Pengenalan Mata Kuliah Mutu Tenaga Listrik

DISTORSI HARMONISA
Happy Novanda, PhD
Definisi Harmonisa [1]
• Pada umumnya, energi listrik diproduksi pada
frekuensi yang konstan yaitu 50 atau 60 Hz dan
berbentuk sinusoid.
Definisi Harmonisa [2]
• Ketika tegangan sinusoid ini digunakan untuk
beban nonlinier, maka arus yang dihasilkan
akan berubah menjadi tidak sinusoid sempurna.
• Adanya impedansi sistem dan arus yang tidak
sinusoid sempurna, maka akan terjadi drop
tegangan yang juga tidak sinusoidal 
harmonisa.
Definisi Harmonisa [3]
Definisi Harmonisa [4]
• Menurut IEEE 1159-1995: harmonisa adalah
komponen sinusoid dari sebuah gelombang
dengan frekuensi yang merupakan perkalian
integer dari frekuensi fundamental.
Definisi Harmonisa [5]
Pentingnya Analisis Distorsi
Harmonisa
• 50-60% dari alat-alat kelistrikan yang
digunakan merupakan beban nonlinier
• Dapat merusak alat-alat milik konsumen dan
sistem tenaga listrik karena adanya overcurrent/over-voltage dan distorsi gelombang.
• Peningkatan rugi-rugi daya.
Cara Menghitung Distorsi
Harmonisa [1]
• Total Harmonic Distortion (THD)  Digunakan
untuk menghitung kontribusi seluruh harmonisa
(dari semua frekuensi) terhadap frekuensi
fundamental.
• Individual Distortion Factor (DF)  Digunakan
untuk menghitung nilai distorsi pada orde
harmonisa yang diinginkan
Cara Menghitung Distorsi
Harmonisa [2]
• THD % dapat dihitung dengan cara berikut:
hmax
THDv % 
V
h2
V1
hmax
2
h
 100
THDi % 
2
I
h
h2
I1
 100
Cara Menghitung Distorsi
Harmonisa [3]
• DF dapat dihitung dengan cara berikut:
Uh
DFh 
U1
Akibat Distorsi Harmonisa [1]
• Timbul panas yang berlebih dan kegagalan yang
prematur dari trafo distribusi
 Peningkatan rugi-rugi tembaga
• Timbul panas yang berlebih
mekanis pada sistem motor
serta
osilasi
 Memproduksi medan magnet yang rotasinya
berlawanan dengan fundamental
Akibat Distorsi Harmonisa [2]
• Timbul panas yang berlebih dan kerusakan pada
konduktor neutral.
 Pada sistem 3 phasa dengan 4 kawat, distorsi
harmonisa pada satu fasanya akan menambah
arus konduktor netral
 Kegagalan operasi dari alat-alat kontrol yang
sensitif dan relay proteksi.
Akibat Distorsi Harmonisa [3]
• Tripnya circuit breaker disebabkan kesalahan
pengertian, misalnya menganggap arus berlebih
ini merupakan fault.
• Kegagalan operasi dari voltage regulator.
• Kegagalan koreksi power factor
 Impedance Zc dari capacitor bank turun karena
frekuensi turun.
 Capacitor bank berperan sebagai pengumpul
arus harmonisa orde tinggi.
Sumber dari Harmonisa [1]
• Pembangkitan
 Penggunaan inverter dan
pembangkitan tenaga listrik
baterai
pada
• Jaringan transmisi dan distribusi
 Transformator yang terhubung pada jaringan,
adanya sistem transmisi High Voltage Direct
Current (HVDC) yang dilengkapi dengan converter
yang besar, serta load-load besar yang terhubung ke
jaringan.
Sumber dari Harmonisa [2]
• Beban konsumen
 Mesin-mesin industri umumnya dilengkapi
dengan power electronic converter.
 Alat-alat rumah tangga yang merupakan beban
nonlinier seperti komputer dan TV.
Standar untuk Limit dari
Harmonisa [1]
• IEEE 519-1992 Untuk harmonisa arus
Standar untuk Limit dari
Harmonisa [2]
• IEEE 519-1992 Untuk harmonisa tegangan
Bus Voltage
THD-v (%)
<= 69Kv
Voltage Harmonic
limit as (%) of
Fundamental
3.0
69 - 161Kv
1.5
2.5
>= 161 Kv
1.0
1.5
5.0
Cara Mengurangi Distorsi
Harmonisa
• Melalui desain power system sebagai berikut:
 Membatasi beban nonlinier pada 30% dari
kapasitas transformator.
 Membatasi beban nonlinier pada 15% dari
kapasitas
transformator
ketika
terdapat
capacitor bank.
Cara Mengurangi Efek Distorsi
Harmonisa [1]
• Pada Transformator Delta-Delta dan Delta-Wye
 Menggunakan dua transformator yang berbeda
dengan beban nonlinier yang sama.
• Isolasi pada transformator
 Menggunakan alat untuk menyamakan nilai
tegangan dengan menaikkan atau menurunkan
tegangan sistem .
 Menggunakan AC atau DC drives sebagai bridge
rectifiers
Cara Mengurangi Efek Distorsi
Harmonisa [2]
• Reaktor untuk Isolasi Line
 Memiliki biaya yang rendah.
 Menambah reaktor kecil yang dipasang seri
dengan Capacitor Bank untuk digunakan sebagai
filter.
 Menggunakan dioda bridge rectifier untuk
menghindari masalah harmonisa yang akut.
Cara Mengurangi Efek Distorsi
Harmonisa [3]
• Shunt-Harmonisa atau filter trap
 Digunakan pada aplikasi dengan rasio nonlinier
terhadap sistem untuk menghilangkan arus
harmonisa.
 Memberikan nili koreksi distorsi power factor
yang benar.
Reference
[1]www-ppd.fnal.gov/EEDOfficew/Projects/CMS/LVPS/mg/8803PD9402.pdf
[2]www.pge.com/docs/pdfs/biz/power_quality/power_quality_notes/har
monics.pdf
[3] www.metersandinstruments.com/images/power_meas.pdf
[4]http://engr.calvin.edu/PRibeiro_WEBPAGE/IEEE/ieee_cd/chapters/
CHAP_9/c9toc/c9_frame.htm
[5] Bhim Singh et al, ΄΄A Review of Active Filters for Power Quality
Improvement΄΄, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 46, No. 5,
Oct. 1999, pp. 960-971.
[6] J.M. Bowyer, ΄΄Three-Part Harmony: System Interactions Leading to
a Divergent Resonant System΄΄, IEEE Trans. on Industry Applications,
Vol. 31, No. 6, Nov/Dec 1995, pp. 1341-1349.
[7] R.D. Hondenson and P.J. Rose, ΄΄Harmonics: the Effects on power
Quality and Transformers΄΄, IEEE Trans. on Industry Applications, Vol.
30, No.3, May/June 1994, pp. 528-532.
TERIMA KASIH