Nama : Salman Al Farisi
NIM : 1104405079
Matkul : Kualitas Daya Listrik
Soal :
Ketika distorsi harmonisa muncul dalam system distribusi, masalah kompensasi daya reaktif berubah menjadi masalah yang kompleks. Salah satu alat yang digunakan untuk perbaikan kualitas daya listrik adalah dengan filter harmonisa. Sebutkan dan jelaskan prinsip kerja filter-filter harmonisa yang saudara ketahui!
Jelaskan pengaruh Asymetri pada peralatan-peralatan listrik.
Jelaskan pengertian dari transient dan sebutkan serta jelaskan hal yang menyebabkan terjadinya transient.
Idealnya, bentuk gelombang tegangan dan arus yang dibangkitkan berbentuk sinus yang murni (smooth sine wave). Akan tetapi fakta di lapangan menunjukkan bahwa bentuk gelombang tegangan maupun arus tidak semulus yang diinginkan. Penyimpangan dari bentuk gelombang yang ideal tersebut sering dinyatakan sebagai THD (Total Harmonic Distortion) sebutkan beberapa cara untuk mengurangi THD
Daya adalah energy yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam system tenaga listrik, daya merupakan jumlah energy yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Untuk memperbaiki kualitas daya listrik ada teori yang disebut teori kompensasi, apa yang dimaksud dan tolong jelaskan ! (dengan sebuah contoh perhitungan)
Jawaban :
Ada beberapa jenis filter harmonisa, berikut adalah filter-filter harmonisa beserta prinsip kerjanya :
Tuned filter
Tuned filter secara umum digunakan pada sistem tegangan tinggi untuk mengurangi level harmonisa arus. Tuned filter terdiri dari kapasitor yang terkoneksi secara seri dan reaktor induktif. filter memainkan peran ganda pada sistem tenaga yaitu:
Mengurangi harmonisa
Mengkompensasi daya reaktif.
Prosedur mendesain filter terdiri dari beberapa langkah diantaranya
Penentuan kapasitor daya reaktif untuk mengkompensasi permintaan daya reaktif
Menghitung kapasitansi yang dibutuhkan
Menentukan nilai kapasitansi filter yang akan dipasang.
menghitung nilai dari induktor reaktif untuk tiap harmonisa
Menghitung tegangan dan arus filter.
Filter paralel disesuaikan pada frekuensi tertentu dan menghasilkan impedansi yang sangat rendah untuk arus harmonisa. Impedansi rendah menangkap arus harmonisa ke dalam lingkaran antara beban nonlinier dan filter untuk menghindari penetrasi harmonisa pada sistem catu daya.
namun, Tuned filter pemasangannya membutuhkan setidaknya 3 filter bank untuk tiap fasa.
B. De-tuned filter
Pemasangan dari Tuned filter sangat mahal dan tidak diperlukan ketika gangguan harmonisa relatif rendah. Namun, pada kasus seperti itu mungkin perlu memasang de-tuned filter. Ada 2 situasi dimana de-tuned filter diperlukan :
Kapasitor kompensasi daya reaktif menyebabkan resonansi untuk frekensi harmonisa tertentu.
Sinyal ripple Control dari pemanas air diredam oleh kapasitor bank kompensasi daya reaktif
Pada kasus pertama, reaktor induktif dihubungkan seri dengan kapasitor didesain untuk memberikan impedansi yang lebih tinggi pada frekuensi resonansi. Pada kasus kedua, induktor reaktif meningkatkan impedansi dari kapasitor bank untuk frekensi yang digunakan pada ripple control. Frekeuensi ini biasanya sekitar 400Hz, 900Hz atau 1200Hz.
De tuned filter tidak langsung mengurangi distorsi harmonisa. Pertama, de-tuned filter mengubah impedansi sistem untuk mengurangi frekuensi resonansi. Kedua , de-tuned filter melindungi kapasitor terhadap arus berlebih.
C. Damped Filter
Damped filter digunakan untuk menyediakan pergantian selama rentang frekuensi yang luas. Seringkali hanya memberikan penyaringan untuk konverter kecil. Ketika arus harmonik mencapai nilai yang besar, damped filter digunakan dalam hubungannya dengan tuned filter, yang mengurangi frekuensi yang lebih rendah, sementara redaman filter mengurangi frekuensi harmonik yang lebih tinggi [81. Umumnya digunakan topologi penyaring basah ditunjukkan pada Gambar.
Gambar. Topologi Damped filter. Dari kiri ke kanan : urutan filter pertama, urutan filter ke dua dan urutan filter ketiga
Prosedur desain filter damped adalah sebagai berikut:
Asumsikan nilai untuk m. Semakin kecil nilai m admitansi yang paling besar yang diberikan R
Pilih frekuensi yang filternya bernilai maksimum
Hitung ω0, C, L, R dan admitansi
Hitung kerugian filter. Jika mereka tidak dapat diterima, pilih nilai yang lebih besar dari m dan ulangi perhitungan
Sebuah nilai yang rendah dari resistansi filter mengurangi kerugian penyaring tetapi mengarah ke impedansi rendah untuk arus fundamental. Demikian pula, reaktansi besar meningkatkan admitansi untuk menyeberang frekuensi tetapi menciptakan jalur impedansi rendah untuk arus frekuensi dasar
Dampak Asimetris Terhadap Peralatan Listrik
Peralatan listrik tiga fasa dan saluran suplai didesain dengan asumsi simetris dari tegangan dan arus. Efek khusus asimetris meliputi :
Rugi – rugi dalam elemen saluran suplai dan peralatan listrik
Pengurangan umur pakai isolasi sebagai rugi – rugi tambahan dan meningkat menurut suhu
Peningkatan permintaan untuk daya reaktif
Pengurangan daya reaktif kapasitif
Pengurangan faktor daya
Arus dan tegangan asimetris memberikan pengaruk berupa kerugian baik pada peralatan listrik dan saluran suplai.
Mesin Sinkron
Generator sinkron menghasilkan tegangan simetris; karena itu, ketika terhubung langsung dengan saluran tegangan tinggi, efek asimetris sistem distribusi tidak signifikan. Bagaimana pun, ketika sebuah generator sinkron mensuplai sebuah beban asimetris yang dapat mengambil tempat untuk sistem generasi tersebar yang kecil, arus dan tegangan asimetris menurunkan kondisi operasi mesin sinkron menyebabkan,
Rugi – rugi tambahan pada rotor dan stator
Gesekan mekanik pada poros rotor
Torsi mekanik tambahan
Pengurangan daya yang dihasilkan
Rugi – rugi tambahan pada rotor dan stator menyebabkan peningkatan suhu, yang menuju pada daya keluaran. Untuk mengurangi efek negatif asimetris, diasumsikan perbedaan arus fasa harus kurang dari 10% dari nilai nominal untuk turbogenerator dan 20% untuk hydrogenerator.
Mesin Induksi
Mesin induksi dikonstruksi sebagai beban simetris tiga fasa. Tegangan asimetris hasil dari beban lain dapat menyebabkan :
Pengurangan daya keluaran maksimum
Pengurangan torsi mekanik
Peningkatan permintaan daya
Pengurangan umur pakai karena peningkatan suhu udara
Getaran motor
Pengertian dari transient dan sebutkan serta jelaskan hal yang menyebabkan terjadinya transient
Transient merupakan perubahan variabel (tegangan, arus) yang berlangsung saat peralihan dari satu kondisi stabil ke kondisi yang lain. Penyebab terjadinya transient antara lain :
a. Load switching (penyambungan dan pemutusan beban)
b. Capacitance switching
c. Transformer inrush current
d. Recovery voltage
Gejala transien ini di klasifikasikan menjadi 2 jenis, impulsive transient dan oscillatory transient. Impulsive transient merupakan gejala transien yang disebabkan oleh petir.
impulsive transient
Transien impulsif adalah peristiwa puncak tiba-tiba tinggi yang meningkatkan tegangan dan / atau arus tingkat baik positif atau arah negatif. Jenis peristiwa dapat dikategorikan lebih lanjut oleh kecepatan di mana mereka terjadi (cepat, sedang, dan lambat). Transien impulsif bisa sangat cepat peristiwa (5 nanodetik [ns] waktu naik dari steady state ke puncak impuls) dari jangka pendek durasi (kurang dari 50 ns).
Catatan: [1000 ns = 1 mikrodetik] [1000 mikrodetik = 1 ms] [1000 ms = 1 detik]
Salah satu contoh dari transien impulsif positif disebabkan oleh elektrostatis (ESD) acara debit diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Positif Impulsif Transient
Transien impulsif adalah apa yang kebanyakan orang mengacu pada ketika mereka mengatakan mereka telah mengalami peningkatan atau lonjakan. Banyak istilah-istilah yang berbeda, seperti gelombang benjolan,, kekuasaan kesalahan, dan spike telah digunakan untuk menggambarkan transien impulsif.
Penyebab transien impulsif termasuk petir, kurangnya grounding, switching beban induktif, kliring utilitas kesalahan, dan Electrostatic Discharge (ESD). Hasil dapat berkisar dari kerugian (atau korupsi) data, kerusakan fisik peralatan. Dari jumlah tersebut petir, menyebabkan mungkin yang paling merusak.
Masalah dengan petir mudah dikenali setelah menyaksikan badai listrik. Para jumlah energi yang dibutuhkan untuk menerangi langit malam tentu dapat menghancurkan sensitif peralatan. Selain itu, tidak mengambil sambaran petir langsung dapat menyebabkan kerusakan. Elektro- medan magnet, Gambar 2, diciptakan oleh petir dapat menyebabkan banyak kerusakan yang potensial dengan menginduksi saat ini ke struktur konduktif dekatnya.
Gambar 2. Medan Magnet dibuat oleh petir
Dua dari metode perlindungan yang paling layak ketika datang ke transien impulsif berkaitan dengan penghapusan ESD potensial, dan penggunaan alat surge suppression (populer disebut sebagai penekan lonjakan tegangan transien: TVSS, atau perangkat pelindung lonjakan: SPD).
Sementara ESD dapat busur dari jari Anda tanpa kerusakan pada Anda, di luar kejutan sedikit, itu adalah lebih dari cukup untuk menyebabkan seluruh motherboard komputer untuk berhenti mati dan untuk tidak pernah berfungsi lagi. Di pusat data, fasilitas manufaktur printed circuit board atau apapun yang serupa lingkungan di mana PCB terkena menangani manusia, adalah penting untuk menghilangkan potensial untuk ESD. Sebagai contoh, hampir semua lingkungan data center yang tepat melibatkan pengkondisian udara dalam ruangan. Penyejuk udara tidak hanya mendinginkan udara untuk membantu menghilangkan panas dari peralatan data center, tetapi juga menyesuaikan jumlah uap air di udara. Menjaga kelembaban di udara antara 40 – 55% kelembaban akan mengurangi potensi untuk ESD terjadi. Anda mungkin pernah mengalami bagaimana kelembaban potensial mempengaruhi ESD, jika Anda pernah telah melalui musim dingin (ketika udara sangat kering) ketika beberapa menyeret kaus kaki Anda di seluruh karpet menyebabkan busur luar biasa untuk melompat dari jari Anda tiba-tiba untuk tombol pintu Anda yang meraih, atau diharapkan jika Anda bertujuan untuk telinga seseorang. Hal lain yang Anda akan lihat di lingkungan PCB, seperti Anda akan melihat dalam bisnis perbaikan komputer kecil, peralatan untuk menjaga tubuh manusia membumi. Peralatan ini meliputi tali pergelangan tangan, antistatik tikar dan desktop, dan alas kaki antistatik. Sebagian besar peralatan ini terhubung ke kawat, yang mengarah ke tanah fasilitas, yang membuat orang aman dari sengatan listrik dan juga mungkin menghilang ESD ke tanah.
SPDs telah digunakan selama bertahun-tahun. Alat ini masih digunakan sampai sekarang pada sistem utilitas, serta perangkat untuk fasilitas besar dan pusat data, serta usaha kecil sehari-hari dan rumah menggunakan; meningkatkan kinerja mereka dengan kemajuan varistor oksida logam (MOV) teknologi. MOVs memungkinkan untuk supresi transien konsisten impulsif, membengkak, dan kondisi tegangan tinggi lainnya, dan dapat dikombinasikan dengan perangkat tersandung panas seperti pemutus sirkuit, termistor, serta komponen lain seperti tabung gas dan thyristor. Dalam beberapa kasus SPD sirkuit dibangun ke dalam perangkat listrik sendiri, seperti komputer pasokan listrik dengan dibangun di kemampuan penindasan. Lebih umum, mereka digunakan di stand- saja alat surge suppression, atau disertakan dengan UPS untuk memberikan pencegah konsleting dan darurat daya baterai harus dalam gangguan terjadi (atau ketika tingkat daya di luar batas nominal, atau aman, kondisi listrik).
SPDs cascading dan perangkat UPS, adalah metode yang paling efektif perlindungan terhadap kekuasaan gangguan, untuk peralatan elektronik. Menggunakan teknik ini, sebuah perangkat SPD ditempatkan di masuk layanan dan ukuran untuk menghilangkan banyak energi dari transien masuk. Berikutnya perangkat pada sub-panel listrik dan pada peralatan yang sensitif itu sendiri penjepit tegangan ke tingkat yang tidak merusak atau mengganggu peralatan. Perhatian khusus harus dibayar untuk ukuran baik rating tegangan dan rating energi disipasi perangkat ini dan mengkoordinasikan perangkat untuk operasi yang efektif. Juga, perhatian harus dibayarkan kepada bagaimana efektif perangkat surge suppression dalam hal MOV mencapai titik kegagalan. Sementara MOV adalah konsisten dalam kemampuan gelombang penindasan dari waktu ke waktu, itu masih menurunkan dengan penggunaan, atau bisa gagal jika laju kemampuan penindasan efektif adalah terlampaui. Hal ini
penting bahwa jika MOV tidak mencapai titik di mana ia tidak lagi berguna, bahwa SPD telah kemampuan untuk memecahkan rangkaian, dan mencegah anomali kekuatan merusak dari mencapai Peralatan itu adalah melindungi. Untuk informasi lebih lanjut tentang topik ini, lihat White Paper 85, data Baris Transient Perlindungan.
oscillatory transient
Sebuah osilasi transien adalah perubahan mendadak dalam kondisi mapan dari tegangan sinyal, saat ini, atau keduanya, baik pada batas-batas sinyal positif dan negatif, berosilasi pada alam sistem frekuensi. Dalam istilah sederhana, sementara menyebabkan sinyal listrik untuk bergantian membengkak dan kemudian menyusut, sangat cepat. Transien berosilasi biasanya meluruh sampai nol dalam siklus (sebuah membusuk osilasi).
Transien ini terjadi ketika Anda menonaktifkan beban induktif atau kapasitif, seperti motor atau kapasitor bank. Sebuah hasil osilasi transien karena beban menolak perubahan. Hal ini mirip dengan apa yang terjadi bila anda tiba-tiba mematiak kran cepat mengalir dan mendengar kebisngan di dalam pipa. Air mengalir menolak perubahan, dan setara fluida dari osilasi transien terjadi.
Misalnya, saat mematikan motor berputar, ia bertindak sebagai generator sebentar karena kekuatan bawah, sehingga menghasilkan listrik dan mengirimkannya melalui distribusi listrik. Sebuah panjang sistem distribusi listrik dapat bertindak seperti osilator ketika daya dinyalakan atau dimatikan, karena semua sirkuit memiliki beberapa induktansi dan kapasitansi yang melekat terdistribusi yang singkat energi dalam bentuk membusuk.
Ketika transien berosilasi muncul pada sirkuit energi, biasanya karena utilitas switch- ing operasi (terutama ketika bank kapasitor secara otomatis diaktifkan ke dalam sistem), mereka bisa sangat mengganggu peralatan elektronik. Gambar 3 menunjukkan frekuensi rendah khas Transient disebabkan osilasi ke bank kapasitor diberi energi.
Gambar 3. Osilasi Transient
Masalah yang paling diakui terkait dengan switching kapasitor dan osilasi transien yang adalah tersandung drive kecepatan disesuaikan (ASDs). Transien relatif lambat menyebabkan kenaikan dalam tegangan dc link yang (tegangan yang mengontrol aktivasi dari ASD), yang menyebabkan dorongan untuk perjalanan off-line dengan indikasi Overvoltage.
Sebuah solusi umum untuk kapasitor tersandung adalah instalasi reaktor baris atau tersedak yang meredam osilasi transien ke tingkat yang dikelola. Reaktor-reaktor ini dapat diinstal depan drive atau pada link dc dan tersedia sebagai fitur standar atau sebagai pilihan pada paling ASDs. (Catatan – perangkat ASD akan dibahas lebih lanjut dalam bagian interupsi di bawah ini.)
Solusi lain naik ke kapasitor beralih masalah transien adalah saklar zero crossing. Ketika busur gelombang sinus yang turun dan mencapai tingkat nol (sebelum menjadi negatif), ini dikenal sebagai persimpangan nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Sebuah transien yang disebabkan oleh kapasitor switching akan memiliki magnitudo yang lebih besar semakin jauh switching terjadi jauh dari nol melintasi waktu dari gelombang sinus. Sebuah switch zero crossing memecahkan masalah ini dengan memantau gelombang sinus untuk memastikan bahwa beralih kapasitor terjadi sedekat mungkin dengan nol melintasi waktu dari gelombang sinus.
Gambar 4. Zero crossing
Tentu saja UPS dan sistem SPD juga sangat efektif dalam mengurangi bahaya yang berosilasi transien dapat dilakukan, terutama antara pengolahan data peralatan umum seperti untuk komputer ers dalam jaringan. Namun, SPD dan UPS perangkat kadang-kadang dapat tidak mencegah intersys- tem kejadian transien osilasi bahwa saklar zero crossing dan atau terdesak jenis perangkat dapat mencegah pada peralatan khusus, seperti mesin manufaktur lantai dan mereka sistem kontrol
4. Ada beberapa solusi untuk mengatasi distorsi harmonisa diantaranya :
Memperbesar kawat netral, Apabila muncul masalah harmonisa, maka akan membutuhkan kawat netral yang berukuran lebih besar dari ukuran standarnya. Hal ini akan akan mengurangi kenaikan temperature sehingga overheating akibat harmonisa dapat dihindari.
Menurunkan kemampuan transformator Salah satu cara mengatasi harmonisa pada transformator adalah mengurangi pembebanannya (derating transformer). Dapat dilakukan dengan metode yang memanfaatkan data hasil pengukuran yaitu dengan Faktor derating dari transformator (Transformer Hrmonic Derating Factor atau THDF.
Memasang kapasitor untuk jaringan yang berhamonisa
Memasang filter harmonic
Kompensasi Daya
Terdapat beberapa cara untuk melakukan koreksi daya reaktif, cara – cara yang biasa
digunakan adalah sebagai berikut :
Metoda Perhitungan Biasa
Data yang diperlukan antara lain adalah daya aktif (kW). Power factor lama (Cos θ1) dan Power factor baru (Cos θ2). Daya yang diperoleh dari persamaan :
S = P / Cos θ1
keterangan : S = Daya nyata (kVA)
P = Daya aktif (kW)
Daya reaktif dari pf lama dan pf baru diperoleh dari persamaan :
QL = P Tan θ1
QB = P Tan θ2
keterangan : QL = Daya reaktif pf lama (kVAR)
QB = Daya reaktif pf baru (kVAR)
Daya reaktif yang dikompensasi oleh capacitor bank adalah :
QC = QL - QB
keterangan : QC = Daya yang dikompensasi kapasitor (kVAR)
contoh perhitungan :
Data yang diketahui :
Daya nyata 22 MVA, Tegangan 20 kV, 3 Phasa, 50 Hz, Cos θ1 = 0.5 lag, Cos θ2 = 0.95 lag
Perhitungan :
Cos θ1 = 0.5 ----------------------------- Tan θ1 = 1,732
Cos θ2 = 0.95 ---------------------------- Tan θ2 = 0,3287
P = S Cos θ1
P = 22 x 106 x Cos 0,5
P = 11 MVA
maka :
QC = QL - QB
QC = P [ Tan θ1 - Tan θ2 ]
QC = 11 x 106 [ 1,732 – 0,3287 ]
QC = 15, 4363 MVAR
