bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Inverter merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk merubah
tegangan listrik DC menjadi tegangan listrik AC. Inverter sering juga disebut
sebagai konverter listrik DC ke AC. Umumnya sebuah inverter tersusun atas
beberapa bagian diantaranya seperti: sumber listrik DC, unit kendali, serta output
filter. Unit kendali umumnya berfungsi untuk men drive
sinyal kepada unit
switching ( transistor, MOSFET, IGBT) pada rangkaian inverter . Unit kendali
biasanya tersusun atas rangkaian osilator yang tersusun atas rangkaian analog
maupun dengan menggunakan mikrokontroller. Tegangan output inverter masih
berbentuk gelombang AC kotak sehingga diperlukan sebuah
filter untuk
memperoleh tegangan listrik AC sinusoidal.
Pemanfaatn inverter dalam kehidupan sehari-hari cukup banyak kita jumpai
baik pada bidang industri maupun rumah tangga, terutama untuk aplikasi motor
drive dan energi terbaharukan. Energi terbaharukan merupakan salah satu solusi
alternatif yang layak dipertimbangkan untuk dapat mengurangi ketergantungan kita
akan sumber energi fosil yang secara umum masih mendominasi konsumsi energi
dunia yaitu sekitar 87 % dari total konsumsi energi dunia [1]. Berikut diagram
komposisi total konsumsi energi dunia pada tahun 2014.
Dalam beberapa dekade terakhir di seluruh dunia termasuk Indonesia,
ketersediaan sumber energi fosil khususnya minyak bumi berada dalam kondi si
yang semakin mengkhawatirkan. Menurut Menteri Energi dan Sumberdaya Mineral
Indonesia, Sudirman Said jika tidak ada upaya eksplorasi sumber minyak baru di
Indonesia maka cadangan minyak Indonesia hanya sanggup bertahan dalam waktu
kurang lebih 12 tahun lagi [2]. Usaha untuk menemukan sumber minyak baru
membutuhkan biaya yang tidak sedikit, untuk itu diperlukan upaya serius untuk
mengadakan sumber energi lain sebagai pengganti sumber energi fosil.
1
Gambar 1. 1 Total Konsumsi Energi Dunia Tahun 2014[1].
Indonesia merupakan negara yang memiliki potensi sumberdaya energi
terbaharukan yang melimpah seperti: biomassa, panas bumi, air, serta energi
matahari,
susmber-susmber
energi
tersebut
dapat
dimanfaatkan
untuk
menghasilkan energi seperti energi listrik. Beberapa penelitian telah dilakukan
untuk dapat memproduksi energi listrik dari sumber energi terbarukan.
Karakteristik sumber energi terbaharukan sangat tergantung pada kondisi
geografis suatu daerah, hal ini menjadi tantangan tersendiri bagi upaya pemanfaatan
sumber energi terbaharukan. Indonesia merupakan negara dengan kontur geografis
yang sangat beragam sehingga setiap daerah memiliki jenis serta jumlah potensi
sumber energi terbaharukan yang yang berbeda [3]. Sistem pembangkit listrik
dengan sumber energi terbaharukan berbeda dengan sistem pembangkit energi
listrik konvensional. Pada pembangkit listrik konvensional energi listrik yang
dihasilkan umumnya dalam jumlah yang relatif besar dan konstan, sedangkan pada
pembangkit listrik yang bersumber pada energi terbaharukan sangat tergantung
pada kondisi alam sehingga untuk dapat menghasilkan energi listrik siap pakai
sesuai dengan standar kebutuhan konsumen diperlukan beberapa perangkat
tambahan seperti unit penyimpan energi listrik (Akumulator), serta inverter yang
berfungsi untuk mengkonversi energi listrik arus searah (DC) menjadi energi listrik
arus bolak balik (AC). Selain aplikasi pada sistem pembangkit energi listrik yang
2
bersumber dari energi terbaharukan, penggunaan inverter juga telah banya dijumpai
pada peralatan elektronik sehari-hari misalnya pada aplikasi penggerak motor listrik
[4], oven microwave [5], catu daya untuk TV LCD [6], serta masih banyak lagi
aplikasi lainnya.
Seperti halnya pada pembangkit listrik konvensional, agar terhindar dari
kerusakan akibat gangguan listrik, inverter perlu dilengkapi dengan sebuah sistem
pengaman arus. Jenis-jenis gangguan listrik pada inverter umumnya sama dengan
gangguan pada pembangkit konvensional, tetapi perhatian khusus perlu diberikan
pada inverter disebabkan oleh komponen penyusun dari inverter itu sendiri yang
terdiri dari rangkaian elektronika daya yang lebih rawan terhadap kerusakan jika
dibanding pembangkit konvensional yang umumnya lebih kokoh.
Sebagai contoh pada gangguan arus lebih dan hubung singkat, kemam- puan
menahan arus pada inverter lebih kecil dan lebih singkat jika dibanding pada
pembangkit konvensional. Inverter yang berukuran kecil umumnya hanya
dilindungi sebuah sekering (fuse), sedangkan untuk pengaman arus pada inverter
yang lebih besar biasanya menggunakan perangkat berupa Circuit Breaker dan
beberapa rangkaian tambahan lainnya seperti sistem pengaman arus pada
pembangkit konvensional. Sistem pengaman arus yang terdiri dari sekring tersebut
tidak menjamin keamanan operasional inverter disebabkan respon terhadap
gangguan yang relatif lambat, sehingga diperlukan sebuah sistem pengaman arus
yang sesuai untuk sebuah inverter . Sistem pengaman arus pada inverter kecil yang
sudah tersedia di pasaran juga kurang fleksibel karena terintegrasi dengan inverter .
Penentuan besarnya arus lebih pada inverter umumnya disamakan dengan cara
perhitungan pada pengaman arus konvesional yang mentolerir waktu pemutusan
yang relatif lambat [7]. Sedangkan piranti elektronika daya seringkali tidak mampu
bertahan selama waktu tersebut, sehingga itu perlu dipertimbangkan kecepatan
respon terhadap gangguan dalam merancang pengaman inverter .
Sistem pengaman arus umumnya memerlukan sensor arus untuk dapat
mendeteksi terjadinya gangguan arus lebih. Beberapa sensor arus yang sering
digunakan pada inverter diantaranya resistor-shunt, hall-effect, current-sensing
MOSFET, trafo arus, dan lainsebagainnya. Pemilihan sensor arus yang optimal
3
tentunya dibutuhkan agar dapat mengahsilkan sistem pengaman arus yang sesuai.
Penjelasan mengenai jenis-jenis sensor arus tersebut dapat dilihat pada bagian 2.2.9.
Hal yang tidak kalah penting yang harus diperhatikan dalam merancang sistem
proteksi inverter adalah ketersediaan komponen elektronik yang digunakan
sehingga ketika dibutuhkan perawatan ataupun penggantian, komponen pengganti
bisat diperolah dengan mudah.
Sistem pengaman juga perlu mempunyai rekaman jejak gangguan untuk
dianalis lebih lanjut agar gangguan dapat diminimalisir di kemudian hari, serta
dapat digunakan sebagi acuan untuk melakukan perawatan inverter tersebut.
Gangguan pada inverter banyak jenisnya namun untuk merealisasikan semua
pengaman butuh biaya besar yang terkadang tidak layak untuk sistem yang berdaya
kecil. Sebelum merancang sistem pengaman arus pada inverter perlu diidentifikasi
gangguan-ganguan yang paling sering terjadi dan yang peling mungkin
menyebabkan terjadinya kerusakan pada inverter , kemudian nantinya akan dicari
solusi pengamanannya.
1.2
Perumusan Masalah
Berdasar latar belakang masalah yang telah dipaparkan pada bagian 1.1,
dapat dirumuskan beberapa permasalahan yang terkait dengan sistem pengaman
arus inverter satu fase adalah sebagai berikut:
1. Perlu dibuat sebuah sistem pengaman arus yang sensitif dengan respon yang
cukup cepat.
2. Sistem pengaman arus yang mengadopsi sistem pengaman arus pada
pembangkit konvenional tidak sesuai untuk pengaman inverter , disebabkan
komponen penyusun inverter umumnya sangat sensitif terhadap perubahan
besaran arus dan tegangan.
3. Sistem pengaman arus yang sudah tersedia di pasaraan sudah terintegrasi
dengan inverter , namun komponen pengaman arus yang digunakan relatif
sulit untuk diperoleh jika hendak melakukan peggantian komponen ketika
terjadi kerusakan.
4