BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kualitsa Daya Suatu sistem distribusi haruslah dapat mensuplai beban dengan baik (tegangan dan frekuensi yang konstan, serta kecil kemungkinan terjadi gangguan). Sifat-sifat yang harus dimiliki untuk sistem distribusi yang baik itu adalah: a. Kontinuitas Kontinuitas pelayanan yang baik, tidak sering terjadi pemutusan baik karena gangguan maupun hal-hal yang direncanakan. b. Luasan dan penyebaran Luasan dan penyebaran daerah beban yang dilayani seimbang. Khususnya untuk sistem tegangan AC 3 fasa, faktor keseimbangan pada masing-masing fasa perlu diperhatikan. c. Fleksibel Desain distribusi dan instalasi listrik harus dapat dengan mudah ditambah dan dikurangi menurut kebutuhan, atau diubah sesuai dengan keadaan sebenarnya. Peralatan yang dipasang harus dapat dilepas untuk diganti bila terjadi kerusakan atau pemindahan letak. d. Kualitas daya Kualitas daya yang baik sangat diperlukan oleh setiap pabrik, karena banyak peralatan-peralatan elektronik yang dipergunakan dipabrik yang berhubungan langsung dengan proses produksinya, kualitas daya yang baik antara lain meliputi: Kapasitas daya yang memenuhi. Tegangan yang selalu konstan dan nominal. Di pabrik yang banyak menggunakan peralatan elektronika yaitu beban induktif maupun beban non linier adalah sumber dari harmonisa, perlu juga diperhatikan besaranbesaran listrik yang menentukan baik tidaknya kualitas daya listrik di pabrik, yaitu: tegangan, frekuensi, harmonisa, faktor daya dan sistem pemanahan. Pengertian dari Kualitas Daya adalah penunjukkan statistik dan suatu system yang dapat bekerja sebesar 99,98 persen. Kualitas daya dan faktor ekonomis saling berhubungan. Faktor ekonomis sangat bergantung kepada pemilihan peralatan yang akan dioperasikan di pabrik dan pensuplaian

pada peralatan pabrik yang menjadi beban listrik. Dengan adanya kualitas daya yang baik maka faktor ekonomis dapat ditekan seminimal mungkin. Suatu pabrik dikatakan memiliki kualitas daya yang baik apabila tegangan, arus. frekuensi dan faktor dayanya konstan. Dan suatu pabrik selalu membutuhkan dua hal berikut untuk mendukung proses produksinya, yaitu: Suplai listrik yang kontinyu Untuk menjaga Supaya listrik tetap kontinyu, maka digunakan sumber listrik cadangan yaitu genset, khususnya untuk beban-beban essensial. Kualitas daya listrik yang baik Kualitas daya listrik yang baik sangat diperlukan oleh setiap pabrik, karena banyak peralatan-peralatan elektronik yang dipergunakan di pabrik yang berhubungan langsung dengan proses produksinya. Di pabrik banyak menggunakan peralatan elektronika (beban induktif maupun beban non linear) yang merupakan sumber dari harmonisa, besaran listrik yang diperhatikan dan sekaligus menentukan baik atau tidaknya kualitas daya listrik di pabrik, yaitu:1. tegangan, 2. frekuensi, 3. harmonisa, 4. faktor daya dan 5. grounding (pentanahan).

2.2.1

Tegangan Tegangan harus konstan supaya kualitas daya di pabrik tetap baik. Tetapi pada

kenyataannya tegangan tidak selalu konstan, di mana suatu saat tegangan naik dan suatu saat tegangan turun. Ada 2 hal yang menjadi penyebab tegangan menjadi tidak konstan adalah sebagai berikut: 1. Penyimpangan tegangan dalam waktu yang lama. (Long-Duration Voltage Variatiom). Meliputi : a. Tegangan lebih (Overvoltage) b. Drop Tegangan (Voltage Drop) c. Pemutusan secara terus-menerus (Sustained Irtterruption) 2. Penyimpangan tegangan dalam waktu yang singkat (Short-Duration Voltage Vanations). Meliputi :

a. Pemutusan (Interruption) b. Tegangan sag (Voltage Sags) c. Tegangan swell (Voltage SwelI) 2.2.1.1 Penyimpangan Tegangan dalam Waktu Yang Lama (Long Duration Voltage Variations) Penyimpangan tegangan dalam waktu yang lama adalah penyimpangan tegangan yang terjadi dalam waktu lebih dari satu menit. Ada 3 hal yang menyebabkan terjadinya penyimpangan tegangan dalam waktu yang lama, yaitu: a. Tegangan Lebih (overVoltage) Tegangan lebih adalah tegangan yang naik akibat dari pelepasan beban yang terpasang dari suatu siklus tenaga yang overload. dan adanya brawnouts (reduksi tegangan), atau bisa disebabkan oleh pengukuran yang tidak layak (penghitungan yang salah dari regulator dan kapasitor). Overvoltage berlangsung selama lebih dan satu menit.

Gambar 2.1.4 Kondisi Overvoltage Ketidaktelitian pada waktu menyetel transfonmer dapat mengakibatkan system menjadi overvoltage. b. Drop Tegangan (Voltagt Drop) Drop tegangan adalah tegangan yang turun akibat dari banyaknya beban yang terpasang atau pemakaian beban yang berlebihan. Drop tegangan berlangsung sekitar lebih dari satu menit. Selain beban yang berlebihan, drop tegangan dapat disebabkan karena penggunaan kabel yang sudah tidak layak dipakai. Tegangan drop bisa terjadi pada keseluruhan sistem antara generator dan beban yang digunakan. Dengan memperhatikan tegangan yang diperbaiki pada seluruh sistem tenaga, maka tidak terlalu banyak drop tegangan yang terjadi

Bentuk tegangan yang khas pada beban yang berat dan beban yang ringan, diperlihatkan pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.2.1 Profil Tegangan Tepat Pada Sistem Selama Beban Ringan dan Beban Berat Profil tersebut menunjukan penurunan dan kenaikan tegangan yang akan terjadi di seluruh sistem antara generator dan beban yang diberikan. Selama satu hari, ada suafu perbedaan pasti dalam tingkat tegangan antara periode "beban berat" dan "beban ringan". Di bawah beban berat, aliran daya terjadi penurunan tegangan yang lebih besar. Di bawah beban ringan terjadi penurunan tegangan yang sedikit Gambar diatas menunjukkan tegangan dihentikan sepanjang power $ysttmy secara keseluruhan memungkinkan bahwa standar tegangan hsi didapat dengan menggunakan perlengkapan kontrol tegangan dan sub-station. c. Pemutusan Secara Terus-menerus (Svsiained Interruptiori) Pemutusan tegangan secara terus rnenenis adalah apabila tegangan sumber listrik berharga 0 (nol) pada waktu lebih dari satu menit. 2.2.1.2 Penyimpangan Tegangan Dalam Waktu Yang SingkaKS/wn Dvration Voltage Variations) Penyimpangan Tegangan dalam waktu yang singkat adalah penyimpangan tegangan yang terjaili rialam waktu kurang dan saln menit Hal ini sering dijumpai pada waktu beban yang berkekuatan besar pertama kali di stan. Ada 3 hal yang menyebabkan terjadinya penyimpangan tegangan dalam waktu yang singkat, yaitu: a. Pemutusan (Irtterruption) 1

Pemutusan terjadi ketika tegangan penyuplai atau arus beban menurun sampai 0.1 pu urtuk periode waktu tidak lebih dari saru menit, b. Tegangan Sags (Voltage Sags) b. Tegangan sag Tegangan sag merupakan pengurangan paca tegangan dalam waktu yang singkat (lamanya 0.02 - 0.5 detik) di luar toleransi normal peralatan elektronik. Sebagai penyebab tegangan sag adalah: 1. Kesalahan pada saluran transmisi atau di dalam sistem distribusinya. 2. Penambahan beban dalam jumlah yang besar dari awal start (motor-motor, transtormer suplai tenaga arus DC yang besar). Sag menunjukkan hilangnya daya yang ada untuk sementara waktu dan dapat menyebabkan peralatan mati (shutdown). Tegangan sag dalam sebuah fasilitas industri biasanya dikarenakan oleh beban penyalaan (switehing on) yang besar Gambar 2.3 dan 2.4 di bawah ini menggambarkan pengurangan tegangan sag yang besar pada transformer dan subtransmisi.

Gambar 2.3 Tegangan Sag yang Besar Dikarenakan Kesalahan Pada Transformer

Gambar 2.4. Tegangan Sag Tegangan Sag yang Disebabkan pada Kesalahan Subtransmis dan kadang-kadang tegangan sag ini dapat merrjadi besar dan mempengaruhi peralatan-peralatan seperti PLC atau komputer menjadi Trip. c. Tegangan Swell (VoltageSwell) Tegangan swell merupakan penambahan pada tegangan (lamanya kurang dan 0.07-0.5 detik) di luar dari toleransi normal peralatan elektronik. Untuk lebih jelasnya tegangan swell seperti terlihat pada gambar 2 5 di bawah:

Gambar2.5. teganganSwell Swell disebabkan dari pengurangan beban yang mendadak serperti pada terbuangnya daya dari banyaknya motor yang digunakan. Swell dapat merusakkan peralatan elektronika. Lama dari swell ini tergantung pada sistem proteksinya, yang mana dapat berlangsung selama beberapa detik. Perbedaan antara overvoltage dan swell terletak pada waktunya, apabila kenaikan tegangannya lebih dari 0.5 detik berani termasuk overvoltage tetapi bila kenaikan tegangan antara 0.02-0.5 detik termasuk tegangan swelL Intensitas maksimum dari swell untuk beberapa lim-io-grcamd untuk desain sistem distribusi yang berbeda (per IEEE C 62.92-1991) dapat ditunjukan di bawah ini. System Ungrounded Four-wire multigrounded ( spacer cable ) Three- or four-wire unigrounded ( open wire ) Four-wire multigrounded (open wire-gapped) Fourwire multigrounded ( open wire-MOV) Overvoltage Magnitude 1.85 x ELG 1.5xE|,a 1.4Xr-LG 1.25 X ELG 1-35

xEm"

ELG " Nominal line-to-ground voltage of system * Because the metal-oxide varistor ( MOV ) arrester is more sensitive to poor grounding, poor regulation, and the reduced saturation sometimes found in newer transformers-rnany utilities are using a more conservative 1.35 faktor 2.2.2 Frekuensi Frekuensi harus konstan supaya kualitas daya listrik di pabrik baik. Sama halnya dengan tegangan, frekuensi juga tidak selalu konstan dimana suatu saat frekuensi naik dan suatu saat frekuensi turun. Toleransi frekuensi boleh naik atau turun adalah 3 %(48,5 -51.5 Hz). 2.2.3 Harmonisa Dalam sistem tenaga ideal, tegangan yang seharusnya terjadi sebagai akibat dari aliran beban adalah gelombang sinus yang sempurna. Kondisi yang tidak petuah ideal, sehingga bentuk gelombang tersebut sering menyimpang. Deviasi sinusoida sempurna biasanya diekspresikan dengan istilah gangguan harrnonisa dari tegangan dan aliran bentuk gelombang. Masalah gangguan harrnonisa tidaklah bani nnfiik peralatan. Kenyatannya, beberapa gangguan diteliti oleh kegunaan personil operasional awal tahun 1920-an. Secara khusus, gangguan yang disebabkan oleh beban non linear yang dihubungkan pada peralatan sistem distribusi. Di masa lalu. beberapa sumber harrnonisa tidak banyak, dan harrnonisa sering secara efektif dikurangi segera dengan penggunaan grovndmg transformator dengan hubungan delta. Sekarang, metode tambahan yang berkaitan dengan harmomsa adalah penting, karena mempengaruhi perkembangan berikut: a. Perkembangan aliran dalam penggunaan konverter/ww statis b. Menambah resonansi jaringan c. Sistem kelengkapan power dan bahan yang lebih sensitif pada harmonisa Ada dua kriteria yang sekarang digunakan untuk mengevaluasi gangguan harmonisa. Pertama adalah batasan dalam arus harmonisa bahwa seorang pengguna harus dapal mengetahui besarnya anis harmonisa yang ada dalam sistem peralatan. Hal ini untuk melindungi pengguna lain pada feeder dan kegunaan yang sama, supaya tidak mempengaruhi

kualitas daya yang telah ada. Kriteria kedua yaitu menspesifikasikan kualitas tegangan yang diperlukan juga untuk mengetahui seberapa besar pengaruhnya terhadap kualitas daya yang ada. 2.2.3.1 Definisi Harmonisa Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul atau terjadi akibat dioperasikannya beban listrik dalam keadaan yang non linear, dimana terbentuk gelombang pada frekuensi tinggi (merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya, seperu 100 Hz, 150 H/, 200 H*, 250 Hz, 300 Hit dan selerusnva) yang dapat mengganggu sistem jaringan listrik pada frekuensi fundamentalnya dan karena distorsi harmonisa tersebut gelombang tegangan dan arus sinusoidal mumi menjadi cacat Perbandingan bentuk gelombang antara sistem yang tidak terdistorsi harmonisa dengan sistem yang terdistorsi Itarmonisa dapat dilihat pada gambar 2.6 dan 2.7 berikut ini:

2.6 bentuk gelombang yang tidak terdistorsi harmoisa

2.7 bentuk gelombang terdistorsi harmoisa Dengan semakin banyaknya alat-alat non linear yang dipakai, distorsi harmonisa dai i bentuk gelombang tegangan melupakan persoalan yang cukup mendapat perhatian. Arusarus hannonisa dibangkitkan karena penggunaan alat-alat, misalnya: penyearah. inverter, penggerak kecepatan variabel, dan lainnya. Besar dan derajat harmonisa yang ditimbulkan beban, anis harmontsa dapat ditentukan secara analitis. Semakin banyak tahap-tahap pada peralatan, semakin, sedikit jumlah harmonisanya dan juga semakin kecil. Setiap bentuk gelombang periodik yang tidak berbentuk sinusoidal dapat dinyatakan dalam jumlah seri harmonisa frekuensi dasar dengan menggunakan analisis Fourier. Rumus persamaan analisis Fourier:

Jika f(t) adalah I i m 1 si genap, maka nilai koefisien bn=0, sehingga f(t) hanya terdiri dari komponen cosinu saja. Jika fit) adalah fungsi ganjil maka nilai koefisien a n=0 dan ao=0. sehingga fit) hanya terdiri dari komponen sinus saja Sedangkan untuk mengetahui harmonisa ganjil berapa saja yang muncul, ini tergantung dari berapa pasang dioda yang dipakai. Bila dioda yang dipasang adalah 3 pasang maka digunakan rumus 6nl, jadi harmonisa ysng muncul adalah 5, 7, 11, 13, dan seterusnya. Tetapi bila dioda yang dipasang adalah 2 pasang maka digunakan rumus 4n 1, jadi harmonisa yang muncul adalah 3, 5, 7, 9, dan seterusnya. Analisa dar i harmonisa dapat juga dilakukan pada rangkaian itu sendui dengan bantuan analisator harmonisa. Bentuk gelombang diambil sampelnya dengan analisator mengikuti seluruh daerah frekuensinya maka keluarlah frekuensi yang bermacam-macam. Standar harmonisa yang diijinkan untuk arus dan tegangan dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 2.2. Tabel Limit Distorsi Arus Harmonisa MAXIMUM HARMONIC CURRENT DISTORSION In % of

Fundamental he II HARMONIC ORDER ( ODD HARMONICS )