling efektif untuk memecahkan masalah motor
mengalami panas berlebih karena ketidakseimbangan tegangan adalah dengan
menghilangkan ketidakseimbangan tersebut. Pada dasarnya ketidakseimbangan ini
dapat disebabkan oleh tidak seimbangnya beban satu fasa, koneksi rusak, atau
kerusakan regulator tegangan. Masing-masing kemungkinan harus diselidiki untuk
menghilangkan sumber ketidakseimbangan tersebut.
Proteksi seharusnya dipasang disetiap fasa agar lebih aman. Langkah pertama test
tegangan tak seimbang yaitu dengan mengukur tegangan antar line di terminal mesin.
Juga ukurlah arus di tiap fasa, karena arus tak seimbang bahkan dapat mencapai 6 -10
kali lebih besar dari tegangan tak seimbang.
Tegangan tak seimbang kebanyakan disebabkan oleh distribusi beban tidak sama satu
fasa dengan fasa lain, cara memperbaiki ialah dengan mengurangi beban fasa yang
ketinggian dan menambahkan beban pada fasa rendah, sehingga menghasilkan beban
yang sedapat mungkin seimbang. Beban yang paling umum pada satu phase ialah dari
beban penerangan (lighting) dan mesin las (welder). Juga perlu di periksa fuse pada
capasitor bank ( power factor improvement capasitor).
Jika ketidakseimbangan tegangan tidak bisa dihilangkan, motor harus derated
(dioperasikan lebih rendah dari kemampuannya) untuk melindungi agar motor bisa
bertahan lebih lama.
Standar NEMA (The National Electrical Manufacturers Association) MG 1-14,35
merekomendasikan untuk melakukan derating pada sebuah motor induksi ketika
mengalami ketidakseimbangan tegangan melebihi 1 % dan pengoperasian motor sama
sekali tidak direkomendasikan derating ketika ketidakseimbangan tegangan melebihi 5
%. Jika motor tidak dilengkapi dengan detektor suhu atau jika kemudian akan
memasukkan detektor yang ternyata tidak cocok/tidak sesuai dengan skema proteksi
motor tersebut, maka pengguna motor harus berkonsultasi dengan produsen motor
untuk menentukan tingkat maksimum arus tidakseimbang untuk semua kondisi
pembebanan untuk mengeset detektor suhu agar terintegrasi dengan kondisi beban
motor.
Sebagai contoh, dampak dari terjadinya arus tidakseimbang sebesar 10 % pada motor
yang dibebani penuh lebih besar dari dampak pada motor yang sama, kalau motor
tersebut hanya dibebani 50 %. Pada dasarnya, operasi motor selama kondisi tegangan
tidak seimbang membutuhkan motor yang akan diderated. Untuk motor standar, NEMA
memberikan panduan untuk derating. Untuk tegangan tidak seimbang antara 1 % - 5 %,
NEMA MG-1-1993 merekomendasikan derating motor sesuai dengan grafik yang
ditunjukkan dalam Gambar 5.7. NEMA belum membentuk sebuah grafik derating untuk
motor hemat energi. Namun, karena motor hemat energi memiliki kerugian yang lebih
rendah selama tegangan seimbang serta kondisi tegangan tidak seimbang, penerapan
grafik derating pada Gambar 5.7 untuk motor hemat energi akan menghasilkan faktor
derating konservatif.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
75
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 5.7 Tabel dan Grafik Derating untuk Motor Induksi atas dasar Persentase
Tegangan Tak Seimbang (from NEMA MG.1-1993).
NEMA mendefinisikan rumus untuk ketidakseimbangan tegangan tiga-fasa adalah 100
kali deviasi maksimum tegangan dari tegangan rata-rata ketiga fasa dibagi dengan rataratanya. Baik ketidakseimbangan tegangan maupun arus dapat dihitung dengan
menggunakan proses tiga langkah. Pertama, mengukur tegangan fasa-ke-fasa dan
arus dari ketiga fase di titik penggunaan. Kedua, menghitung rata-rata ketiga fasa.
Ketiga, menentukan persentase ketidakseimbangan. Sebagai contoh, jika yang terukur
di line tegangan adalah 462, 463, dan 455 volt, maka rata-rata adalah 460 volt dan
maksimum deviasi dari rata-rata adalah 5 volt (460-455). Oleh karena itu,
ketidakseimbangan tegangan (5 / 460) x 100 = 1,1 persen.
Selain itu, perlu juga diperhatikan ketika motor distart, motor memerlukan daya awal
yang sangat tinggi, mungkin dapat mencapai beberapa kali atau lebih dari 5 kali. Arus
tinggi menimbulkan panas dan thermal shock, sehingga jika ini dilakukan ber-kali2 dan
tanpa ada jedah waktu, maka berakibat sangat buruk terhadap winding motor,
overheating. Sehingga sangatlah perlu mendapat perhatian serius perihal start dan stop
semua motor listrik agar kerusakan fatal dapat dihindari.
5.5.2
Inkompabiltas antara Adjustable-Speed Drives dan Motor
Sebagaimana dibahas sebelumnya, penerapan PWM (Pulse Width Modulation) ASD
dalam suatu proses dapat merusak motor konvensional dengan merusak isolasi lilitan
dan merusak bantalan motor. National Electrical Manufacturers Association (NEMA)
telah mengembangkan standar persyaratan kinerja untuk motor dengan aplikasi
inverter. NEMA MG-1, section IV, part 31, Definite- Purpose Inverter-Fed Motors,
menetapkan persyaratan untuk motor induksi squirrel-cage ditetapkan range 5.000 HP
atau kurang dan pada 7.200 volt atau kurang, dirancang untuk digunakan bersama
dengan inverter PWM. Dalam rangka menangani masalah spesifik transient
overvoltages, standar tersebut mengharuskan motor yang dirancang dengan spesifikasi
ini akan memiliki sistem stator insulasi yang dapat menahan tegangan pulsa hingga
1600 volt dengan rise time lebih besar dari 0,1 s untuk motor dengan rate dasar kurang
dari 600 volt. Motor yang sesuai dengan spesifikasi ini biasanya memerlukan satu atau
lebih dari fitur tambahan untuk meningkatkan sistem isolasi: magnet kawat dengan
peningkat kekuatan dielectric, peningkatan isolasi pada ujung, slot, dan antara fase.
76
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Beberapa pengguna akhir mungkin lebih memilih untuk menggunakan motor induksi
standar dengan ASD untuk menghindari biaya tambahan akibat pemakaian sebuah
motor khusus dan biaya suku cadang motor tersebut. Penggunaan filter yang dirancang
dengan baik dapat memampukan motor standar untuk digunakan dengan aplikasi
inverter.
Seperti dijelaskan sebelumnya, motor juga dapat mengalami kerusakan bantalan dalam
aplikasi ASD dari electrical discharge machining (EDM) karena besarnya couple
tegangan poros ke pentanahan (ground) yang terbentuk. Setelah penggunaan EDM
positif diidentifikasi sebagai akar penyebab kerusakan bantalan, pengguna akhir tidak
memiliki pilihan lain kecuali untuk mengambil tindakan korektif atas penggunaan EDM
tersebut. Walaupun ada beberapa kemungkinan alternatif mulai dari jenis khusus motor
yang terlindung elektrostatis sampai bantalan keramik dan/atau pelumas khusus,
alternatif pencegahan dasarnya adalah untuk mengatasi masalah itu dari sumber
(inverter) atau dari sisi motor. Dari sudut pandang inverter, mengurangi frekuensi
switching dan/atau menginstal filter merupakan pilihan yang mungkin untuk dilakukan.
Sebelum menginstal sistem baru, pengguna akhir harus berkonsultasi dengan
produsen inverter dan menentukan apakah dengan menurunkan frekuensi switching
dari inverter dan/atau memasang filter pada keluaran inverter akan mengurangi waktu
pembangkitan pulsa tegangan dan memecahkan masalah . Cara yang paling efektif
untuk memastikan bahwa tindakan perbaikan ini akan memecahkan masalah adalah
dengan melakukan analisa sebelum dan sesudah tegangan poros-ke-pentanahan
(ground) dan analisis arus seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.7.
Dari sudut pandang motor, cara yang paling efektif untuk memecahkan masalah ini
adalah dengan menginstal sistem pembumian poros. Sistem ini secara efektif
menimbulkan pola impedansi rendah dari poros ke tanah dan meminimalkan besarnya
tegangan poros. Pembumian poros motor dengan sistem brush menciptakan pola
impedansi rendah ke tanah untuk aliran arus yang dinyatakan dapat merusak. Sejumlah
sistem carbon brush tersedia secara komersial. Karbon brush yang lunak tidak cocok
karena mereka bisa menciptakan sebuah film nonconductive yang mencegah kontak
listrik antara carbon brush dan poros. brush terbuat dari bahan khusus, seperti
kuningan dan stainless steel, yang tidak akan membentuk lapisan film tersebut. Juga,
sistem pembumian yang terlindung dianjurkan pada lingkungan dengan ruang yang
bersih, karena mungkin saja terkontaminasi oleh partikel udara. Selama pemeliharaan
rutin, pastikan bahwa carbon brush yang terhubung listrik dengan poros, terlepas dari
sistem pembumian.
Alternatif lain yang mungkin untuk menyelesaikan persoalan motor adalah dengan
memasang bantalan motor yang terisolasi. Meskipun pengisolasian bantalan motor
menghentikan aliran arus keluar melalui bantalan motor, mereka tidak bisa mencegah
kerusakan pada bantalan apabila poros terhubung peralatan lainnya, seperti
tachometer dan fan.
5.6
Solusi Masalah Pembumian (Grounding)
Permasalahan-permasalahan pembumian secara tipikal ditunjukkan sebagai kegagalan
peralatan. Ini akan sangat jelas terlihat pada perangkat elektronik yang terbuat dari
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
77
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
solid state, khususnya jika perangkat-perangkat tersebut menyebar di sebuah
rangkaian elektronik (board) yang cukup luas dan dihubungkan dengan kabel data.
Sebuah perangkat elektronik tipikal memiliki satu sisi rangkaiannya yang terhubung ke
chassis, yang dibumikan melalui konduktor pembumian dalam kabel dayanya.
Pembumian dari dua buah perangkat dalam chassis yang terpisah dapat dihubungkan
dengan suatu kabel data yang memiliki pembumian atau suatu pelindung (shield).
Konfigurasi ini akan memberikan suatu ground loop. Ground loop tidak akan
menimbulkan masalah jika terdapat tegangan kecil (kurang dari 0,5 volt) antara kedua
perangkat. Namun, kerusakan bisa terjadi ketika sebuah arus yang cukup besar terjadi
di salah satu sirkuit untuk meningkatkan potensial pembumian salah satu perangkat.
Kerusakan pada perangkat juga dapat terjadi jika daya pentanahan hilang. Jika
pembumian sudah diputus, arus pembumian akan mencari suatu jalur ke bumi. Jalur ini
dapat mengalir melalui sirkuit-sirkuit dan perangkat-perangkat yang tidak dirancang
untuk menahan arus tersebut dan menyebabkan kerusakan.
Dalam sebuah instalasi jaringan listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
(digroundingkan) atau sering juga disebut dibumikan. Empat bagian dari instalasi listrik
ini adalah :
1. Pada semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan
dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yang
mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat
manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya.
2. Pada Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal
ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang
muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar.
3. Pada Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini
sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada
di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan
agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar
melalui kaki tiang saluran transmisi.
4. Pada titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan
dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan
hubung tanah.
Pembumian dapat diuji dengan sebuah alat uji impedansi pembumian. Sebuah alat uji
impedansi pembumian adalah instrumen multifungsi yang dirancang untuk mendeteksi
jenis pengawatan tertentu dan masalah pembumian pada sistem distribusi tenaga listrik
tegangan rendah. Fungsi utama pengetesan adalah pengukuran impedansi konduktor
pembumian peralatan dari titik uji sampai kembali ke sumber netral pembumian, serta
impedansi dari konduktor netral. Impedansi ini tidak boleh lebih dari 0,25 ohm. Hal ini
juga penting untuk menguji sistem pembumian/pentanahan gedung berkaitan dengan
tanah bumi. Hal ini harus dilakukan dengan suatu alat uji kejatuhan potensial selama
instalasi sistem pembumian gedung. Untuk jenis tanah yang sama, tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya. Makin dalam letaknya, umumnya makin kecil tahanan
jenisnya, karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih basah. Oleh
karena itu, dalam memasang batang pembumian, makin dalam pemasangannya akan
makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan grounding yang makin rendah.
78
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Selain pengujian, pemeriksaan kondisi daya dan sistem pembumian dalam sebuah
fasilitas harus menjadi bagian dari sebuah program pemeliharaan preventif rutin. Ini
termasuk pemeriksaan koneksi pembumian hilang atau tidak benar, memastikan bahwa
penetralan dan pembumian terikat hanya pada sumber daya, dan memeriksa aplikasi
yang cocok dari pembumian yang terisolasi.
5.7
Solusi Masalah Interfrensi Elektromagnetik
Interferensi Elektro Magnetik (IEM) adalah noise yang disebabkan oleh adanya radiasi
akibat perbedaan tegangan listrik antara tiga kabel listrik - hot wire, kabel netral, dan
kabel pembumian. Dua tipe IEM yang umum disebabkan oleh sistem kelistrikan:
- Common-mode noise. Noise dari radiasi yang dihasilkan oleh perbedaan tegangan
antara hot wire dan kabel ground.
- Traverse-mode noise. Noise dari radiasi yang dihasilkan oleh perbedaan tegangan
antara hot wire dan kabel netral.
Ada empat metode untuk mengurangi Interfrensi Elektromagnetik (IEM) dalam fasilitas
industri, yaitu: pembumian yang tepat, attenuasi emisi pada sumber, perlindungan
peralatan sensitif, dan penangkapan dan pengembalian emisi ke sumber.
5.7.1
Pembumian yang Tepat
Pengalaman penggunaan kawat-kawat keluaran fase tanpa pelindung dalam suatu
pelapis kabel dari ASD ke motor dapat menimbulkan common-mode noise di dalam
sistem. Penggunaan suatu kabel daya terlindung-lapisan dari suatu penggerak ke
motor akan memberikan jalur bagi common-mode noise untuk kembali ke sumber.
Gambar 5.8 mengilustrasikan konsep ini.
Gambar 5.8 Penggunaan kabel terlindung lapisan untuk mengurangi
Electromagnetic Interference.
Pelindung sinyal dapat mengurangi sentuhan dengan eksternal tetapi mungkin
menyebabkan terjadinya IEM jika pelindung tersebut terhubung ke potensial
pembumian yang banyak noise. Standar penerapannya adalah membumikan pelindung
di sisi sumber kabel. Jika penerapan standar tidak menghilangkan IEM, maka akan
menjadi perlu untuk melakukan tindakan lain untuk mengatasi masalah, termasuk
pembumian pada kedua ujungnya, pembumian di ujung yang lain, atau tidak sama
sekali.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
79
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
5.7.2
Attenuasi Emisi Pada Sumber
Cara terbaik untuk menghilangkan emisi sistem adalah dengan meredam emisi pada
sumber. Penggunaan Common-Mode Choke (CMC) adalah salah satu cara untuk
mencapai hal tersebut. CMC adalah sebuah induktor dengan konduktor fasa A, B, dan
C digulung dalam arah yang sama melalui sebuah inti magnetik biasa. Ini memberikan
impedansi tinggi dan induktansi tinggi ke setiap emisi arus kapasitif line to ground.
Tidak seperti line reactor atau induktor, CMC tidak mempengaruhi rangkaian salura
daya. Perangkat ini tersedia dari vendor drive (alat kontrol/kendali). Gambar 5.9
menampilkan sebuah contoh penggunaan CMC.
Gambar 5.9 Penggunaan sebuah Common-Mode Choke.
5.7.3
Pelindung Peralatan Sensitif
Jalur emisi dapat dialihkan dari peralatan yang sensitif. Contoh praktisnya adalah
memisahkan kabel kontrol dan kabel sinyal dari kabel tegangan tinggi. Akan lebih baik
jika konduktor-konduktor daya termasuk kawat pembumian ditempatkan dalam sebuah
saluran. Saluran harus terikat ke panel ASD dan kotak penghubung motor, dan kawat
pembumian harus dihubungkan ke rel pembumian panel dan tiang pembumian motor.
Kawat pembumian dan salurannya akan menyerap sebagian besar kebisingan kapasitif
dan mengembalikannya kembali ke sumber emisi.
Penerapan lain adalah memisahkan kabel kontrol dan kabel sinyal dari kabel daya
dalam tray kabel. Praktek penempatan penutup pada tray kabel sinyal akan lebih lanjut
dapat mengurangi kebisingan yang tergabung ke kabel sinyal dari kabel daya (Gambar
5.10).
80
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Gambar 5.10 IEM-shield sleeving.
Sumber : www.directindustry.com
5.7.4
Penangkapan dan Pengembalian Emisi Ke Sumber
Cara lain untuk mengurangi EMI adalah menangkap emisi dan mengembalikan emisi
tersebut ke sumber. Ini bisa dicapai dengan filter IEM. Gambar 5.11 menunjukkan
penggunaan filter IEM. Pada gambar tersebut dijelaskan bahwa arus CM (I ao ) akan
terkumpul pada konduktor-konduktor pembumian dan kembali ke penggerak melalui
filter IEM. Filter berisi suatu induktansi inti besar dan induktor fase individu yang
membatasi frekuensi-tinggi, arus balik pembumian ke tingkat rendah dalam suplai AC
utama. Filter ini juga berisi kapasitor line to ground untuk merubah rute sebagian besar
emisi pembumian frekuensi tinggi kembali ke terminal masukan penggerak AC.
Gambar 5.11 Aplikasi Filter IEM
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
81
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
DAFTAR PUSTAKA
1. IEEE Std 1159-1995, “IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power
Quality”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., NY, USA, 1995.
2. IEEE Std 1100-1999 (Emerald Book), “IEEE Recommended Practice For Powering
& Grounding Electronic Equipment”, The Institute of Electrical and Electronics
Engineers, Inc., NY, USA, 1999.
3. Power Quality Solutions for Industrial Customers, California Energy Commission:
2000.
4. Power Quality: Customer Financial Impact/Risk Assessment Tool; BC Hydro Power
Smart; Vancouver, BC; March 2005.
5. IEC publications are available from IEC Sales Department, Case Postale 131, 3, rue
de Varemb., CH-1211, Genve 20, Switzerland Suisse
6. IEC publications are also available in the United States from the Sales Department,
American National Standards Institute,West 42nd Street, 13th Floor, New York, NY
10036, USA
7. IEEE publications are available from the Institute of Electrical and Electronics
Engineers, 445 Hoes Lane, P.O. Box 1331, Piscataway,NJ 08855-1331, USA
8. IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby Power Systems for
Industrial and Commercial Applications [IEEE Orange Book]; IEEE Std 446-1995;
IEEE, Inc. ; New York, 1996.
82
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
APPENDIX
Appendix A.
Daftar Istilah Kualitas Daya
Ketelitian: Kebebasan dari kesalahan pengukuran. Secara umum dinyatakan sebagai
persentase ketidaktepatan. Ketelitian peralatan ukur dinyatakan dalam kaitannya
dengan ketidakpastian derajat penyimpangan dari satu nilai. Suatu peralatan ukur
dengan suatu ketidakpastian 0.1% adalah 99.9% yang akurat. Pada tingkat ketelitian
yang lebih tinggi, ketidakpastian secara tipikal dinyatakan dalam bagian-bagian setiap
juta (ppm) atau dalam persentase.
Rasio ketelitian: Perbandingan kesalahan peralatan ukur yang dapat ditolerir kepada
ketidakpastian dari standar yang digunakan untuk mengkalibrasinya.
Kalibrasi: Proses yang digunakan untuk memverifikasi integritas satu pengukuran.
Proses tersebut membandingkan alat ukur dengan standar terdefinisi dengan baik dari
ketelitian yang lebih besar (calibrator) untuk mendeteksi variasi apapun dari parameter
kinerja yang ditentukan, dan membuat kompensasi yang diperlukan. Hasilnya kemudian
direkam dan disimpan untuk menetapkan integritas dari peralatan ukur yang dikalibrasi.
Tegangan gaya: Sebuah tegangan yang nyata antara kawat penghantar (kondukktor)
dan pembumian. Gangguan tegangan yang nyata sama serta pada tahap dari setiap
konduktor mengalirkan arus kebumi.
Daya komersial: daya listrik yang disediakan oleh perusahaan utilitas daya listrik.
Kopling: Elemen rangkaian atau unsur-unsur, atau jaringan, yang ditimbang secara
umum kepada masukan dan keluaran mesh melalui energi yang ditransfer dari satu
rangkaian ke rangkaian lainnya.
Transformator arus (CT): Suatu instrument trafo yang mempunyai lilitan primer
dihubungkan secara seri dengan konduktor untuk diukur atau dikontrol
dip :Lihat: sag.
Hilang-data (drop-out): Hilangnya operasi peralatan ukur (sinyal data terpisah)
sehubungan adanya noise, sag, atau interupsi (pemutusan).
Tegangan hilang (dropout voltage): Tegangan di mana satu gawai gagal beroperasi.
Kompatibilitas elektromagnetik: Kemampuan gawai, peralatan ukur, atau sistem
untuk berfungsi secara memuaskan di dalam lingkungan elektromagnetik tanpa
memperhatikan gangguan elektromagnetik yang tidak bisa ditolerir
terhadap
lingkungan.
Gangguan elektromagnetik: Fenomena elektromagnetik yang dapat menurunkan
kinerja satu gawai, peralatan, atau sistem, atau dengan mempengaruhi kerja
peralatan/sistem yang kurang baik atau tanpa daya.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
83
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Lingkungan elektromagnetik: Keseluruhan fenomena elektromagnetik yang sudah
ada pada satu lokasi.
Kepekaan elektromagnetik: Ketidakmampuan suatu gawai, peralatan, atau sistem
untuk bekerja tanpa adanya degradasi gangguan elektromagnetik yang dihadapinya.
Catatan: kepekaan adalah kurangnya kekebalan.
Peralatan dengan konduktornya dibumikan: Konduktor digunakan untuk
menghubungkan bagian-bagian yang tidak bertegangan, saluran, raceways, dan
peralatan ke penghantar bumi (netral) dan membumikan elektroda pada peralatan
layanan (panel utama) atau kedua sistem secara terpisah (misalnya trafo pemisah).
mode kegagalan: Efek kegagalan diobservasikan
Fliker: Kondisi keadaan tidak pasti dari sensasi visual yang diinduksikan oleh stimulus
cahaya melalui luminansi atau fluktuasi distribusi spektral dengan waktu.
Penyimpangan frekuensi: Satu peningkatan atau penurunan frekuensi daya. Durasi
penyimpangan frekuensi dapat berasal dari beberapa siklus dalam beberapa jam.
Fundamental (komponen): Komponen dari orde satu (50 atau 60 Hz) dari jumlah
periodik deret Fourier.
Pembumian: Sambungan konduktor yang disengaja atau tidak melalui satu rangkaian
atau bagian peralatan yang dihubungkan ke bumi, atau ke beberapa rangka.
Catatan: Pembumian ini digunakan untuk menentukan dan menjaga potensial bumi
atau potensial terhadap konduktor yang terhubung dan mengalirkan arus tanah ke dan
dari bumi.
Pembumian loop: Suatu sistem pembumian radial dengan jalur bagian yang
mengalirkan antara dua badan yang telah terhubung ke bumi.
Harmonisa (komponen): Sebuah komponen yang ordernya lebih besar dari kuantitas
periodik Deret Fourier. Frekuensi gelombang dengan kelipatan dari frekuensi dasarnya.
Isi harmonis: Kuantitas diperoleh dengan cara mengurangi komponen dasar dari satu
kuantitas alternating.
Imunitas: Kemampuan satu gawai, peralatan, atau sistem untuk beroperasi tanpa
adanya degradasi terhadap gangguan elektromagnetik
Impuls: Sebuah pulsa, untuk satu aplikasi yang diberikan untuk mendekati satu unit
pulsa. Ketika digunakan dalam monitoring kualitas daya, istilah impulsif transien
sebagai pengganti impuls.
84
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Impulsif transien: Sebuah perubahan frekuensi nonpower yang seketika dalam kondisi
posisi ajek dari tegangan atau arus yang searah terhadap polaritas (terutama salah
satu kutub, baik positif atau negatif).
Seketika: julat waktu dari siklus 0.5 dari frekuensi daya ketika digunakan untuk
mengukur durasi dari variasi jangka waktu singkat sebagai sebuah modifier.
Interharmonic (komponen): komponen frekuensi dari satu kuantitas periodik yang
bukan satu bilangan bulat berbagai frekuensi yang mana sistem suplai yang didesain
untuk beroperasi (misalnya, 50 Hz atau 60 Hz).
Gangguan sesaat: jenis variasi gangguan waktu singkat. Rugi tegangan (< 0.1 pu) di
atas satu atau lebih fasa konduktor dalam perioda waktu antara 0.5 siklus dan 3 detik
Gangguan (sistem tenaga listrik): Gangguan yang tidak digolongkan sebagai
gangguan sesaat.
Gangguan sementara (monitoring kualitas daya): Jenis variasi gangguan waktu
singkat. Rugi tegangan (< 0.1 pu) terhadap satu atau lebih fasa konduktor untuk
sementara waktu perioda antara 3 detik dan 1 menit.
Pembumian terisolasi: Konduktor yang dibumikan terhadap peralatan yang dibatasi
dengan saluran yang sama atau raceway sebagai konduktor suplai. Konduktor ini
mungkin saja dibatasi dari bahan metalik raceway dan semua titik pembumian. Itu
berasal dari kotak kontak atau peralatan terisolasi yang dapat dimasukan blok terminal
dan mengakhiri di titik netral serta pembumian dibatasi oleh sumber daya.
Isolasi: Pemisahan satu bagian sistem dari pengaruh yang tidak diinginkan bagian lain
Variasi tegangan jangka waktu lama: Lihat: variasi tegangan, janga waktu lama.
Momentari-sesaat (monitoring kualitas daya): Rentang waktu pada frekuensi daya
dari 30 siklus sampai 3 detik ketika digunakan untuk mengukur variasi jangka waktu
singkat sebagai sebuah modifier.
Gangguan sesaat: Lihat:gangguan, sesaat.
Noise: Sinyal listrik yang tidak dikehendaki menghasilkan efek yang tidak diinginkan
dalam rangkaian sistem kontrol. (Dalam panduan ini, sistem kontrol ditujukan untuk
mencakup alat-alat elektronika sensitif secara keseluruhan atau sebagian)
Tegangan nominal (Vn): Sebuah nilai nominal yang diberikan kepada rangkaian atau
sistem dengan maksud untuk menjelaskan kelas tegangan.
Beban nonlinier: Beban listrik ajek yang menggambarkan arus terputus
(discontinuously) atau impedansi bervariasi di dalam siklus input bentuk gelombang
tegangan bolak-balik.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
85
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Tegangan mode normal: Tegangan yang tampak antara konduktor rangkaian aktif,
tetapi tidak antara konduktor pembumian dan konduktor rangkaian aktif.
Notch: Mengeluarkan gangguan dari bentuk gelombang tegangan daya normal,
kurang dari 0.5 siklus, yang pada awalnya dari polaritas kebalikan dibandingkan bentuk
gelombang dan begitu dikurangi dari bentuk gelombang normal dalam kaitan dengan
nilai puncak tegangan gangguan. Hal ini meliputi rugi tegangan sampai dengan 0.5
siklus.
Transien ber-osilasi: Perubahan frekuensi nonpower seketika dalam kondisi ajek dari
tegangan atau arus meliputi kedua nilai polaritas positif atau negatif.
Tegangan lebih: Ketika digunakan untuk menggambarkan satu jenis variasi durasi
yang lama, mengacu pada satu tegangan yang diukur mempunyai satu nilai lebih besar
dari tegangan nominal untuk satu perioda waktu tertentu lebih besar dari 1 menit. Nilai
tipikal adalah 1.1-1.2 pu.
Pergeseran fasa: Pergeseran dalam waktu dari satu bentuk gelombang relatif ke yang
lain dari frekuensi yang sama dan content harmonis
Trafo potensial (PT): Trafo instrumen yang mempunyai lilitan primer dihubungkan
secara paralel dengan satu rangkaian supply daya, tegangan yang akan diukur atau
dikendalikan.
Gangguan daya: Penyimpangan dari nilai nominal (atau dari beberapa ambang batas
dipilih berbasis pada toleransi beban) dari input karakteristik daya bolak balik.
Kualitas daya: Konsep daya dan pembumian terhadap peralatan yang sensitif dalam
satu cara yang dioperasikan pada peralatan tersebut.
Presisi: Kebebasan dari kesalahan acak.
Pulsa: Suatu variasi terjal yang terjadi secara mendadak dalam jangka waktu singkat
baik yang diakibatkan oleh listrik maupun oleh kuantitas fisik diikuti dengan cepat
kembali ke nilai awal.
Kesalahan acak: Kesalahan tidak berulang, misalnya, noise atau sesuatu yang dapat
berubah karena faktor lingkungan yang berubah.
Catatan: Untuk beberapa alat ukur, kesalahan acak biasanya lebih kecil dibandingkan
dengan toleransi alat ukur.
Sag: Suatu kejadian adanya pengurangan antara 0.1 - 0.9 pu pada frekuensi tegangan
rata-rata atau arus rata-rata untuk jangka waktu 0.5 siklus hingga 1 menit. Umumnya
nilainya antara 0.1 - 0.9 pu.
Catatan: Untuk memberikan gambaran nilai numerik dari sag, maka ini berarti bahwa
tegangan menurun sekitar 20% dari tegangan normalnya.
86
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Shield: Bahan pelindung yang terbuat dari metal biasanya digunakan pada kabel
instrumen yang terdapat di luar isolasi dari penghantar tersebut. Tujuannya adalah
untuk melindung terjadinya gesekan kabel tersebut dan agar tidak timbul elektrostatik
serta untuk mengurangi pengaruh adanya interferensi elektromagnetik
Shielding: Digunakan untuk melindungi penghantar atau ferromagnetik antara sumber
yang berpotensi menimbulkan gangguan dengan rangkaian yang sensitif. Pelindung
digunakan untuk memproteksi kabel data dan kabel daya dan rangkaian elektronik.
Bentuknya bisa berupa metal yang berbentuk batangan, selubung, atau pembungkus
disekitar rangkaian sumber atau rangkaian penerima.
Variasi tegangan waktu singkat: Lihat: variasi tegangan, waktu singkat.
Slew rate: Tingkat perubahan tegangan bolak-balik, yang dinyatakan dalam volt per
detik satu kuantitas seperti volt, frekuensi, atau temperatur
Sustained: Digunakan sebagai jumlah untuk mengukur jangka waktu satu gangguan
tegangan, mengacu pada variasi waktu jangka waktu lama (misalnya lebih besar dari 1
menit).
Swell: Adanya peningkatan tegangan atau arus rata-rata pada frekuensi daya dalam
jangka waktu dari 0.5 siklus - 1 menit. Bisanya nilai berada antara 1,1 - 1.8 pu.
Kesalahan Sistemik (Systemic error): Merupakan gangguan yang terjadi secara
berulang, misalnya gangguan nol, gangguan skala, dan gangguan linearitas.
Pemutusan sementara: lihat interupsi pemutusan
Toleransi: Variasi yang dapat diijinkan dari nilai nominal.
Total harmonic distortion disturbance level: Tingkat karena adanya gangguan
elektromagnetik yang merupakan gabungan dari beberapa gangguan dalam suatu
sistem. Perbandingan antara gangguan harmonis rata-rata terhadap nilai kuantitas
fundamental, yang dinyatakan dalam persen fundamental.
Traceability: Kemampuan untuk membandingkan peralatan ukur kalibrasi tehadap
standar ketelitian lebih tinggi. Standar tersebut dibandingkan dengan standar lainnya,
bahkan dapat dibandingkan suatu standar nasional laboratorium.
Transien: Menyinggung atau menjelaskan peristiwa atau jumlah bervariasi antara dua
kondisi ajek berurutan selama satu interval waktu yang singkat dibandingkan dengan
skala waktu. Transien mungkin berupa satu impuls atau beberapa impuls yang
merupakan gelombang ber-osilasi.
Undervoltage: Tegangan terukur yang mempunyai satu nilai kurang dari tegangan
nominal untuk satu periode waktu tertentu lebih besar dari 1 menit, bila mengacu
kepada nilai jangka waktu variasi tegangan. Nilainya berada antara 0.8 - 0.9 pu.
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
87
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
Perubahan tegangan: Adanya variasi tegangan rata-rata atau tegangan puncak antara
yang terjadi secara berurutan yang waktu durasinya tidak ditentukan.
Voltage dip: Lihat: sag.
Distorsi (penyimpangan) tegangan: Banyaknya penyimpangan terhadap bentuk
gelombang sinus nominal pada tegangan bolak-balik.
Fluktuasi tegangan: Suatu rangkaian perubahan tegangan atau adanya variasi siklus
tegangan.
Ketidakseimbangan tegangan sistem fasa banyak: Deviasi maksimum antara
tegangan fasa tiga tehadap tegangan rata-rata fasa tiga. Perbandingan komponen
urutan negatif atau komponen urutan nol terhadap komponen urutan positif, biasanya
dinyatakan dalam persen.
Putus tegangan (voltage interruption): Hilangnya suplai tegangan sistem satu fasa
atau lebih. Biasanya diindikasikan dengan adanya gangguan lain yang biasa, misalnya
sesaat, sementara, atau pun terus menerus.
Pengaturan tegangan: Tingkat pengaturan atau stabilitas tegangan rata-rata pada
beban. Kadangkala dikaitkan dengan parameter lain, seperti perubahan tegangan
masuk, perubahan beban, atau perubahan temperatur.
Penyimpangan tegangan berdurasi lama: Adanya variasi nilai tegangan rata-rata
dari tegangan nominal dalam waktu lebih besar dari 1 menit. Penggambaran mengenai
variasi tegangan waktu lama (misalnya tegangan kurang, tegangan lebih, atau
pemutusan tegangan).
Penyimpangan tegangan berdurasi singkat: Adanya variasi nilai tegangan rata-rata
dari tegangan nominal dalam waktu singkat dimana waktunya lebih dari 0,5 siklus tetapi
kurang atau sama dengan 1 menit. Biasanya variasi tegangan yang termasuk waktu
singkat digambarkan sebagai bentuk gangguan seperti swell, sag ataupun pemutusan
yang waktunya bisa seketika, sesaat ataupun sementara.
Penyimpangan bentuk gelombang: Sebuah penyimpangan yang terjadi pada suatu
gelombang sinus ideal dalam keadaan ajek pada frekuensi daya yang ditandai oleh
penyimpangan spektral.
88
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
Panduan Penanganan Gejala Kualitas Daya untuk Sektor Industri
ISTILAH DAN SINGKATAN
A
Ac
ASD
CRT
CT
CVT
Dc
DMM
DVM
EFT
EMC
Emf
EMF
EMI
ESD
Hz
LC
MOV
MCOV
MTBF
NEMP
PC
PLC
PT
RAM
RFI
Rms
RVM
SCR
SPD
THD
TVSS
NAIK
V
VOM
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
amper
arus bolak balik
kecepatan yang dapat diatur
tabung sinar katoda
transformator arus
trafo tegangan tetap
arus searah
multimeter digital
voltmeter digital
listrik transien
kompatibilitas elektromagnetik
daya elektromotif
medan elektromagnetik
interferensi elektromagnetik
pelepasan muatan elektrostatik
hertz; siklus per detik
kapasitor-induktor
oksida-logam varistor
maksimum tegangan operasi yang kontinyu
gangguan antar waktu rata-rata
pulsa elektromagnetik nuklir
komputer pribadi
pengontrol logika dapat diprogram
trafo tegangan
Random-Access Memory
interferensi frekuensi radio
root-mean-square (nilai efektif)
voltmeter
penyearah-pengontrol silikon
gawai pelindung surja
total distorsi harmonisa
surja tegangan transien
sumber daya tak terputus
volts
volt-ohm meter
Pusat Tekonologi Konversi dan Konservasi Energi (PTKKE) - BPPT
89