i
UNIVERSITAS INDONESIA
ANALISA PARAMETER KUALITAS DAYA LISTRIK
SEMINAR BAMBANG ARIE SADEWO 1306449624
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK JANUARI 2017 i
UNIVERSITAS INDONESIA
ANALISA PARAMETER KUALITAS DAYA LISTRIK
SEMINAR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
BAMBANG ARIE SADEWO 1306449624 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KEKHUSUSAN TEKNIK TENAGA LISTRIK HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ii
UNIVERSITAS INDONESIA
ANALISA PARAMETER KUALITAS DAYA LISTRIK
SEMINAR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
BAMBANG ARIE SADEWO 1306449624 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KEKHUSUSAN TEKNIK TENAGA LISTRIK HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ii
Skripsi/Tesis/Disertasi/Seminar ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama
: Bambang Arie Sadewo
NPM
: 1306449624
Tanda tangan
:
Tanggal
: 6 Januari 2017
iii
HALAMAN PENGESAHAN Seminar ini diajukan oleh
:
Nama
: Bambang Arie Sadewo
NPM
: 1306449624
Program Studi
: Teknik Elektro
Judul Seminar
: Analisa Parameter Kualitas Daya Listrik
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. DEWAN PENGUJI
Pembimbing : Prof. Ir. Rinaldy Dalimi M.Sc. Ph.d
(
)
Penguji
(
)
: Prof. Ir. Rinaldy Dalimi M.Sc. Ph.d
Ditetapkan di : Depok Tanggal
:
Januari 2017
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat dan pertolonganNya saya dapat menyelesaikan penulisan seminar ini. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan seminar, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan seminar ini. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1.Prof. Ir. Rinaldy Dalimi M.Sc. Ph.d selaku dosen pembimbing dan juga dosen penguji yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan seminar ini, 2.Keluarga dan Ilmia Nur Wahidah yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan inspirasi untuk saya, 3.Teman-teman angkatan 2013 yang sudah memberikan bantuan dan informasi mengenai penyusunan seminar ini, Semoga Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Depok, Januari 2017
Penulis v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: Bambang Arie Sadewo
NPM
: 1306449624
Program Studi
: Teknik Elektro
Departemen
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknik
Jenis karya
: Seminar
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:
“Analisa Parameter Kualitas Daya Listrik.” Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif
ini
Universitas
Indonesia
berhak
menyimpan,
mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Pada tanggal
: Depok : 6 Januari 2017
Bambang Arie Sadewo
vi
ABSTRAK Energi listrik merupakan suatu kebutuhan dan tidak dapat dipisahkan dari kehidupan
manusia.
Tingginya
pemanfaatan
energi
listrik
oleh
manusia
menimbulkan adanya kebutuhan dan perhatian yang lebih akan kualitas daya listrik yang digunakan oleh konsumen dan juga kehandalan dari sistem. Kualitas daya listrik merupakan suatu topik penting didalam penggunaan energi listrik. Kualitas daya listrik yang buruk dapat mengakibatkan sistem didalam suatu utilitas menjadi tidak efisien dan juga dapat mengurangi umur dari peralatan listrik di suatu utilitas. Gedung K FTUI merupakan sebuah aset yang dimiliki oleh FTUI sebagai penunjang proses perkuliahan. Penelitian ini dilakukan untuk mengaudit parameter parameter kualitas daya listrik di gedung K FTUI agar apabila terdapat penyimpangan pada waktu tertentu dapat dianalisa dan ditentukan rekomendasi yang dapat dilakukan FTUI untuk memperbaiki kualitas daya listrik.
Kata kunci: Energi Listrik, audit kualitas daya, tegangan sistem, frekuensi, penggunaan dan perilaku beban, THD arus dan tegangan. vii
ABSTRACT
Electrical energy is a need for human being and can’t be separated from human life. The high use of electrical energy by humans create the need and concern over the electrical Power Quality used by consumers and also the reliability of the system. Power Quality is one of the most important topic in use of electrical energy. A poor Power Quality can make inefficiency and also reduce the life time of appliance in the system. Building K FTUI is an asset building from FTUI for supporting the the lecture activity.
This study study is conduct to evaluate the quality
parameters of electric power in the building K FTUI so that when there is a deviation at a given time can be analyzed and determined to do recommendations to improve power quality.
viii
Key words : Electrical energy, audit power quality, voltage level, frequency, load usage, THD of current and voltage.
DAFTAR ISI
BAB 1 ...................................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ...................................................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .............................................................................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ..................................................................................................... 2 1.3 Hipotesis Penelitian ...................................................................................................... 3 1.3.1 Hipotesis Null ......................................................................................................... 3 1.3.2 Hipotesis Alternatif ................................................................................................ 4 1.4 Tujuan Penelitian .......................................................................................................... 4 1.5 Batasan Penelitian ........................................................................................................ 4 1.6 Metodologi Penulisan ................................................................................................... 5 1.7 Sistematika Penulisan ................................................................................................... 5 BAB 2 ...................................................................................................................................... 6 KUALITAS DAYA LISTRIK .......................................................................................................... 6 2.1 Konsep Dasar Kualitas Daya ......................................................................................... 6 2.2 Permasalahan kualitas daya ......................................................................................... 8 2.3 Perubahan Nilai Tegangan Berdasarkan Durasi ........................ ................................. .................. .................. ................. ........ 9 2.3.1 Durasi Pendek ........................................................................................................ 9 2.3.2 Durasi Panjang ..................................................................................................... 13 2.4 Ketidakseimbangan Tegangan(Voltage Tegangan(Voltage Unbalance) ................................................. Unbalance) ................................................. 14 2.5 Distorsi Gelombang .................................................................................................... 15 2.5.1 Distorsi Gelombang Akibat Harmonisa .................. ........................... .................. .................. .................. .................. ......... 15 2.5.2 Klasifikasi Distorsi Harmonik .................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. ............... ...... 17 17 2.5.3 Standar Harmonisa .............................................................................................. 18 2.5.6 Sumber Harmonisa .............................................................................................. 20 2.5.7 Dampak Harmonisa ............................................................................................. 21 ix
2.6 Penyimpangan Faktor Daya ........................................................................................ 24 2.7 Fluktuasi Tegangan ..................................................................................................... 26 BAB 3 .................................................................................................................................... 37 AUDIT KUALITAS DAYA ......................................................................................................... 37 3.1.1 Pertimbangan Audit ............................................................................................ 37 3.2 Prosedur Penelitian .................................................................................................... 39 3.3 Survey lokasi ............................................................................................................... 40 3.4 Identifikasi Permasalahan lokasi ................................................................................ 41 3.5 Pemilihan lokasi pengukuran ..................................................................................... 42 3.6 Perencanaan Penelitian .............................................................................................. 42 3.6.1 Gambaran Umum Gedung K FTUI ....................................................................... 42 3.6.2 Sistem Kelistrikan Gedung ................................................................................... 44 3.6.3 Pemilihan Waktu dan Durasi Pengukuran ........................................................... 44 3.6.5 Pengukuran dan Pengumpulan data semua parameter .................................... 47 3.7 Melakukan simulasi untuk verifikasi .......................................................................... 50 3.8 Identifikasi Permasalahan dan Pemberian Solusi....................................................... 51 BAB 4 .................................................................................................................................... 53 PENUTUP .............................................................................................................................. 53 Daftar Referensi ................................................................................................................... 54
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Voltage Sag…………………………………………………………… .6 Gambar 2.2 Voltage Swell………………………………………………………… 7 Gambar 2.3 Resultan Gelombang harmonisa dan fundamental…………………...9 Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian………………………………………………18 Gambar 3.2 Gedung K Tampak samping………………………………………… 21 Gambar 3.3 Power Analyzer HIOKI 3169 – 20…………………………………..25
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Standar Harmonik untuk Distorsi Arus………………………………11 Tabel 2.2. Standar Harmonik untuk Distorsi Tegangan…………………………12 Tabel 3.1 Batas individual harmonic distortion dan total harmonic distortion.....23
Tabel 3.2 Batas Indivdual harmonisa tegangan dan THD ………………………24 Tabel 3.3 Titik
Pemantauan…………………………………………... ................24
Tabel 3.4 Spesifikasi alat HIOKI………………………………………………. ..26
xii
1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Energi listrik menjadi suatu kebutuhan dasar dari kehidupan manusia di
zaman sekarang ini. Energi listrik merupakan bentuk energi yang paling banyak digunakan didalam kehidupan manusia saat ini karena effisiensi yang tinggi,mudah didalam pengaturan dayanya,bersih,dan tidak menimbulkan gangguan suara saat digunakan[1]. Selain itu energi listrik juga berperan sebagai landasan dari perkembangan peradaban manusia dan kebutuhan dasar dari kemajuan ekonomi[2]. Saat ini aktifitas manusia sangat beragam baik itu untuk keperluan yang sifatnya produktif seperti pada industri,perbankan,dan juga komersial maupun yang sifatnya non produktif pada rumah sakit,perkuliahan,dan rumah tangga. Semua aktifitas tersebut saat ini tidak dapat dipisahkan dari pemanfaatan akan energy listrik. Seiring dengan meningkatnya perkembangan teknologi dan pertumbuhan ekonomi saat ini,kebutuhan listrik akan kualitas daya,kontinuitas,dan realibilitas sistem yang baik semakin meningkat[3]. Kualitas daya dapat menunjukan karakteristik dari suplai energy listrik kepada pengguna energy listrik yang berupa bangunan maupun industri dan dapat mempengaruhi kinerja dari peralatan listrik[4]. Sedangkan Kontinuitas dan juga realibilitas digambarkan oleh jumlah dan durasi dari gangguan yang terjadi. Beberapa indikator digunakan untuk mengevaluasi kontinuitas dan realibilitas dari suplai energy listrik[5]. Kualitas daya mendapat perhatian yang lebih di dalam dunia kelistrikan pada beberapa tahun belakangan ini. Hal ini terjadi karena pertumbuhan beban listrik pada saat ini bersifat sensitif terhadap parameter kualitas daya listrik seperti sistem kendali denegan berbasis pada mikroprosesor dan perangkat elektronika daya. Selain itu meningkatnya perhatian akan efisiensi sistem daya listrik secara
2
menyeluruh, sehingga menyebabkan peningkatan pemakaian peralatan atau beban listrik yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik (VFD) dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Penggunaan peralatan-peralatan tersebut dapat mengakibatkan peningkatkan terhadap tingkat harmonik pada sistem daya listrik, di mana para ahli merasa khawatir terhadap dampak harmonisa tersebut di masa mendatang yang dapat menurunkan kemampuan dari sistem daya listrik itu sendiri[6]. Suplai dari daya listrik harus dapat menjamin pelayanan yang tidak terputus dengan tegangan maupun frekuensi yang masih berada didalam batas toleransinya dalam benuk gelombang sinus murni. Kemampuan dalam menerima penyimpangan dari parameter daya bergantung akan jenis-jenis penggunaan,instalasi sistem disertai kebutuhannya[7]. Audit kualias daya merupakan suatu pelayanan yang berfungsi untuk melihat kondisi realibilias,effisiensi,dan keamanan dari sebuah sistem listrik. Audit ini meliputi beberap aspek ,yaitu : kontinuitas dari suplai daya dimana daya pada
jaringan selalu tersedia pada operasi kerja sistem dan dapat memenuhi
persyaratan effisiensi alat,selain itu terdapat kualitas dari tegangan yang ditandai dengan tidak adanya gangguan frekuensi rendah maupun frekuensi tinggi di dalam jaringan yang dapat merusak komponen di dalam sistem. Audit Kualitas Daya menggunakan analisa pada jaringan,dengan peralatan yang dapat mendeteksi gangguan serta melakukan pencatatan(monitoring) parameter kualitas daya dan informasi yang dapat digunakan didalam mengetahui penyebab dari gangguan. Data kemudian dikumpulkan,lalu dapat diketahui gangguan dan diberi saran untuk mengatasi permaasalahannya[8]. Oleh sebab itu diperlukan audit kualitas daya pada instalasi pada bangunan dan industri agar kemampuan maupun kualitas suplai selalu terjaga sehingga sistem memiliki realibilitas,effisiensi,dan juga keamanan yang baik. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalahan penelitian ini menjadi:
3
1. Apakah kondisi nilai tegangan sistem gedung X sesuai dengan batas yang diijinkan pada IEEE 1159-1995? 2. Apakah terdapat pengaruh variasi bentuk dan nilai tegangan dengan gangguan kontinuitas dan reliabilitas kerja system di gedung X? 3. Bagaimanakah kondisi faktor daya dan frekuensi sistem kelistrikan gedung jika dibandingkan dengan SPLN D5.002 2008? 4. Apakah nilai harmonik yang ada pada gedung Departemen Teknik Elektro sesuai dengan batas harmonik yang diijinkan pada IEEE 519-1992? 5. Apakah terdapat pengaruh yang faktor harmonisa dengan kesalahan operasi pada peralatan elektronik dan pengaman di gedung x? 6. Apakah sistem pencahayaan di Gedung X sudah mencukupi? 7. Apakah perilaku pada pengguna utilitas Gedung X sudah menunjukan sikap yang baik didalam penghematan energy listrik?
1.3 Hipotesis Penelitian Berdasarkan pertanyaan-pertanyaan
penelitian
di
atas,
peneliti
mengemukakan beberapa hipotesis penelitian. 1.3.1 Hipotesis Null Ho1: Tidak terdapat pengaruh yang signifikan antara variasi tegangan dengan gangguan kontinuitas dan reliabilitas system di gedung K FTUI Ho2: Tidak terdapat pengaruh yang signifikan antara faktor harmonisa dengan kesalahan operasi pada peralatan elektronik dan pengaman di gedung K FTUI Ho3:
Tidak terdapat pengaruh yang signifikan antara power factor dengan
effisiensi sistem di gedung K FTUI
4
Ho4:
Audit kualitas daya tidak dapat mengetahui permasalahan kualitas
daya dan penyelesaiannya. 1.3.2 Hipotesis Alternatif Ha1: : Terdapat pengaruh yang signifikan antara variasi tegangan dengan gangguan kontinuitas dan reliabilitas kerja system di gedung K FTUI Ha2: Terdapat pengaruh yang signifikan antara faktor harmonisa dengan kesalahan operasi pada peralatan elektronik dan pengaman di gedung K FTUI Ha3:
Terdapat pengaruh yang signifikan antara power factor dengan
effisiensi system di gedung K FTUI Ha4 : Audit kualitass daya dapat mengetahui permasalahan kualitas daya dan dapat menyelesaikan permasalahan kualitas daya.
1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini ditunjukan untuk mengetahui parameter kualitas daya pada
gedung X yaitu tegangan, arus, frekuensi, faktor daya, harmonisa,pencahayaan melalui audit kualitas daya dan membandingkan dengan batasan standar yang sudah ditetapkan. Apabila terjadi penyimpangan dapat dihasilkan suatu rekomendasi yang dapat diberikan kepada pengelola gedung X 1.5 Batasan Penelitian Dalam rangka mencapai tujuan di atas, perlu diperjelas lingkup pekerjaan yang
dilakukan, yang dituangkan dalam batasan penelitian di bawah ini: a. Lokasi, audit dilakukan di Gedung X b. Titik penelitian, penelitian kondisi kelistrikan dilakukan pada panel induk gedung X
5
c. Waktu penelitian dilakukan selama lima hari yaitu hari Senin hingga Jumat, pukul 08.00 hingga 20.00 dan pada hari sabtu,minggu pukul 08.00 hingga pukul 17.00 1.6 Metodologi Penulisan 1. Studi literatur. Mencari dan membaca jurnal tentang audit kualitas daya
dan cara memperbaikinya, serta mencari standar acuan untuk masingmasing parameter listrik yang diukur. 2. Konsultasi. Melakukan diskusi dengan pakar dan tenaga ahli terkait topik audit kualitas daya listrik. 3. Survey. Melakukan pendataan dan pemetaan untuk memperoleh data aktivitas gedung. 4. Pengambilan data. Melakukan pengukuran pada titik-titik yang direncanakan. 5. Bimbingan. Bertukar pikiran dan mendapatkan masukan dari dosen pembimbing mengenai penelitian ini. 1.7 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini terbagi menjadi lima bab. Pada bab satu dibahas tentang
latar belakang, tujuan penulisan, batasan permasalahan, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan. Bab dua berbicara tentang hal-hal yang berkaitan dengan parameter kualitas daya listrik, seperti tegangan, frekuensi, faktor daya, dan fenomena harmonik beserta dengan dampak yang ditimbulkan dan standar yang diijinkan. Pada bab tiga kemudian akan dibahas secara rinci mengenai metode evaluasi yang akan dilakukan, mulai dari pengukuran, simulasi pada ETAP 12.6.0, evaluasi, serta rekomendasi. Pada bab empat secara khusus akan dibahas analisis tentang hasil pengukuran berdasarkan survei serta evaluasi didapatkan setelah dilakukan percobaan. Bab lima merupakan bab terakhir dari skripsi ini yang mengandung kesimpulan hasil penelitian dan evaluasi yang telah dilakukan.
6
BAB 2 KUALITAS DAYA LISTRIK
2.1 Konsep Dasar Kualitas Daya Kualitas daya adalah sebuah istilah yang mengacu kepada sebuah usaha
untuk mempertahankan bentuk gelombang sinusoidal murni pada tegangan bus distribusi, arus, dan frekuensi pada nilai standarnya. Sehingga definisi dari kualitas daya juga sering digunakan untuk menunjukan kualitas tegangan, kualitas arus, realibilitas, kualitas dari suplai daya, dan lainnya [1]. Sedangkan definisi daya itu sendiri adalah suatu nilai dari energi listrik yang dikirimkan dan didistribusikan, di mana besarnya daya listrik tersebut sebanding dengan perkalian besarnya tegangan dan arus listriknya. Sistem suplai daya listrik dapat dikendalikan oleh kualitas dari tegangan, dan tidak dapat dikendalikan oleh arus listrik karena arus listrik berada pada sisi beban yang bersifat individual, sehingga pada dasarnya kualitas daya adalah kualitas dari tegangan itu sendiri [2]. Kualitas daya mendapat perhatian yang lebih di dalam dunia kelistrikan pada beberapa tahun belakangan ini. Terdapat empat alasan utama [2], yaitu: 1.
Pertumbuhan beban listrik pada saat ini bersifat sensitif terhadap parameter
kualitas daya listrik seperti sistem kendali dengan berbasis pada mikroprosesor dan perangkat elektronika daya; 2.
Meningkatnya
perhatian
akan
efisiensi
sistem
daya
listrik
secara
menyeluruh, sehingga menyebabkan peningkatan pemakaian peralatan atau beban listrik yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik (VFD) dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Penggunaan peralatan-peralatan tersebut dapat mengakibatkan peningkatkan terhadap tingkat harmonik pada sistem daya listrik, di mana para ahli merasa khawatir terhadap
7
dampak harmonisa tersebut di masa mendatang yang dapat menurunkan kemampuan dari sistem daya listrik itu sendiri; 3.
Meningkatnya kesadaran oleh kosnumen energi listrik terhadap masalah
kualitas daya listrik. Para pengguna utilitas kelistrikan menjadi lebih pandai dan bijaksana mengenai persoalan seperti interupsi, sags, dan peralihan transien dan merasa berkepentingan untuk meningkatkan kualitas distribusi daya listriknya; 4.
Sistem tenaga listrik yang saling berhubungan dalam suatu jaringan
interkoneksi, di mana sistem tersebut memberikan suatu konsekuensi bahwa kegagalan dari setiap komponen dapat mengakibatkan kegagalan pada komponen lainnya. Di dalam studi kualitas daya beberapa disiplin ilmu diterapkan. Mereka berkaitan dengan beberapa masalah terhadapa kualitas daya. Studi akan kualitas daya dapat dibagi kedalam beberapa bagian: 1. Konsep Fundamental 2. Sumber 3. Efek 4. Permodelan dan Analisa 5. Instrumentasi 6. Solusi Semua bagian saling terkait dan berhubungan satu sama lainnya. Konsep fundamental dari kualitas daya adalah mengindentifikasi parameter dan tingkat perbedaan terhadap nilai dasarnya yang merupakan alasan utama dari degradasi kualitas daya. Sumber adalah daerah, lokasi, atau kejadian yang menyebabkan variasi dari parameter kualitas daya. Merupakan sebuah tantangan yang besar pada masalah kualitas listrik didalam menentukan sumber yang berkaitan dengan
8
gangguan kualitas daya pada jaringan listrik yang semakin kompleks. Efek yang ditimbulkan dari kualitas daya yang buruk merupakan efek yang dihadapi oleh sistem dan konsumen dari peralatan setelah terjadi beberapa gangguan. Di dalam permodelan dan analisa, percobaan dilakukan untuk memetakan gangguan, sumber, dan efek dari gangguan. Utamanya berdasarkan hitungan matematis. Untuk monitoring kualitas daya, pengukuran yang terus menerus dan instrumentasi dari parameter elektris dibutuhkan. Solusi menyeluruh seperti contoh mengirim daya yang bentuknya ideal adalah sulit dilakukan. Target yang harus dicapai adalah untuk meminimalkan kemungkinan dari terjadinya permasalahan kualitas daya dan mengurangi akibat dari masalah kualitas daya [1]. 2.2 Permasalahan kualitas daya Permasalahan pada kualitas daya terjadi karena beberapa macam dari
gangguan elektris. Gangguan pada kualitas daya umumnya berdasarkan amplitudo, frekuensi, atau gabungan pada frekuensi dan amplitudo. Gangguan yang meningkatkan
degradasi
pada
kualitas
daya
pada power
system dapat
diklasifikasikan menjadi [1] :
Gejala Peralihan (Transient), yaitu suatu gejala perubahan variabel (tegangan, arus dan lain-lain) yang terjadi selama masa transisi dari keadaan operasi tunak ( steady state) menjadi keadaan yang lain.
Perubahan Tegangan Durasi Singkat (Short Duration Voltage Variation), yaitu suatu gejala gangguan pada parameter tegangan dengan durasi yang terjadi merupakan kurang dari 1 menit. Jenis gangguan yang ada pada short duration voltage variation adalah sag , swell , dan interruption.
Perubahan Tegangan Durasi Panjang ( Long Duration Voltage Variation), yaitu suatu gejala gangguan pada parameter tegangan dengan durasi yang terjadi lebih dari 1 menit. Jenis gangguan yang
9
termasuk pada long duration voltage variation adalah undervoltage, dan overvoltage.
Ketidakseimbangan tegangan, yaitu suatu gejala ketidakseimbangan tegangan
antar fasa pada sisem tiga fasa akibat dari ketidak
seimbangan pembebanan antar fasa, atau rugi-rugi antar fasa yang berbeda pada bagian pembangkitan, transmisi, dan distribusi.
Distrosi Gelombang merupakan kondisi penyimpangan bentuk gelombang dari gelombang sinus murni pada keadaan steady state (tunak).
Fluktuasi Tegangan, gejala perubahan besarnya tegangan secara sistematik.
Power Frequeny Variations, yaitu gejala penyimpangan frekuensi daya listrik pada suatu sistem tenaga listrik.
2.3 Perubahan Nilai Tegangan Berdasarkan Durasi
2.3.1 Durasi Pendek 2.3.1.1 Sag
Gambar 2.1 Voltage Sag
Menurut definisi yang dikeluarkan oleh IEEE 1159 Sags merupakan penurunan nilai tegangan RMS sebesar 10%-90% dari nilai
10
nominal pada frekuensi nominal untuk waktu yang singkat dari 0,5 cycles hingga 1 menit. Sags banyak diketahui sebagai gangguan yang paling umum dan merupakan aspek penting dari permasalahan kualitas daya yang mempengaruhi pelanggan industrial dan komersial [3].Gangguan Sags secara visual tidak terasa dengan melihat kedipan pada lampu,tetapi sags dapat menyebabkan kelangsungan proses industri maupun komersial menjadi tiba-tiba terhenti. Efek yang dapat ditimbulkan oleh Sags antara lain system akan mati. Sags juga dapat mengurangi efisiensi dan umur dari peralatan,utamanya motor. Oleh karena itu Sags merupakan permasalahan di dalam industrial maupun komersial dikarenakan peralatan dapat mengalami malfungsi dan menyebabkan kerugian. Voltage Sags umumnya dapat disebabkan karena permasalahan akibat cuaca maupun peralatan didalam suatu utilitas yang dapat menyebabkan gangguan pada system transmisi maupun distribusi. Sebuah gangguan pada feeder parallel akan mengakibatkan tegangan jatuh pada substastion bus dan berakibat terhadap feeder lain hingga gangguannya selesai. Konsep yang sama dapat diterapkan untuk gangguan yang terjadi pada system transmisi. Gangguan yang sering terjadi pada jalur transmisi maupun distribusi adalah gangguan satu fasa ke tanah( single line to ground)[3]. Voltage sags dapat juga diakibatkan oleh proses switching beban besar atau starting dari motor listrik besar. Starting motor induksi dapat menarik arus mencapai 6 hingga 10 kali lipatnya dibandingkan saat motor bekerja pada kondisi pembebanan penuh ( full load). Bila magnitude dari arus lebih besar dari arus yang dapat disediakan system,tegangan sags akan menjadi lebih signifikan .
11
Gambar 2.2 Voltage Sag yang disebabkan starting motor
2.3.1.2 Swell
Voltage Swell berdasarkan definisi yang dikeluarkan oleh IEEE 1159 merupakan peningkatan level tegangan rms dari 110%180% dari nilai nominal,pada frekuensi system untuk durasi ½ cycle hingga satu menit . Voltage Swell didefinisikan sebagai gangguan tegangan durasi pendek dan merupakan salah satu gangguan yang umum dari kualitas daya. Voltage Swell pada dasarnya merupakan kebalikan dari voltage sag atau dip. Voltage Swell umumnya disebabkan karena gangguan pada system seperti pada voltage sag. Pada system pembebanan delta dan ungrounded,perunahan
mendadak
pada
referensi
ground
menyebabkan tegangan meningkat pada fasa ungrounded. Pada kasus voltage swell akibat dari gangguan satu fasa ke tanah pada system,menghasilkan peningkatan tegangan sementara pada fasa yang tidak t erjadi gangguan,yang ditunjukan oleh gambar dibawah ini:
12
Gambar 2.3 Swell pada gangguan satu fasa ke tanah
Voltage Swell juga dapat disebabkan oleh pelepasan beban besar. Selain itu energization dari capasitor bank yang besar juga dapat menyebabkan Voltage Swell,walaupun umumnya dapat menyebabkan transient oscilating. Walaupun efek yang disebabkan oleh Sag lebih dapat diketahui,efek yang ditimbulkan oleh Voltage Swell umumnya lebih merusak peralatan. Voltage Swell dapat menyebabkan kerusakan pada power supply peralatan,meskipun efeknya bisa secara bertahap yaitu kumulatif. Voltage Swell juga dapat menybabkan masalah pada control dan kegagalan pada peralatan akibat pemanasan yang dapat menyebabkan peralatan menjadi mati. 2.3.1.3 Interruption Interruption merupakan suatu peristiwa dari penurunan suplai
tegangan
sampai
dengan
sebesar
0,1pu.
Hal
yang
menyebabkan terjadinya Interruption adalah kegagalan operasi peralatan, control, serta breaker yang membuka.
Gambar 2.3 Interruption
13
Berdasarkan dari durasi pada penurunan tegangan, interruption dapat diklasifikasikan menjadi: Berdasarkan European Standart EN-50160: 1. Durasi interruption yang pendek sampai dengan 3 menit. 2. Durasi Interruption yang panjang lebih dari 3 menit Berdasarka standar IEEE-1250 : 1. Instaneous Interuption antara 0,5 hingga 30 cycles 2. Momentarry Interruption antara 30 cycles hingga 2 detik 3. Temporary Interruption antara 2 detik dan 2 menit 4. Sustained interruption lebih dari 2 menit. 2.3.2 Durasi Panjang 2.3.2.1 Tegangan Berlebih (Overvoltage) Tegangan berlebih adalah suatu gejala dari peningkatan nilai tegangan rms dari 1,1 pu hingga 1,2 pu dengan durasi selama lebih dari 1 menit [1]. Tegangan berlebih umumnya disebabkan oleh switching beban maupun akibat gejala pemakaian awal pada capasitor bank . Tegangan berlebih dapat terjadi karena sistem tidak memadai didalam pengaturan tegangan. Tap yang kurang tepat pada transformer juga dapat menyebakan sistem mengalami tegangan berlebih [2]. 2.3.2.2 Tegangan Kurang (Undervoltage) Tegangan kurang merupakan suatu gejala dari penurunan tegangan sebesar 0,8 pu hingga 0,9 pu untuk durasi lebih lama dari 1 menit. Tegangan kurang umumnya disebabkan oleh keadaan overload , kemampuan suplai daya terbatas, gangguan, dan voltage drop. Tegangan kurang dapat menyebabkan ketidaseimbangan
14
tegangan, motor menyerap arus besar,dan kebutuhan akan daya reaktif menjadi tinggi. 2.4 Ketidakseimbangan Tegangan( Voltage Unbalance) Ketidakseimbangan tegangan merupakan gangguan yang umum terjadi pada
permasalahan kualitas daya. Ketidakseimbangan tegangan adalah daviasi dari magnitude tegangan dan arus dari salah satu fasa, atau dua fasa dari sistem 3 fasa. Saat tegangan dari system 3 fasa tidak identik pada magnitudo dan perbedaan phase
nya
diantara
ketidakseimbangan
phasa-phasanya tegangan.
Hal
tidak
tepat
yang
120o
maka
menyebabkan
terjadi
terjadinya
ketidakseimbangan tegangan antara lain pembebanan yang tidak merata antar fasanya, fuse yang breakdown pada salah satu fasanya, dan saluran transmisi udara yang tidak dilakukan transposed . Ketidakseimbangan tegangan dapat menyebabkan kelebihan dari penarikan jumlah daya reaktif, kesalahn operasi pada alat, dan mengurangi umur dari peralatan. Terdapat dua cara didalam menghitung ketidakseimbangan tegangan yaitu: 1. Membagi nilai deviasi maksimum dari rata-rata tiga tegangan phase dengan nilai rata-rata dari tiga tegangan phase, atau 2. Menghitung ratio dari komponen sekuens negative atau nol dengan komponen sekuens positif.
KT= Dengan : KT : Ketidakseimbangan Tegangan V- : Komponen Tegangan sekuens negatif atau nol V+ : Komponen Tegangan sekuens positif
−+
15
Besarnya ketidakseimbangan tegangan pada sumber utama tidak boleh lebih dari 2 persen (SPLN D5.004-1:2012). Nilai kritis dari ketidakseimbangan tegangan adalah jika nilai presentase melebihi 5 persen, hal ini biasanya terjadi karena terputusnya salah satu fasa dari sistem tenaga listrik tiga fasa. 2.5 Distorsi Gelombang Distorsi gelombang merupakan kondisi penyimpangan bentuk gelombang
dari gelombang sinus murni pada keadaan steady state (tunak). 2.5.1 Distorsi Gelombang Akibat Harmonisa
Gambar 2.3 Resultan Gelombang harmonisa dan fundamental Harmonisa adalah penyimpangan gelombang arus dan tegangan akibat adanya frekuensi dengan kelipatan dari frekuensi dasarnya. Sebagai contoh frekuensi dasar 50 Hz, maka frekuensi harmonisa kedua 100 Hz, frekuensi harmonisa ketiga 150 Hz, dan seterusnya. Superposisi antara gelombang frekuensi dasar dengan gelombang frekuensi harmonisa menghasilkan gelombang terdistorsi. Harmonisa secara umum dapat dikelompokan berdasarkan orde dari komponen harmonisanya, yaitu harmonisa ganjil, dan harmonisa genap. a) Harmonisa Ganjil
16
Harmonisa ganjil merupakan frekuensi harmonisa yang merupakan hasil perkalian dengan suatu bilangan kelipatan ganjil dari frekuensi dasarnya, dan dapat dinotasikan sebagai berikut:
f n= f i . n Dimana: fn= frekuensi harmonic fi= frekuensi fundamental n= integer/orde kelipatan ganjil (3,5,7,9,dst) Sehingga dengan menggunakan persamaan diatas didapatkan nilai komponen tegangan harmonic dari orde ganjil sebagai berikut:
Vn= Vn.sin 2πfnt Dimana: Vn= Amplitudo dari komponen harmonic t
= waktu
fn = frekuensi harmonisa b) Harmonisa Genap Harmonisa Genap merupakan frekuensi hasil kelipatan dengan bilangan bulat kelipatan genap dari frekuensi dasarnya dan dapat dinotasikan sebagai berikut:
fn= fi . n Dimana: fn= frekuensi harmonic
17
fi= frekuensi fundamental (50/60 Hz) n= integer/orde kelipatan genap (2,4,6,8,dst) Dengan menggunakan persamaan diatas didapatkan nilai komponen tegangan harmonic dari orde genap sebagai berikut:
Vn= Vn.sin 2πfnt Gelombang yang terdistorsi secara periodik akibat harmonisa dapat dikomposisikan kedalam sebuah penjumlahan antara gelombang frekuensi fundamentalnya dan gelombang dengan frekuensi harmoniknya [2]. Sehingga persamaan tegangan dari gelombang non sinusoidal yang didapat adalah:
v = ƩVn = ƩVn sin 2πnft n= 1,2,3,4
n=1,2,3,4
v = V1 sin 2πft + V2 sin 4πft + V3 sin 6πnft + V4 sin 8πnft + V5 sin 10πnft+· · · · · · · · · · · · · · · = V1 sin 2πf1ft + V2 sin 2πf2t + V3 sin 2πf3t + V4 sin 2πf4t + V5 sin 2πf5t . . . . . . . . . . . . . . . Selain orde harmonisa ganjil dan genap terdapat orde harmonisa yang bukan merupakan suatu kelipatan dasarnya yaitu interharmonik dan subharmonik. 2.5.2 Klasifikasi Distorsi Harmonik Dalam menganalisis suatu system yang terdistorsi harmonisa, terdapat beberapa parameter yang perlu diketahui,antara lain: Individual
Harmonic Distortion
18
Individual Harmonisa Distortion (IHD) merupakan perbandingan nilai tegangan atau arus rms pada salah satu frekuensi harmonisa terhadap nilai tegangan dan arus rms frekuensi dasarnya. Besarnya IHD dinyatakan:
= % Dimana: IHDh adalah IHD dari orde harmonisa ke-h
(h=2,3,4,5,…),
Mh adalah nilai tegangan atau arus rms harmonisa ke-h, dan M1 adalah nilai tegangan atau arus rms frekuensi dasar. Total
Harmonic Distortion Total Harmonic Distortion (THD) merupakan suatu perbandingan
nilai
deviasi
keseluruhan
dari
komponen
harmonic
terhadap
nilai
karakteristik rms komponen dasarnya. Parameter THD yang diukur adalah tegangan dan arus. THD dirumuskan dengan:
i= √ (+++ +++..) % Dimana : I2,I3,I4,I5,I6,I7 merupakan nilai arus komponen harmonisa [Ampere] THDi
= Total distorsi harmonik arus [%]
I1
= Arus pada frekuensi fundamental [Ampere] 2.5.3 Standar Harmonisa Besar harmonik pada suatu sistem tidak boleh melebihi standar yang berlaku. Standar harmonisa yang digunakan merujuk kepada standar yang dikeluarkan oleh IEEE, yaitu IEEE Recommended and Requirements for Harmonics Control in Electrical Power Systems, IEEE Standard 519-1992. Terdapat dua parameter yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa, yakni standar harmonisa untuk arus (ITHD) dan standar
19
harmonisa untuk tegangan (VTHD). Standar harmonisa untuk arus ditentukan dari perbandingan arus hubung singkat pada Point of Common Coupling (PCC) terhadap arus beban. Standar harmonisa untuk tegangan ditentukan besarnya tegangan sistem yang terpasang. Adapun standarnya sebagai berikut:
Individual current distortion (%) Isc/IL
Total current distortion
h<
11≤ h 17 ≤ h 23 ≤ h
11
<17
< 23
< 35
35 ≤ h THD-i (%)
< 20
4.0
2.0
1.5
0.6
0.3
5.0
20-50
7.0
3.5
2.5
1.0
0.5
8.0
50-100
10.0
4.5
4.0
1.5
0.7
12.0
100-1000
12.0
5.5
5.0
2.0
1.0
15.0
>1000
15.0
7.0
6.0
2.5
1.4
20.0
Tabel 2.1. Standar Harmonik untuk Distorsi Arus
Tegangan
pada
PCC, Vn (kV)
Individual harmonic voltage (%)
distortion
Total
voltage
harmonic distortion, THD-v (%)
20
Vn ≤ 69
3.0
5.0
69 < Vn ≤ 161
1.5
2.5
Vn > 161
1.0
1.5
Tabel 2.2. Standar Harmonik untuk Distorsi Tegangan 2.5.6 Sumber Harmonisa Mesin elektromagnetik konvensional dan divais yang menggunakan bahan semiconductor dan umumnya berfungsi sebagai saklar elektronik merupakan sumber dari harmonisa. Transformer dan mesin listrik yang berputar merupakan contoh dari mesin elektromagnetik konvensional. Harmonik yang dihasilkan dari mesin tersebut didasarkan kepada material penyusun, perbedaan design, prinsip operasi dan lingkungan mesin tesebut. Mesin yang dapat menghasilkan pembakaran (arc furnace) berpengaruh cukup besar terhadap harmonisa. Selain dari mesin konvensional, komponen dari komputer,lampu ballast,dan Uninterruptable Power Supply(UPS)dapat menghasilkan nilai harmonisa yang besar pada sistem. Sumber utama dari harmonic dapat diklasifikasin sebagai berikut: a) Magnetisasi non linear dari Transformator b) Mesin Berputar c) Arcing Devices d) Semiconducttor pada sistem power supply e) Komputer f) Ballast lampu g) Uninterruptable Power Supply(UPS)
21
2.5.7 Dampak Harmonisa Didalam sistem tenaga listrik, harmonisa merupakan suatu gangguan yang tidak diinginkan dihampir semua aplikasi dan operasi. Harmonisa dapat membuat sistem tenaga listrik menjadi beresonansi. Selain itu harmonic juga dapat menyebabkan beberapa efek negatif pada performa mesin berputar, transformator, dan jaringan transmisi, distribusi. Keakuratan dan operasi dari peralatan pengukuran dan divais pengaman dapat berubah akibat dari kehadiran harmonisa. Performa dari compensator daya reaktif dapat berubah seiring dengan terdapatnya harmonisa didalam sistem. Efek yang ditimbulkan oleh harmonisa dapat dikelompokan sebagai berikut: a) Resonansi b) Efek Harmonisa dari mesin yang berputar c) Efek Harmonisa dari Transformer d) Efek Harmonisa dari saluran transmisi dan distribusi e) Efek Harmonisa dari peralatan pengukuran f) Efek Harmonisa dari peralatan proteksi g) Efek Harmonisa pada Capasitor Bank a) Resonansi
Capasitor yang digunakan untuk perbaikan power factor dapat menyebabkan sistem beresonasi akibat dari frekuensi harmonisa. Hal ini dapat menyebabkan
arus yang terlampu besar sehingga dapat merusak
capasitor itu sendiri. Resonansi terjadi saat frekuensi pada reaktansi capasitif maupun induktif adalah sama besar. Resonansi harmonisa dapat menyebabkan masalah pada capasitor yang digunakan untuk perbaikan power factor . b) Mesin Berputar
22
1. Rugi-rugi
akibat
Harmonisa:
Tegangan
maupun
arus
harmonisa
meningkatkan rugi-rugi pada lilitan stator,rotor,serta laminasi pada stator, dan juga rotor. Harmonisa dapat meningkatkan ruggi-rugi tembaga dan juga rugi inti. Hal ini dapat menyebabkan mesin menjadi lebih panas dan mengurangi effisiensi mesin. 2. Torsi: Arus harmonisa yang ada pada stator dari sebuah mesin listrik AC menghasilkan induksi yang dapat meningkatkan torsi pada shaft apabila harmonisa merupakan sekuens positif dan pada sekuens negatif memiliki efek yang berkebalikan dengan sekuens positif. 3. Cogging: Cogging merupakan kegagalan dari motor induksi untuk berputar pada kecepatan normal. 4. Stress tegangan pada isolasi: Tegangan harmonisa meningkatkan stress pada material isolasi c) Transformer
1. Rugi Inti: Tegangan harmonisa meningkatkan rugi hysteresis dan arus eddy pada laminasi inti. 2. Rugi Tembaga: Arus harmonisa meningkatkan rugi-rugi tembaga. Rugi tembaga meningkatkan suhu dan menghasilkan titik panas di dalam Transformator. 3. Stress: Tegangan Harmonisa dapat meningkatkan stress pada isolasi 4. Getaran pada inti Transformator: Arus dan tegangan harmonisa dapat meningkatkan getaran pada inti transformator. d) Saluran transmisi maupun distribusi
23
1. Skin effect: Skin effect bergantung terhadap frekuensi. Harmonisa dapat meningkatkan efek ini dan meningkatkan nilai hambatan di saluran transmisi maupun distribusi. 2. Rugi-Rugi: Peningkatan arus harmonisa menambah ruggi-rugi tembaga pada saluran dan dapat menggurang kapasias daya yang dapat dihantarkan oleh saluran. 3. Voltage drop: Arus Harmonisa menghasilkan tegangan jatuh di sepanjangan impedansi yang dilaluinya. 4.
Stress Dielektrik: Tegangan harmonisa dapat meningkatkan stess
dielektrik pada kabel yang digunakan pada saluran transmisi maupun distribusi. Stess dielektrik berbanding lurus terhadap tegangan puncaknya. Stress dielekrik dapat menguanggi umur pemakaian kabel dan menambah kemunggkinan ejadinya gangguan. e) Alat pengukuran
1. Error : Pengukuran yang dilakukan oleh instrumen mengalami penyimpangan pada hasil yang didapat. 2. Pengukuan pada KWH Meter Analog: Pengukuran yang dilakukan oleh alat KWH Meter Analog akan mengalami percepatan putar akibat harmonisa sehingga dapat meningkatkan jumlah biaya yang harus ditanggung. 3.
Torsi
Harmonisa:
Torsi
yang
dihasilkan
oleh
harmonisa
mempengaruhi kinerja dari instumen pengukuran. f) Divais Pengaman
1. Harmonisa mempengaruhi karakteristik operasi dari relai pengaman. Efek harmonisa pada relai bergantung kepada design dan prinsip operasi relai itu sendiri.
24
2. Beberapa relai digital dengan operasi algorithma yang bekerja dengan prinsip data sample dan zero crossing moment dapat dihasilkan error. 3. Arus harmonisa mempengaruhi kemampuan circuit breaker dan fuse untuk bekerja. g) Capasitor B ank
1. Rugi Dielekik: Tegangan hamonisa meningkakan rugi dielektrik pada capasitor 2. Thermal stress: Tegangan Hamonisa dapa meningkakan stress pada capasitor bank dan sistem yang terkoneksi dengan capasitor bank. 3. Daya Reaktif: Harmonisa dapat meningkatkan daya reaktif yang elah melewai batas toleransi manufraktur. 4. Kapasitor
perbaikan
pf:
Kehadiran
dari
harmonisa
dapat
meninkatkan kesalahan operasi dari kapasitor untuk perbaikan pf. 2.6 Penyimpangan Faktor Daya Faktor Daya termasuk di dalam bahasan kualitas daya karena terdapat
beberapa alasan. Faktor daya termasuk di dalam bahasan kualitas daya karena apabila faktor daya terlalu rendah pada suatu utilitas maka dapat menyebabkan kegagalan pada peralatan didalam utiilitas tersebut. Selain itu biaya yang dibayarkan untuk faktor daya yang rendah bisa lebih mahal akibat dikenakan biaya tambahan berupa penalty. Studi dari kualitas daya pada parameter faktor daya merupakan tentang
bagaimana
melakukan
optimalisasi
performa
dari
sistem
dengan
kemungkinan biaya operasi sistem yang rendah. Beberapa definisi dan persamaan dapat digunakan untuk menunjukan faktor daya. Daya semu (S) didalam sistem tenaga listrik dapat didefinisikan sebagai hasil perkalian antara tegangan dengan arus.
25
S = V × I (1Ø) Dengan : S : Daya Semu (VA) V = Tegangan fasa ke fasa (V) dan I = Arus line (A). Faktor daya dapat dilihat sebagai persentase dari daya semu yang dikonversikan menjadi daya nyata. Maka daya aktif (P) dapat didefinisikan dengan: P = V × I × PF Dengan : P = Daya Aktif (Watt) V = Tegangan (V) I = Arus ( A) PF = Faktor daya (persentase) Dengan berubahnya konsep daya listrik pada sistem non sinusoidal atau sistem yang terdistorsi, maka konsep faktor daya juga berubah. Lalu jika dihubungan hubungan antara daya faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata yang digunakan dengan daya kompleks sebagai suplai energi listrik[2]:
Dimana: PF : Power Factor / Faktor Daya P
: Daya Aktif (Watt)
26
S
: Daya Semu (VA)
Dalam kasus nonsinusoidal atau sistem terdistorsi, faktor daya tidak dapat didefinisikan sebagai kosinus dari sudut fase seperti pada Persamaan (2.3). Faktor daya tetap harus memperhitungkan kontribusi dari semua jenis daya, baik daya aktif yang mempunyai frekuensi fundamental dan daya kompleks yang mempunyai frekuensi dasar dan harmonisa. Sehingga konsep faktor daya sebagai perbandingan antara daya aktif P dan daya kompleks S tidak berubah [2]. Pengertian cosj digunakan untuk mengukur faktor daya dengan frekuensi dasar yang tidak mengandung harmonisa yang merupakan perbandingan antara daya aktif dan daya kompleks pada frekuensi dasar. Cosj disebut juga faktor daya perpindahan atau displacement power factor disingkat dengan DPF, yang merupakan faktor daya karena pergeseran fasa antara tegangan dan arus listrik pada frekuensi dasar. Hubungan antara faktor daya dengan DPF diperlihatkan pada persamaan berikut [1] :
2.7 Fluktuasi Tegangan Fluktuasi Tegangan merupakan variasi yang sistematis dari tegangan atau
sebuah urutan perubahan tegangan secara acak dimana magnitude dari tegangan mempunyai nilai yang tidak semestinya dengan batas yang dikeluarkan oleh ANSI C84.1 dari 0,9 pu hingga 1,1 pu. Beban yang secara berkelanjutan mengalami variasi perubahan arus dapat menyebabkan variasi tegangan atau biasa disebut juga dengan flicker. Flicker merupakan akibat dari fluktuasi tegangan pada lampu. Fluktuasi tegangan merupakan fenomeana elektromagnetik saat flicker merupakan hasil yang tidak diinginkan dari fluktuasi tegangan pada beberapa beban. Sinyal flicker didefinisikan dengan magnitudo rms sebagai persenan dari fundamental. Tegangan flicker diukur terhadap sensitifitas mata manusia. Magnitudo yang rendah sebesar 0,5 persen dapat terlihat jelas pada lampu bila frekuensinya antara 6 sampai 8 Hz.
27
Standar IEC 61000-4-15 menjelaskan mengenai metodologi dan spesifikasi dari instrumen untuk pengukuran flicker. Standar ini menjelaskan deskripsi dari flicker yang terlihat melalui pengukuran tegangan. Metoda pengukuran dilakukan dengan
mensimulasikan
fungsi
transfer
dan
menghasilkan
sebuah metric
fundamental oleh lampu, mata, otak yang disebut juga sebagai shot tem flicker sensation
(Pst).
Nilai
yang
dihasilkan
dinormalisasi
menjadi
1
untuk
merepresentasikan level dari flukuasi tegangan yang dapat dirasakan sebagai fliker. Pengukuran dengan metoda lain yaitu long term flicker sensation (Plt). Long term flicker sensation biasa digunakan untuk keperluan verifikasi dengan level kecocokan yang diatur oleh badan standard yang digunakan di dalam utilitas. 2.8 Pengukuran Iluminasi Cahaya
Cahaya adalah bentuk dari radiasi elektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata dan memiliki panjang gelombang dengan jangkauan 0.4 x 10-4 -~ 0.75 x 10-4 cm. Cahaya juga dapat didefinisikan sebagai jumlah penyinaran pada suatu bidang kerja yang diperlukan untuk melaksanakan kegiatan secara efektif. Menurut sumbernya, pencahayaan dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu: a. Pencahayaan Alami Pencahayaan alami adalah pencahayaan yang bersumber dari sinar matahari. b. Pencahayaan Buatan Pencahayaan buatan merupakan pencahayaan yang dihasilkan selain dari sinar matahari. Selain berdasarkan sumbernya, sebuah sistem pencahayaan dapat dibagi menjadi 3 jenis lagi berdasarkan penyebarannya, antara lain: a. Sistem pencahayaan merata Pada sistem ini iluminasi cahaya tersebar diseluruh ruangan. b. Sistem pencahayaan terarah
28
Pada sistem ini cahaya hanya digunakan untuk menyoroti suatu benda tertentu. Contohnya seperti pada pameran-pameran lukisan. c. Sistem pencahayaan setempat Pada sistem ini cahaya dikonsentrasikan pada suatu objek tertentu, misalnya tempat kerja yang memrlukan tugas visual. Salah satu sumber cahaya buatan yang paling umum digunakan oleh manusia adalah lampu. Lampu ini sendiri memiliki beberapa jenis berdasarkan metode yang digunakan untuk dapat mengeluarkan cahaya. Selain berbeda metode, jenis-jenis lampu ini memiliki perbedaan bentuk, konsumsi daya, dan juga panas/terangnya. Berikut beberapa contoh jenis lampu: a. Lampu Pijar Cahaya pada lampu pijar dihasilkan oleh filament dari bahan tungsten yang berpijar karena panas. Hanya 8 – 10 % energi yang berubah menjadi cahaya, sisanya terbuang dalam bentuk panas. Lampu Halogen termasuk dalam golongan ini. Pada dasarnya filamen pada sebuah lampu pijar adalah sebuah resistor. Saat dialiri arus listrik, filamen tersebut menjadi sangat panas, berkisar antara 2800 derajat Kelvin hingga maksimum 3700 derajat Kelvin. Ini menyebabkan warna cahaya yang dipancarkan oleh lampu pijar biasanya berwarna kuning kemerahan. Pada temperatur yang sangat tinggi itulah filamen mulai menghasilkan cahaya pada panjang gelombang yang kasatmata. b. Lampu Flourescent Cahaya pada lampu ini dihasilkan oleh pendaran bubuk fosfor yang melapisi bagian dalam tabung lampu. Ramuan bubuk menentukan warna cahaya yang dihasilkan. Lebih dari 25% energi yang dikonsumsi oleh lampu jenis ini berubah menjadi cahaya.
29
Ketika tegangan AC 220 volt di hubungkan ke satu set lampu TL maka tegangan diujung-ujung starter sudah cukup utuk menyebabkan gas neon didalam tabung starter untuk panas (terionisasi) sehingga menyebabkan starter yang kondisi
normalnya adalah normally open ini akan ‘closed’ sehingga gas neon di dalamnya dingin (deionisasi) dan dalam kondisi starter ‘closed’ ini terdapat aliran arus yang memanaskan filamen tabung lampu TL sehingga gas yang terdapat didalam tabung lampu TL ini terionisasi. Pada saat gas neon di dalam tabung starter sudah cukup
dingin maka bimetal di dalam tabung starter tersebut akan ‘open’ kembali sehingga ballast akan menghasilkan spike tegangan tinggi yang akan menyebabkan terdapat lompatan elektron dari kedua elektroda dan memendarkan lapisan fluorescent pada tabung lampu TL tersebut. c. Lampu HID Cahaya pada lampu ini dihasilkan oleh lecutan listrik melalui uap zat logam. Termasuk dalam golongan ini adalah lampu merkuri, metal halida, dan sodium bertekanan. d. Lampu LED Lampu yang terbuat dari beberapa susunan LED untuk menghasilkan cahaya.
Cahaya
LED
langsung
bersinar
tanpa
adanya
pemanasan
komponenkomponennya. LED membutuhkan sumber DC untuk menyala dan dengan tegangan yang rendah sehingga dibuat rangkaian dengan trafo step-down untuk memperkecil tegangan sumber yang masuk kedalam rangkaian. Dalam pengukuran cahaya, ada beberapa istilah yang digunakan, antara lain: 1. Intensitas Cahaya Intensitas cahaya adalah kekuatan cahaya dari suatu sumber cahaya. Besarnya intensitas cahaya diukur dalam satuan c andela (cd). 2. Lumen
30
Lumen (unit satuan SI, disimbolkan dengan lm) adalah satuan flux cahaya yang dipancarkan di dalam satuan unit sudut padatan oleh suatu sumber dengan intensitas cahaya yang seragam satu candela. Satu lumen setara dengan besarnya cahaya yang dipancarkan sumber cahaya secara seragam sebesar 1 candela pada 1 steradian solid angle atau sudut ruang. Sehingga dituliskan 1lm = 1 cd sr. 3. Iluminasi Iluminasi atau instensitas penerangan adalah banyakanya cahaya yang mengenai suatu permukaan. Iluminasi dihitung dalam satuan footcandles (fc) atau dalam bentuk lux. 1 lux = 1 lumen/m2 4. Steradian Steradian () adalah satuan sudut ruang untuk luas suatu permukaan bola dalam jarak radius.
Gambar 1. Hubungan steradian, luas permukaan bola, dan jarak radius
Alat ukur yang digunakan adalah lux meter. Lux meter memiliki satuan lux, yang didefinisikan sebagai satuan metric ukuran cahaya pada suatu permukaan. Lux meter memiliki range intensitas cahaya antara 1 sampai dengan 100.000 lux. Luxmeter disusun oleh tiga komponen utama yakni rangka, LED, dan photo diode. Prinsip kerja lux meter adalah dengan mengubah energi cahaya menjadi arus listrik yang kemudian ditampilkan pada LED. Pengukuran iluminasi pada dasarnya adalah pengukuran yang menggunakan pendekatan sumber titik. Pengukuran iluminasi dilakukan dalam ruang gelap
31
dimana tidak ada cahaya pantul yang diterima sensor luxmeter. Terdapat tiga jenis pengukuran iluminasi, yakni: 1. Pengukuran Umum Pengukuran umum artinya pengukuran yang dilakukan pada satu ruangan. Pengukuran jenis ini dilakukan dengan membagi ruangan menjadi beberapa titik pengukuran dengan jarak antar titik sama besar. 2. Pengukuran Lokal Pengukuran jenis lokal ini dilakukan pada objek berupa benda tertentu. Mekanismenya benda ukur akan dibagi menjadi beberapa titik ukur. 3. Pengukuran Reflektan Pengukuran jenis ini adalah pengukuran besar reflektan dengan melakukan dua kali pengukuran. Pengukuran pertama adalah mengukur intensitas pencahayaan yang jatuh pada bidang ukur dengan meletakkan photo cell menghadap sumber cahaya. Pengukuran kedua dengan membalik photo cell untuk menghadap bidang ukur, kemudian menarik photo cell sampai angka pada display menunjukkan angka tertinggi. Besarnya reflektan dirumuskan sebagai berikut: Reflektan = (Pengukuran 2 / Pengukuran 1) x 100% Pengukuran lumen penting untuk menghemat energi dalam pencahayaan. Aplikasi pengukuran lumen sebagai contoh ada pada bidang - bidang berikut: 1. Pengukuran tingkat pencahayaan pada bangunan 2. Pengukuran distribusi intensitas cahaya luminer 3. Bidang video, fotografik, dan arsitektur
32
2.9 Pengukuran Hambatan Pentanahan
Tahanan pentanahan merupakan tahanan dari suatu sistem pentanahan yang bertujuan untuk mengalirkan arus petir ke tanah agar tidak terjadi kerugian akibat adanya sambaran petir. Tujuan pentanahan: a. Kemanan dan keselamatan b. Jalur pembuangan arus bocor c. Perlindungan/proteksi pada peralatan Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan, yaitu: a. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya. b. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar. c. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi
33
d. Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah. Petir terjadi karena ada perbedaan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan lainnya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk mencapai kesetimbangan. Mekanisme timbulnya petir diawali dengan pengembangan sambaran perintis (downward leader). Gerakan ke bawah ini bertahap sampai dekat ke tanah, sehingga muatan negatif yang dibawa oleh downward leader tersebut memperbesar induksi muatan positif di permukaan tanah. Lalu muatan positif dalam jumlah yang besar akan bergerak ke atas (upward leader) menyambut gerakan downward leader yang bergerak kebawah, akhirnya terjadi kontak pertemuan antara keduanya (petir). Sistem pentanahan erat kaitannya dengan sistem proteksi terhadap petir, adapun sistem proteksi petir dibagi menjadi: a. Sistem Proteksi Internal Sistem Proteksi Internal berfungsi untuk melindungi objek dari sambaran petir tidak langsung yaitu induksi medan magnetik. Berikut adalah jenis dari sistem proteksi internal: 1. Bonding 2. Divais pengaman (Surge Protection Devices) 3. Shielding 4. Jarak Aman Sistem Proteksi Eksternal berfungsi untuk melindungi objek dari sambaran petir langsung. Berikut adalah jenis dari sistem proteksi eksternal:
34
1. Dissipation Array System (DAS) Dissipation Array System memungkinkan tidak terjadinya sambaran petir di suatu lokasi. Point discharge yang berujung runcing ditempatkan di beberapa bagian atap bangunan untuk memindahkan muatan listrik benda tersebut ke udara. Muatan yang dihembuskan oleh point discharge tersebut akan menurunkan beda potensial antara awan dengan bumi, sehingga mengurangi kemampuan awan dalam melepas muatan ke bumi.
2. Charge Transfer System (CTS) Charge Transfer System merupakan sistem proteksi petir eksternal yang paling umum digunakan. Dalam sistem ini, petir akan tetap menyambar atau terjadi namun sudah diperkirakan letak sambarannya, sehingga petir tidak akan menyambar bagian-bagian lain dari suatu objek. Berikut adalah jenis metode dari Charge Transfer System (CTS): a. Franklin Rod b. Sangkar Faraday c. Radioaktif (Early Streamer Emission Air Terminal) Dalam sistem pentanahan terdapat beberapa bagian penting: a. Air terminal b. Down conductor c. Elektroda pentanahan d. Tanah
35
Gambar 2.X Sistem Pentanahan Baik buruknya sistem pentanahan ditentukan oleh besarnya nilai tahanan pentanahan, dimana nilai tahanan tanah akan sangat mempengaruhi besarnya nilai tahanan pentanahan. Standar untuk sistem pentanahan yang baik umumnya nilai dari tahanan pentanahan tidak lebih dari 5 Ohm. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai tahanan pentanahan: a. Kondisi tanah b. Kelembaban c. Kerapatan tanah/jenis tanah d. Kedalaman elektroda pentanahan e. Jenis elektroda pentanahan f. Luas penampang down conductor g. Suhu (muai) h. Jenis air terminal Cara memperkecil nilai tahanan pentanahan:
36
a. Memparalel elektroda pentanahan b. Mengubah jenis elektroda pentanahan c. Membuat kolam agar tanah menjadi lembab d. Memberi garam pada tanah e. Memperdalam penanaman elektroda pentanahan Ada dua metode yang biasa dilakukan untuk mengukur tahanan pentanahan pada suatu lokasi, yaitu: a. Metode empat titik (four electrode method) Pengukuran tahanan pentanahan dengan metode ini membutuhkan peralatan berikut: 4
kutub tanah pertolongan/batang besi 1 buah Amperemeter 1 buah Voltmeter
sumberdaya AC Cara penyambungan: 4 batang besi (sebut saja sebagai batang C1, P1, P2 dan C2) ditancapkan ke tanah dalam satu baris dengan jarak masing-masing a meter. Antara P1 dan P2 dipasang Voltmeter, antara C1 dan C2 disambungkan dengan Amperemeter dan sumber daya AC 110/220 VAC, seperti pada gambar berikut: MODUL PRAKTIKUM PENGUKURAN BESARAN LISTRIK 2017 Lab
37
BAB 3 AUDIT KUALITAS DAYA
3.1 Konsep Audit Kualitas daya Audit kualitas daya merupakan suatu tindakan evaluasi parameter-parameter kualitas daya beserta gangguan pada suatu sistem atau utilitas dan melakukan analisa serta rekomendasi untuk perbaikan parameter kualitas daya yang mengalami penyimpangan pada standar yang berlaku. 3.1.1 Pertimbangan Audit Sebelum melakukan audit kualitas daya yang perlu dilakukan adalah menetapkan tujuan yang ingin dicapai dari program audit. Didalam perumusan target audit umumnya juga disertakan beberapa pertimbangan seperti pemilihan peralatan untuk melakukan pengukuran, metode untuk pengambilan dan penyimpanan data, analisa, dan intrepretasi data. Audit terdiri dari tujuan umum dan juga tujuan khusus,terdapat beberapa tujuan dari audit kualitas daya yaitu: a) Tujuan umum :
•
Keandalan (Reability), yaitu untuk menjamin suplai daya yang
kontinyu;
•
Keamanan (Safety), yaitu untuk menjamin keamanan manusia
ataupun peralatan dari bahaya listrik yang akan timbul seperti panas berlebih (overheating), kejutan listrik, beban berlebih (overloading), dan kebakaran;
•
Efisiensi (Efficiency), yaitu untuk mereduksi rugi-rugi daya yang
hilang akibat buruknya instalasi, seperti sambungan yang kurang baik, dan isolasi yang buruk yang akan menimbulkan arus bocor.
38
b) Tujuan khusus:
Audit untuk mengetahui performa sistem
Hal ini merupakan tujuan audit yang paling umum. Pemilik utilitas umumnya menjadikan tujuan ini sebagai hal yang paling penting untuk mengetahui performa dari sistemnya agar dapat memenuhi performa yang dibutuhkan olek peralatan. Memberikan gambaran sebuah
pendekatan
proaktif
didalam
audit
sistem merupakan
kualitas
daya.
Dengan
mengetahui performa dari kualiatas daya suatu sistem, pemilik utilitas dapat dengan mudah mengidentifikasi masalah dan dapat menggunakan hasil audit sebagai rujukan untuk memberikan solusi terhadap gangguan. Audit
untuk mengetahui masalah spesifik
Banyak diantara dapartemen maupun manager perencanaan kualitas daya menyelesaikan permasalahan kualitas daya dengan melakukan monitoring pada tempat yang spesifik atau pada beban yang kompleks. Hal ini merupakan sebuah pendekatan aktif pada monitoring kualitas daya dan juga dengan pendekatan ini dapat mengidentifikasi penyebab masalah dari ketidakcocokan peralatan, dimana ini merupakan langkah pertama untuk sebuah solusi yang dapat dihasilkan.
Audit sebagai bagian dari prediktif
Data kualitas daya yang terkumpul dari beberapa hasil audit dapat digunakan sebagai informasi untuk mendapatkan performa spesifk dari peralatan. Seperti contoh gangguan arcing dari kabel bawah tanah yang terjadi berulang-ulang dapat mengakibatkan kegagalan pada kabel atau switching yang terjadi terus menerus pada capacitor dapat menyebabkan kerusakan padanya. Pemeliharaan peralatan dapat dilakukan untuk menghindari kegagalan pada sistem maupun peralatan, sehingga mencegah
39
gangguan kualitas daya utama yang pada akhirnya akan mempengaruhi kinerja kualitas daya keseluruhan. 3.2 Prosedur Penelitian
Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian Tahapan yang dilakukan untuk melakukan penilitian terkait audit kualitas daya dapat dilihat pada Gambar 3.1. Tahapan ini terdiri dari tahap survey lokasi, identifikasi permasalahan lokasi, pemilihan lokasi, perencanaan penelitian, pengukuran parameter kualitas daya yang ingin diamati, melakukan simulasi pada
40
perangkat lunak untuk kebutuhan verifikasi, serta menganalisis dan membandingkan hasil dengan standar. Survey lokasi dilakukan untuk mengetahui lokasi yang memiliki gangguan pada kualitas kelistrikan yang dapat dirasakan oleh pengguna gedung. Identifikasi permasalahan merupakan suatu metode agar penilitian difokuskan terhadap pearamater yang bermasalah. Lalu setelah diketahui penyebab
awal dari
permasalahan di utilitas dan gedung ditetapkan lokasi studi penelitian. Perencanaan penelitian dilakukan untuk memperoleh suatu gambaran yang berkaitan dengan gambaran umum gedung, sistem kelistrikan gedung, data aktivitas gedung, lokasi dan titik penelitian, peralatan yang dipakai didalam pengukuran, dan penentuan standar setiap variabel listrik yang diukur yang nantinya akan dibandingkan dengan hasil pengukuran. Lalu dilakukan pengukuran dan pengumpulan data setiap parameter dilakukan dengan inspeksi visual maupun dengan pengukuran menggunakan alat ukur. Parameter yang diukur adalah tegangan, arus, frekuensi, daya listrik, faktor daya, dan temperatur. Setelah diperoleh data pengukuran dan inspeksi visual, lalu penelitian dilanjutkan dengan simulasi data yang didapat dengan gangguanya dengan software ETAP 12.6.0 untuk verifikasi data dan diakhiri dengan menganalisa dan membandingkan data yang didapatkan dengan standar. 3.3 Survey lokasi Survey lokasi dilakukan untuk mengevaluasi kualitas daya dan performa
peralatan pada suatu utilitas. Survey akan menyertakan inspeksi dari kondisi kabel,grounding, sambungan peralatan, karakteristik dari tegangan dan arus pada gedung. Monitoring kualitas daya bersama dengan pengamatan visual merupakan bagian yang penting dari survey keselurahan. Survey lokasi harus didesign untuk mendapatkan sebanyak mungkin informasi pada utilitas. Informasi ini sangat penting agar monitoring tepat sasaran sesuai dengan permasalahan spesifik kualitas daya. Informasinya di kategorikan sebagai berikut:
41
1. Permasalahan alami seperti contoh: data hilang,kegagalan peralatan, malfungsi sistem kontrol 2. Karakteristik dari peralatan yang sensitif terhadap penyimpangan parameter kualitas daya 3. Kapan terjadinya suatu kegagalan dalam system tenaga listrik 4. Sumber dari penyimpangan parameter kualitas daya di utilitas (Starting motor, switching capacitor , peralatan elektronika daya, peralatan arching ) 5. Kondisi peralatan listrik yang digunakan 6. Spesifikasi sistem dengan single line diagram, rating transformator dan impedansi, informasi beban, informasi capasitor Setelah data ini didapat dengan hasil survery terhadap pengguna utilitas, dilakukan permodelan dengan menggunakan single line diagram yang dilengkapi dengan data elektris, besar daya beban listrik, dan karakteristik dasar pada parameter kulitas daya. 3.4 Identifikasi Permasalahan lokasi Kualitas daya berkaitan dengan berbagai macam kondisi pada sistem tanaga
listrik. Gangguan dapat berasal dari impulse frekuensi tinggi yang disebabkan oleh sambaran petir, perubahan bentuk arus saat terjadi interruption atau overvoltage yang diakibatkan oleh permasalahan switching tap. Banyaknya kondisi yang terjadi pada kualitas daya merupakan suatu permasalahan didalam monitoring performa dari peralatan dan kebutuhan pengambilan data sehingga metode untuk mengelompokkan kualitas daya sangat diperlukan untuk kebutuhan monitoring. Monitoring yang dilakukan terhadap semua macam tipe gangguan di banyak lokasi dapat menghabiskan banyak biaya untuk peralatan, pengaturan data, dan persiapan. Oleh karena itu priroritas didalam monitoring harus sudah ditentukan dari awal berdasarkan permasalahan dan tujuan.
42
3.5 Pemilihan lokasi pengukuran Pengambilan data pada semua lokasi didalam sistem membutuhkan biaya
yang mahal dan terdapat permasalahan didalam penyimpanan maupun pengaturan data, analisa, dan juga intrepretasi. Sehingga pengambilan data pada semua titik lokasi di system tidak diperlukan karena pengambilan data dapat dilakukan pada lokasi yang strategis dan dapat menggambarkan kondisi didalam system secara keseluruhan. Oleh karena itu penting didalam pemilihan lokasi berdasarkan tujuan dari monitoring . Untuk mendapatkan hasil monitoring yang sesuai maka monitoring dilakukan pada lokasi penyulang utama distribusi dan dua lokasi yang dilakukan secara acak. Dengan melakukan tambahan lokasi monitoring secara acak, keseluruhan data dapat dikatakan merepresentasikan kondisi keseluruhan system. Meskipun begitu saat melakukan. Pengukuran hendaknya dilakukan pada titik masuk jalur listrik ke sistem ,karena hal ini juga dapat melihat efek dari step down transformer yang menyuplai utilitas. Data yang didapatkan pada jalur masuk listrik di utilitas dapat menggambarkan karakteristik dari variasi arus beban, dan level distorsi harmonisa. Selain itu pengukuran pada jalur masuk listrik dapat mengurangi biaya dan juga dapat mengindikasikan sumber gangguan. Hal penting lain dari pemilihan lokasi monitoring ialah lokasi yang cukup dekat dengan peralatan yang mengalami gangguan 3.6 Perencanaan Penelitian
3.6.1 Gambaran Umum Gedung K FTUI Gedung K Fakultas Teknik Universitas Indonesia merupakan salah satu gedung fasilitas kampus yang digunakan sebagai gedung perkuliahan, kegiatan seminar, student corner center , dan kegiatan lain yang menunjang potensi akademik. Untuk menunjang kegiatan perkuliahan gedung K terdiri dari ruang kelas, lobby K dan ruang auditorium. Juga terdapat lift sebagai fasilitas gedung.
43
Gambar 3.2 Gedung K Tampak samping
Gedung K Fakultas Teknnik Universitas Indonesia terdiri dari 3 lantai dengan rincian sebagai berikut: a. Lantai 1 terdiri dari : Lobby
K
8
Ruang Kelas
2
Gazebo (Elekto dan Sipil)
Selasar
Lobby K
Ruang
Tunggu Dosen
Ruang
Netic
Ruang
Pantry
Ruang
Gudang
Toilet Lift
44
b. Lantai 2 terdiri dari : 11
Ruang Kelas
Ruang
Pantri
Toilet
c. Lantai 3 terdiri dari :
Ruang Auditorium K 301
Toilet
3.6.2 Sistem Kelistrikan Gedung Gedung K FTUI telah dibangun sejak 1986. Gedung ini memiliki satu panel distribusi utama yang terletak pada salah sisi satu gedung. Panel distribusi utama gedung ini digunakan sebagai panel utama penerangan dan distribusi daya. Dalam konsep pembangunan awalnya, gedung ini diproyeksikan untuk tidak menggunakan
pendingin
ruangan.
Namun
seiring
dengan
berjalannya waktu, satu per satu pendingin ruangan ditambahkan pada
setiap
ruangan.
Beban-beban
yang
terpasang
maupun
digunakan secara rutin pun mulai mengalami perubahan atau pergantian. Kondisi terbaru gedung K saat ini telah menggunakan lift yang dipasang pada tahun 2016. Dalam pemanfaatanya gedung K saat ini aktif digunakan sebagai salah satu gedung perkuliahan utama di FTUI. Selain itu gedung K memiliki auditorium K 301 yang biasanya digunakan untuk melaksanakan acara dan seminar. 3.6.3 Pemilihan Waktu dan Durasi Pengukuran Pemilihan waktu yang ingin dilakukan adalah pada hari dilakukannya perkuliahan dan juga pada hari non perkuliahan (sabtu dan minggu) dari pukul 07.00 hingga pukul 19.00 pada hari
45
perkuliahan dan pada hari non perkuliahan dari pukul 08.00 hingga pukul 17.00. 3.6.4 Standar Acuan 1. Untuk parameter tegangan, penulis mengacu pada beberapa standar untuk beberapa pengukuran yang dilakukan. Penulis mengacu pada standar National Electrical Code (NEC) dan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) yang menyatakan bahwa maksimum susut tegangan antara terminal konsumen dan sembarang titik adalah tidak melebihi ± 5 % [7]. Untuk variasi tegangan (tegangan lebih dan tegangan kurang) penulis mengacu pada SPLN 1 Tahun 1995 yaitu +5% dan -10% dari tegangan nominal [3]. Sedangkan untuk ketidak-setimbangan tegangan, penulis mengacu pada standar SPLN D5.004-1:2012 yaitu maksimal 2% [3] [8]. 2. Untuk parameter frekuensi, penulis mengacu pada SPLN (Standar PLN) tahun 1995 yaitu variasi yang diperbolehkan adalah ±1%, atau antara 49,5 Hz – 50,5 Hz. [3] 3. Untuk harmonik tegangan dan arus, penulis mengacu pada standar IEEE 519-1992 [1]
46
Individual current distortion (%) Isc/IL
Total current distortion
h<
11≤ h 17 ≤ h 23 ≤ h
11
<17
< 23
< 35
35 ≤ h THD-i (%)
< 20
4.0
2.0
1.5
0.6
0.3
5.0
20-50
7.0
3.5
2.5
1.0
0.5
8.0
50-100
10.0
4.5
4.0
1.5
0.7
12.0
100-1000
12.0
5.5
5.0
2.0
1.0
15.0
>1000
15.0
7.0
6.0
2.5
1.4
20.0
Tabel 3.1 Batas individual harmonic distortion dan total harmonic distortion
Tegangan
pada
PCC, Vn (kV)
Individual harmonic voltage (%)
distortion
Total
voltage
harmonic distortion, THD-v (%)
Vn ≤ 69
3.0
5.0
69 < Vn ≤ 161
1.5
2.5
Vn > 161
1.0
1.5
Tabel 3.2 Batas Indivdual Harmonic Voltag Distortion dan Total Volage Harmonic Distortion
4.
Untuk parameter faktor daya, penulis memakai Peraturan
Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia No 19 Tahun 2014, batas faktor daya yang diperbolehkan adalah kurang dari 0,85 atau akan dikenakan biaya kelebihan daya reaktif (kvarh) oleh PLN. [9]
47
3.6.5 Pengukuran dan Pengumpulan data semua parameter Kegiatan audit dibagi menjadi dua kegiatan. Kegiatan inspeksi instalasi listrik yang dilakukan secara visual untuk mengetahui keadaan fisik peralatan
listrik
yang
terpasang.
Dan
kegiatan
selanjutnya
adalah
Pengukuran-Pengujian untuk mengetahui karakteristik sistem kelistrikan yang terpasang. 3.6.5.1 Titik Pemantauan Peralatan
No Titik pemantauan Multimeter +
Thermal
PQ Analizer
Foto Clampmeter
Imager
√
√
Gedung K Fakultas Teknik UI
1
Panel K
√
√
Tabel 3.3 Titik Pemantauan Pemantauan dilakukan pada panel K dengan menggunakan beberapa peralatan. Beberapa peralatan yang digunakan adalah:
48
Power Quality Analizer Digunakan untuk mengukur beberapa parameter listrik seperti frekuensi, tegangan setiap fasa, arus setiap fasa, daya, faktor daya, dan harmonisa
Multimeter Digunakan untuk mengukur tegangan setiap fasa pada panel cabang
Clampmeter Digunakan untuk mengukur arus setiap MCB dan arus netral
Infrared Thermometer Digunakan untuk mengukur panas peralatan
Kamera Digunakan untuk mengambil gambar peralatan
Gambar 3.3 Power Analyzer HIOKI 3169 – 20
49
Nama Alat Ukur
HIOKI Power Analyzer
Tipe
3169-20
Rating tegangan suplai
100 – 240 V AC
Frekuensi
50/60 Hz
Dimensi
210 x 160 x 60 mm ± 5 mm
Berat
1,2 kg ± 100 g
Tipe pengukuran
1 fasa 2 kabel , 1 fasa 3 kabel, 3 fasa 3 kabel, 3 fasa 4 kabel
Fungsi pengukuran
Tegangan, Arus, Daya Aktif , Daya Reaktif, Daya Kompleks, Faktor Daya, Harmonik, Frekuensi
Alat ukur pendukung
1) 3 Clamp arus 9661 : maksimal 500 A 2) 1 Clamp arus netral 9660 : 5 – 100 A 3) 3 Probe tegangan 150 – 600 V
Tabel 3.4 Spesifikasi alat HIOKI 3.6.5.2 Inspeksi Visual Inspeksi visual merupakan salah satu kegiatan audit kualitas daya listrik. Tujuan dari inspeksi visual adalah untuk memeriksa fisik dan kondisi peralatan instalasi listrik. Inspeksi visual yang dilakukan adalah:
Memeriksa kelengkapan panel (indikator dan alat ukur). Terdapat indikator pada K, yang dapat berfungsi dengan baik. Terdapat juga alat ukur pada masing-masing panel yaitu alat ukur arus dan tegangan.
50
Sistem pengkabelan (wiring ) terlihat baik dan tersusun rapih, dikarenakan panel K baru dilakukan peremajaan tahun 2016 sehingga susunanya masih sesuai dan kondisi kabe l terlihat baru.
Kondisi proteksi. Panel listrik dapat terjadi lonjakan arus tiba-tiba akibat petir yang menyambar. Oleh karena itu proteksi surja petir sangat dibutuhkan. Terdapat proteksi surja petir pada kedua panel. Sehingga panel dalam kondisi baik dari segi proteksi.
3.7 Melakukan simulasi untuk verifikasi Simulasi dilakukan untuk verifikasi kondisi maupun melakukan
permodelan dengan single line diagram yang menggambarkan kondisi sesuai dengan keadaan aslinya dan mencari parameter hubung singkat untuk analisis distorsi harmonic. Selain itu akan dilakukan analisis aliran daya gedung dengan melihat kesesuaian parameter kualitas daya terhadap standar yang telah ditentukan. Simulasi penelitian ini dilakukan dengan menggunakan aplikasi Electrical Transient and Analysis Program atau ETAP 12.6.0. Dengan menggunakan program ini dapat dilakukan pendekatan dengan kondisi sebenarnya dan tetap mempertimbangkan beberapa parameter-parameter dari hasil pengukuran ke dalam program. Setelah dibuat diagram satu garis pada ETAP 12.6.0, data-data hasil pengukuran akan dimasukkan ke dalam simulasi dan kemudian dilakukan analisis sistem. Untuk analisis lebih mendalam dari hasil pengukuran secara umum digunakan aplikasi perangkat lunak HIOKI 9625 POWER MEASUREMENT SUPPORT SOFTWARE. Data yang akan diambil dari aplikasi ini adalah tegangan, faktor daya, THD, serta kondisi konsumsi daya dari waktu cuplik.
51
3.8 Identifikasi Permasalahan dan Pemberian Solusi Jika inspeksi visual dan pengukuran parameter listrik pada panel
telah dilakukan, maka tahap selanjutnya adalah menganalisa dan mencari solusi untuk mengatasi permasalahan yang terjadi. Analisa awalnya dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran dari audit yang dilakukan dengan standar pada tiap-tiap parameter seperti pada sub bab 3.3.4 tentang standar acuan. Untuk parameter frekuensi, jika hasil fluktuatif frekuensi berada diluar standar frekuensi, maka sistem tersebut daya aktif pada sisi penerima terlalu besar atau terlalu kecil dibanding sisi pengirim. Untuk parameter tegangan, terdapat beberapa analisa yang dilakukan, yaitu tentang variasi tegangan, ketidak-seimbangan tegangan, dan THD tegangan. Untuk parameter arus, akan dilakukan pengukuran untuk mengetahui ketidakseimbangan beban, serta besar arus netralnya. Jika terjadi arus netral besar akibat ketidak-seimbangan beban tersebut, maka dilakukan perbaikan keseimbangan beban guna mengurangi arus netral. Arus netral dapat dihitung
dengan
menjumlahkan
arus
ketiga
fasa.
Bukan
hanya
menjumlahkan nilai magnitude, namun juga menjumlahkan fasor :
Dimana : IN : Arus Netral (A) Ia
: Arus fasa R (A)
Ib
: Arus Fasa S (A)
Ic
: Arus Fasa T (A)
Dari data hasil Audit Instalasi ini, dapat diketahui kondisi instalasi listrik dan solusi mengenai permasalahan yang terjadi, sehingga nantinya
52
dapat dijadikan sebagai acuan untuk dapat melakukan beberapa hal: Perbaikan dengan cara perawatan dan perbaikan dengan cara penggantian.
53
BAB 4 PENUTUP
Terdapat
beberapa
parameter
akan
kualitas
daya
yaitu
tegangan,arus,frekuensi,dan faktor daya. Parameter kualitas daya ini umumnya dapat menentukan baik maupun buruknya kinerja dari suatu sistem. Sistem dapat dikatakan baik apabila dapat mengalirkan suplai listrik yang kontinu,effisien,dan juga aman untuk pengguna sistem baik manusia maupun peralatan listrik. Untuk menciptakan suatu kondisi sistem yang baik tersebut dibutuhkan suatu metode evaluasi terhadap parameter-parameter kualitas daya. Audit kualitas daya dapat digunakan untuk mengamati dan mengevaluasi parameter tersebut beserta gangguan yang dihasilkan Dibutuhkan suatu penelitian untuk mengamati dan mengevaluasi parameter kualitas daya agar dapat terciptanya suatu kondisi sistem yang baik dan juga dapat membuktikan pentingnya parameter kualitas daya bagi suatu sistem dengan melihat hubungan antara suatu gangguan di sistem akibat dari penyimpangan nilai parameter kualitas daya
54
Daftar Referensi
1.
Vaclav Smil, “The Energy Question, Again,”Current History, December 2000, p. 409.
2. International
Energy
Agency,
Access
to
Electricity,
http://www.worldenergyoutlook.org/resources/energydevelopment/acc esstoelectricity/ 3. System Reliability, Safety and QualityTang Xiaowen 1, Pang Chen 2 4.
Faisal, M. F. (2005). Power quality management program: TNB’s Experience. Distribution Engineering Department, TNB.
5.
May 2011, Železná Ruda-Špičák, University of West Bohemia, Czech Republic POWER QUALITY AND QUALITY OF SUPPLY
Miloslava Tesařová 6. Chattopadhyay, S., Mitra, M., & Sengupta, S. (2011). Electric power quality. Dordrecht: Springer Verlag. 7. LE - Leonardo Energy (www.leonardo-energy.org) 8. https://www.socomec.com/files/live/sites/systemsite/files/DOCUMEN TATION/UPS_hors_cata/power_quality_audit/doc_109043.pdf 9. R. C. Dugan, Electrical Power Systems Quality, The McGraw - Hill, 2004. 10. Panitia Revisi PUIL 1987, "Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000," Badan Standarisasi Nasional, Jakarta, 2000. 11. Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, "Peraturan No.19 Tahun 2014 Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia," Jakarta, 2014.
