bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penyaluran daya listrik yang ideal pada umumnya menggunakan frekuensi
tunggal dan konstan serta pada tegangan tertentu. Harmonik merupakan tegangan dan
arus yang sinusoidal dengan frekuensi kelipatan dari frekuensi fundamental sistem
tenaga. Distorsi harmonik berasal dari beban non linear yang bersumber pada
karakteristik beban dan peralatan pada sistem tenaga listrik, yang tidak linear
sehingga menimbulkan arus yang tidak linear dan pada akhirnya arus ini akan
menginterferensi jaringan listrik (Arrilaga, J., 1997).
Kemajuan teknologi di bidang elektronika dewasa ini menyebabkan
penggunaan peralatan berbasis komponen elektronik semakin meningkat. Peralatan
elektronik pada dasarnya merupakan komponen non linear yang menimbulkan
gelombang arus dan atau tegangan non sinusoida. Arus non sinusoida tersebut
mengandung komponen arus frekuensi yang lebih tinggi dibanding dengan arus
frekuensi fundamental, yang selanjutnya dikenal dengan nama arus harmonik.
Demikian pula tegangan yang mengandung frekuensi yang lebih tinggi dikenal
dengan nama tegangan harmonik (Benalla, H. dkk, 2006).
Sistem tenaga listrik yang terkontaminasi oleh gelombang harmonik,
merupakan persoalan yang sangat serius. Perkembangan komponen penyaklaran semi
konduktor dengan kemampuan arus yang besar berimplikasi menimbulkan harmonik
pada sistem tenaga listrik, berupa cacat gelombang pada tegangan maupun arusnya.
Sebagai hasil akhir, akan menurunkan kinerja, meningkatnya suhu bahkan malfungsi
terhadap peralatan lain yang sejalur dengan jaring tersebut (Dalci, K. Burrak., dkk,
2005)
1
2
Sejumlah industri dengan tenaga penggerak utama mesin listrik dengan putaran
yang bervariasi dan torsi yang dapat diatur, salah satu cara yang lazim dan relatif
handal adalah menggunakan adjustable speed-motor driver (ASD). ASD merupakan
salah satu rekayasa alat elektronik yang mengkonversi AC ke DC dan diubah lagi
menjadi DC ke AC dengan frekuensi kerja yang dapat diatur sedemikian rupa
sehingga putaran motor sesuai dengan kebutuhan yang dikendaki.
Menurut Francis M. Fernandez dan P.S. Chandramohanan Nair, 2007, ASD
dapat membangkitkan arus harmonik yang disebabkan oleh front-end atau masukan
rectifier yang cenderung menarik arus dalam bentuk non sinusoida serta tidak
kontinyu. Pengaruh yang sering timbul berupa distorsi yang menyebabkan bentuk
gelombang sinusoidal yang cacat. Penambahan kapasitor yang digunakan untuk
menaikkan faktor daya akan semakin memperkuat distorsi pada sistem. Akibat
adanya harmonik akan muncul daya aktif harmonik, daya semu harmonik, total
kuadrat harmonik arus, daya semu kuadrat yang frekuensinya bukan fundamental
akan mengakibatkan biaya beban yang harus dibayar menjadi mahal. Harmonik juga
dapat mempengaruhi meter pengukur daya sehingga daya yang terukur menjadi
terdistorsi dan akan mengakibatkan pengukuran menjadi tidak akurat. Penyelesaian
masalah harmonik pada sisi konsumen akan membawa dampak yang sangat berarti
pada tingkat penyedia daya (Arrilaga, J., 1997).
Batasan nilai distorsi harmonik dalam sistem tenaga listrik pada level
internasional diatur dalam standar IEEE 519 tahun 2014 serta IEC 61000-3-2 dan 3-4.
Batasan nilai distorsi arus harmonik maksimum
pada standar IEEE-519
dikelompokkan sesuai dengan nilai arus hubung singkat pada PCC, sedangkan
batasan nilai distorsi harmonik pada standar IEC61000-3-2 dan 3-4 dikelompokkan
berdasarkan peralatan dengan input arus per fasa sampai dengan 16 A. Pada level
nasional batasan nilai harmonik diatur pada Peraturan Menteri Energi dan Sumber
Daya Mineral RI No. 03 tahun 2007, tentang Aturan Jaring Sistem Tenaga Listrik
Jawa-Madura-Bali butir CC.21c bahwa distorsi harmonik total maksimum untuk
tegangan dibawah 150 kV adalah 3%.
3
Francis M. Fernandez. dan P.S. Chandramohanan Nair, 2007, menyebutkan
bahwa solusi yang umum digunakan untuk mereduksi harmonik adalah dengan
memasang tapis harmonik di tempat yang tepat. Salah satu tapis yang digunakan
adalah penapis pasif pita lebar. Diharapkan dengan penapisan, mitigasi untuk
beberapa orde harmonik dapat dilakukan sekaligus. Pada sistem satu fasa pengaruh
yang timbul akibat harmonik adalah terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan.
Akibat langsung yang teramati dari gangguan ini adalah bertambahnya arus yang
mengalir pada kawat netral (Izhar, M. dkk., 2003). Hal ini memerlukan investasi lebih
lanjut oleh perusahaan utilitas untuk mengurangi kerugian dalam sistem. Solusi lain
adalah dengan memberlakukan secara ketat kualitas standar untuk peralatan yang
digunakan dalam sistem untuk memastikan bahwa peralatan tersebut tidak
menimbulkan injeksi harmonik yang tinggi terhadap sistem. Solusi jangka panjang
berikutnya adalah memperkenalkan sistem tarif yang akan memberikan pinalti bagi
konsumen yang menginjeksi arus harmonik pada sistem.
Penelitian terhadap harmonik dan dampaknya telah dilakukan oleh peneliti
sebelumnya yang kebanyakan dilakukan pada sistem tenaga listrik yang tersambung
menjadi satu kesatuan. Penelitian harmonik pada industri yang sebagian besar
peralatan menggunakan ASD masih memberikan peluang untuk diteliti lebih lanjut.
1.2
Perumusan masalah
ASD yang digunakan pada sejumlah industri mengakibatkan harmonik. Sumber
harmonik dalam ASD adalah front end rectifier yang cenderung menarik arus arus
dalam bentuk non sinusoida serta tidak kontinyu. Arus harmonik menyebabkan
distorsi tegangan pada sisi sumber tenaga listrik. Pada kondisi lain, arus harmonik
dapat berpengaruh terhadap peralatan sistem tenaga yaitu transformator dan motor
yang mengalami pemanasan berlebih pada belitannya sehingga menyebabkan
penurunan tingkat isolasi dan memperpendek umur motor.
4
1.3 Keaslian Penelitian
Teknik mitigasi harmonik dari suatu industri yang mengaplikasikan banyak
adjustable speed-motor drive menjadi satu rumusan yang menarik untuk diteliti.
Penelitian tentang mitigasi harmonik telah banyak dilakukan, diantaranya dengan
filter pasif (Belgin Turkay, 2001., Cipcigan dan Chindris, 2006., Zubi dkk, 2010) dan
filter aktif dan pasif (Akagi, 2006., Michael dkk, 2010).
Dalam praktik industri di Indonesia masih banyak penerapan teknik teknik
yang tidak tepat untuk memitigasi masalah tersebut. Akibat kesalahan penerapan
teknik mitigasi menyebabkan berbagai masalah yang berkaitan dengan penurunan
kualitas daya bahkan kebakaran.
Pada penelitian ini data karakter harmonik dari suatu Industri di Yogyakarta
yang mengaplikasikan banayak sistem ASD akan dimodelkan dalam simulasi. Model
tersebut akan digunakan untuk mensimulasikan berbagai dampak yang terjadi bila
beberapa filter harmonik diterapkan didalamnya. Sehingga, pada akhirmya akan
diperoleh serta dipilih cara yang paling tepat untuk memecahkan masalah tersebut.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Mengetahui tingkat aras harmonik dalam %THD yang diakibatkan oleh ASD
sehingga diperoleh karakteristik harmonik pada beban.
2. Memodelkan karakter harmonik dalam simulasi serta melakukan simulasi
beberapa jenis filter harmonik untuk mitigasi.
3. Mengetahui perubahan nilai harmonik sebelum dan sesudah dipasang filter.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Menyampaikan informasi hasil penelitian dan rancangan pengendalian cacat
gelombang harmonik kepada khalayak yang membutuhkan.
5
2. Dari hasil penelitian akan dirancang filter yang sesuai untuk mitigasi
harmonik motor induksi dengan kecepatan yang dapat diukur sehingga
penggunaan energi listrik dapat menjadi lebih efisien serta kerusakan
peralatan yang diakibatkan oleh gelombang harmonik dapat diminimalkan.
Dengan demikian kerugian yang ditanggung oleh pengguna maupun
penyedia tenaga listrik dapat direduksi.