Analisis Dampak Harmonisa Terhadap Kinerja Transformator Distribusi PT.PLN Cabang Bogor
M. Yusuf , Riana T. Mangesa dan Iwan Suhardi Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM ABSTRAK Adanya harmonisa ini pada jaringan distribusi, ternyata memberi pengaruh pada Transformator Distribusi sebagai komponen tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan beban yaitu adanya peningkatan rugi eddy current dan rugi belitan. Setelah melakukan pengukuran dan penganalisaan kandungan harmonisa pada lima transformator distribusi berdasarkan jenis pelanggan PLN cabang Bogor, diketahui adanya harmonisa arus dan harmonisa tegangan pada setiap transformator. Harmonisa arus (dalam %THDI) pada setiap transformator melebihi standard yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; sedangkan harmonisa tegangannya (dalam %THDV) tidak melebihi standar (5%), yaitu 1.9%, 1.66%, 2.2%, 2.2%, 2.33%. Akibat adanya harmonisa arus pada trafo menyebabkan bertambahnya rugi eddy current pada setiap transformator. Pertambahan rugi-rugi terbesar terjadi pada trafo 250kVA di Pusat Perbelanjaan, Bogor( Pembebanan 73.33%), yaitu 1.04%. Kata-kata kunci: Transformator, Transformator, harmonisa,
I.
TRANSFORMATOR DISTRIBUSI, transformator
Pendahuluan
distribusi merupakan alat yang memegang peranan Dengan pertumbuhan ekonomi maka kebutuhan atau daya beli masyarakat terhadap beban listrik semakin meningkat pula, hal ini dapat dilihat semakin meningkatnya pemakaian peralatan elektronik atau elektronika daya yang semakin meningkat, seperti : komputer, printer, UPSs (Uninterruptible power supplies), peralatan elektronik yang menggunakan suplay tenaga dengan mengkonvert dari AC ke DC, lampu fluorescent dengan elektronik ballast, batere charger dan lainlain.
penting dalam sistem distribusi, maka apabila terjadi harmonisa pada transformator distribusi ini maka sangat mempengaruhi kinerja dan kualitas dari transformator distribusi tersebut .
II. Tinjauan Pustaka
Harmonisa
adalah
distorsi
periodik
dari
gelombang sinus tegangan dan arus dengan bentuk gelombang yang frekuensinya merupakan kelipatan
Tetapi di sisi lain dengan meningkatnya pemakaian
diluar bilangan satu terhadap frekuensi fundamental
peralatan elektronik tersebut memberi dampak atau
pada mana sistem suplai dirancang beroperasi [3].
memberi pengaruh yang tidak baik pada sistem
Gelombang
ketenagalistrikan. Peralatan computer, UPS, Printer
gelombang sinusoidal sinusoidal dan harmonisa [4] seperti
yang disebutkan di atas dikenal sebagai beban non
pada
linear. Beban non linear ini dapat mengakibatkan
terdistorsi merupakan gelombang kontinyu dan
munculnya harmonisa pada sistem ketenagalistrikan
periodik
dalam sistem distribusi tenaga listrik. Salah
satu
komponen
dalam
Gambar
terdistorsi
1.
merupakan
Gelombang
jumlah
harmonisa
dan
Terdistorsi merupakan gelombang kontinyu dan sistem
ketenagalistrikan dalam sistem distribusi adalah
periodik sehingga sesuai dengan deret Fourier seperti Persamaan (1) dan (2) [6].
yaitu: batasan untuk harmonisa arus (%ITHD) dan batasan harmonisa tegangan (%VTHD). %ITHD adalah persentase jumlah total arus yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya.
Untuk
menentukan
%ITHD
tergantung dari besarnya rasio dari Isc/IL . Isc adalah Gambar 1. Gelombang Terdistorsi, Fundamental dan
Harmonisa Ketiga.
arus hubng singkat yang ada pada PCC sedangkan IL adalah arus beban nominal.
(THD)
PENGARUH
didefenisikan sebagai persentase total komponen
DISTRIBUSI
Total
Harmonic
Distortion
harmonik terhadap komponen fundamentalnya . Indeks ini digunakan untuk mengukur deviasi bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonik dari gelombang sinus sempurna. Pada saat terjadi gelombang sinus sempurna maka nilai THD adalah nol. Berikut ini adalah rumus THD untuk tegangan dan arus.
HARMONISA
PADA
TRAFO
Transformator distribusi dirancang untuk menyalurkan daya yang dibutuhkan ke beban dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya. Pada Transformator, yang akan mengalami kerugian daya adalah kumparan primer, kumparan sekunder, dan
inti besinya ( ferromagnetic losses). Arus
harmonik dan tegangan harmonik yang timbul pada trafo dapat menambah kerugian daya berupa panas
THD tegangan :
√ ∑
lebih. Ada 3 pengaruh yang ditimbulkan oleh panas lebih tersebut yaitu: a.
THD arus :
kVA beban yang dibutuhkan, arus harmonik
∑√
%V
THD
adalah persentase jumlah total tegangan
dapat mengakibatkan arus rms trafo menjadi lebih besar dari kapasitasnya. Maka akan meningkatkan rugi-rugi pada penghantar. b.
yang terdistorsi oleh harmonik terhadap frekuensi fundamentalnya dan %I
THD
Arus RMS. Jika kapasitas trafo hanya untuk
Rugi - Rugi Arus Eddy (P ) Rugi arus eddy ce
perlu diamati karena distorsi arus beban relatif
adalah persentase jumlah
lebih tinggi. Dengan adanya arus frekuensi
total arus yang terdistorsi oleh harmonik terhadap
harmonik
frekuensi fundamentalnya.
bertambahnya rugi-rugi inti yang sebanding
Standar harmonisa yang digunakan adalah standar IEEE 519 “ IEEE Recommended Practices and Requiretment for harmonic Control in electric in Electrical Power System “, ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa
lebih
tinggi
menyebabkan
terhadap kuadrat arus beban rms dan kuadrat frekuensi. Bertambahnya
rugi-rugi
arus
eddy
berpengaruh pada kerja trafo distribusi .
∑ =
c.
x
)
Rugi – rugi Inti Peningkatan rugi inti yang
disebabkan oleh harmonisa bergantung pada pengaruh harmonisa pada tegangan yang diberikan dan rancangan dari inti trafo.
III. Metode Pengambilan Data
Metode pengambilan data dilakukan dengan cara melakukan pengukuran di lapangan pada setiap transformator distribusi yang ada di cabang bogor
(ada 2514 buah Transformator Distribusi) terkususnya daerah kota bogor dan sekitarnya sekitarnya (ada
IV
Hasil dan Analisis
569 buah Transformator Distribusi). Pengukuran dilakukan pada 5 buah transformator distribusi milik cabang Medan yang mewakili beberapa jenis
1.PERHITUNGAN ARUS HUBUNG SINGKAT DAN ARUS BEBAN
Konsumen ( Pusat Kota, Perumahan Biasa, Pusat perbelanjaan, Daerah Bisnis/ Usaha). Waktu pengukuran dilakukan pada siang hari. Dalam
menganalisa
harmonik
terdapat
beberapa indeks yang penting untuk menggambarkan efek dari harmonik pada komponen sistem tenaga. Total Harmonic Distortion/ THD THD didefenisikan sebagai persentase total komponen harmonik terhadap komponen fundamentalnya . Indeks ini digunakan untuk mengukur deviasi bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonik dari gelombang sinus sempurna. Pada saat terjadi gelombang sinus sempurna maka nilai THD adalah nol. Berikut ini adalah rumus THD untuk tegangan dan arus. THD tegangan :
∑√
THD Arus :
2. PERSENTASI PEMBEBANAN PADA MASING-MASING TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
√ ∑
Individual Harmonic Distortion/IHD Individual Harmonic distortion merupakan rasio nilai rms dari harmonic individual terhadap nilai rms fundamental.
Sebagai contoh, nilai rms arus harmonik ketiga pada beban non linier adalah 20 A. Nilai rms dari arus harmonik kelima adalah 15 A, dan nilai arus fundamental adalah 60A. Maka nilai IHD ke 3 dan 5 adalah :
3. PERHITUNGAN THD ARUS DAN TEGANGAN.
Analisa THD tegangan
Dari tabel diatas dapat terlihat bahwa THD Arus Total pada masing-masing transformator distribusi melebihi standard. Untuk rata-rata THD arus total pada masing-masing Transformator adalah :
Transformator 1 = 9.0 % Transformator 2 = 9.7 % Transformator 3 = 12.82 %
V
Kesimpulan dan Saran
Setelah melakukan penelitian dan dari hasil analisa data-data pengukuran maka diperolehlah kesimpulan: 1. THD Arus Total pada masing-masing transformator distribusi melebihi standar yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; dan tidak terlalu bermasalah karena rata-rata THD Arus total masih belum melebihi kapasitas pembebanan dari masingmasing transformator. 2. THD Tegangan pada masing-masing transformator setiap phasanya masih di bawah standard yang ditentukan dari IEEE 519( 5%). 3. Semakin tinggi total arus harmonisa pada setiap phasa di masing-masing transformator maka semakin tinggi pula rugi-rugi beban (PLL), 2
pertambahan Rugi-Rugi I R , dan pertambahan rugi Eddy Current. 4. Kenaikan rugi-rugi pada transformator berubah-ubah diasumsikan sesuai dengan kuadrat dari frekuensi. 5. Pertambahan rugi-rugi ( Rugi belitan dan Rugi Eddy Current ) pada setiap transformator distribusi yaitu 0.04%, 0.02%, 0.09%, 1.04%, 0.44
Untuk mengantisipasi masalah harmonisa pada transformator distribusi maka : 1. Sebaiknya Pihak PLN juga memperhatikan kandungan harmonisa pada transformator distribusi ketika melakukan pemeliharaan, dan memantau nilainya setiap pertambahan beban pada suatu daerah.
4. Penelitian kedepan dilakukan cara-cara untuk mengurangi pengaruh harmonik pada transfromator distribusi, dan perancangan Transformator Distribusi untuk beban-beban yang menimbulkan harmonisa.
DAFTAR
1.
PUSTAKA
Arrillaga,Jos Arrillaga,Jos & Neville R Watson,” Watson,” Power
System Harmonics”,second edition, John Wiley & Sons, Ltd, 2004. 2.
C.Sankaran,”Power Quality”, USA: CRC Press
LLC,2002
Dugan,Roger
C,etc,”Electrical
Systems
Quality”,second
Power
edition,McGraw-Hill edition,McGraw -Hill
Inc,2002. 3. Gonen, Turan, “Electric Power Distribution System Enginnering”, International Edition, McGraw Hill Book Company, Singapore, 1986 4. Kadir, Abdul,”Distribusi Dan Utilisasi tenaga Listrik”, Universitas Indonesia, Jakarta,2000. Jakarta,2000. 5.
Bishop, Owen, ’’Dasar - Dasar Elektronika“,
Penerbit Erlangga ,Jakarta,2004 6.
Kadir, Abdul, “Transformator”, Penerbit PT.
Elex Media Komputindo, Jakarta, 1989. 7. Miller,T. E. J, “Reactive Power Control In Electric System”,Jhon Wiley & Sons Inc, 1982. 8.
Wijaya, Mochtar, “Dasar -Dasar Mesin Listrik”,
2. Perlunya mengetahui seberapa level harmonik yang diijinkan menjadi penting diketahui sehingga Transformator Distribusi bisa awet dan tahan lama.
Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001.
3. Perlu perhatian khusus untuk harmonisa arus dan tegangan, walaupun nilainya masih kecil.
Jakarta, 1995.
9. Zuhal, “Dasar Teknik Tekni k Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Edisi ke-5, ke -5, Penerbit Gramedia,
