PENGARUH HARMONISA PADA GARDU TRAFO TIANG

Dengan kemajuan teknologi informasi maka komputer dan printer semakin banyak digunakan di rumah tinggal. Di sisi lain, krisis energi menjadi pemicu meningkatnya penggunaan Lampu Hemat Energi (LHE). Komputer, printer & LHE merupakan beban non linier yang menjadi penyebab munculnya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik termasuk Trafo Tiang (TT).
Dengan melakukan pengukuran di TT maka dapat diketahui bahwa pada TT timbul arus harmonisa yang dapat meningkatkan rugi-rugi pada TT.
Setelah dianalisa, diperoleh bahwa semakin besar pembebanan pada TT (83,14%) maka rugi-rugi beban akan semakin besar (6%) dan THD (Total Harmonic Distortion) arus akan naik (18,3%) & melebih standard THD (8%)

Abstract
Increasing in Information Technology also increase the use of computer and printer at home. On other hand the energy crisis causing “Saving Energy Lamp” (LHE) become largely used nowadays. Computer, Printer and “Saving Energy Lamp” are non linear load that cause a power harmonic distortion in the power system distribution grid, including in the pole-mounted transformer.
The harmonic current that can caused transformer losses can be measured at pole-mounted transformer.
In conclusion, increasing load at pole-mounted transformer (83,14%) will raise losses at load (6%) and current THD (Total Harmonic Distortion) (18.3%). In this measurement the current harmonic is higher than standard THD (8%).

Pendahuluan

Pertumbuhan listrik dari suatu negara adalah dua kali dari pertumbuhan ekonominya. Dengan adanya pertumbuhan ekonomi, maka daya beli masyarakat juga meningkat. Meningkatnya daya beli ini ditandai dengan semakin banyaknya peralatan – peralatan elektronik yang dimiliki oleh seseorang, salah satunya adalah komputer. Penggunaan komputer pada masa sekarang ini sangat penting, karena dengan komputer suatu pekerjaan menjadi lebih mudah. Tetapi di sisi lain, penggunaan komputer mempunyai pengaruh dalam sistem distribusi listrik. Komputer merupakan salah satu contoh dari beban non linier, sedangkan beban non linier merupakan penyebab munculnya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik. Adanya harmonisa ini menyebabkan gelombang arus dan tegangan menjadi cacat dan tidak sinusoidal lagi.
Harmonisa mempunyai pengaruh pada sistem distribusi listrik. Salah satu komponen dalam sistem distribusi listrik adalah transformator. Pengaruh harmonisa pada transformator adalah bertambahnya rugi – rugi beban (PLL), rugi I2R dan rugi Eddy Current.. Selain itu juga dapat menyebabkan pembebanan lebih pada kawat netral.

Teori Harmonisa

Dalam sistem tenaga listrik yang ideal, bentuk gelombang tegangan yang disalurkan ke peralatan konsumen dan bentuk gelombang arus yang dihasilkan adalah gelombang sinus murni.
Harmonisa adalah gangguan yang terjadi dalam sistem distribusi tenaga listrik yang disebabkan adanya distorsi gelombang arus dan tegangan. Distorsi gelombang arus dan tegangan ini disebabkan adanya pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi fundamentalnya.[3]
Harmonisa bisa muncul akibat adanya beban – beban non linier yang terhubung ke sistem distribusi. Beban non liner ini umumnya adalah peralatan elektronik yang di dalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor, yang dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Beberapa contoh beban non liner antara lain : variable speed drive, komputer, printer, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast.





Gambar 1. Gelombang Sinus Arus dan Tegangan

Gelombang non sinusoidal dapat terbentuk dengan menjumlahkan gelombang – gelombang sinusoidal, seperti terlihat pada gambar 2. [3]






Gambar 2. Gelombang Fundamental, Harmonik Ketiga & Hasil Penjumlahannya

Individual Harmonic Distortion (IHD) adalah rasio antara nilai RMS dari harmonisa individual dan nilai RMS dari fundamental.
Total Harmonic Distortion (THD) adalah rasio antara nilai RMS dari komponen harmonisa dan nilai RMS dari fundamental. Hubungan antara THD dengan IHD dapat dilihat dari persamaan berikut : [3]
THD = (IHD22 + IHD32 + IHD42 + … IHDn2 )1/2 (1)

Standar harmonisa berdasarkan standar IEEE 519. Ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa. Yaitu batasan untuk harmonisa arus, dan batasan untuk harmonisa tegangan. Untuk standard harmonisa arus, ditentukan oleh rasio Isc/IL. Isc adalah arus hubung singkat yang ada pada PCC (Point of Common Coupling), sedangkan IL adalah arus beban fundamental nominal. Sedangkan untuk standard harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang dipakai. [6]

Tabel 1. Standard Harmonisa Arus


Tabel 2. Standard Harmonisa Tegangan


Pengaruh Harmonisa Pada Transformator

Transformator dirancang untuk menyalurkan daya yang dibutuhkan ke beban dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya. Arus harmonisa dan tegangan secara signifikan akan menyebabkan panas lebih. Ada 3 pengaruh yang menimbulkan panas lebih pada transformator ketika arus beban mengandung komponen harmonisa : [2]
• Arus rms. Jika transformator kapasitasnya hanya untuk kVA yang dibutuhkan beban, arus harmonisa dapat mengakibatkan arus rms trafo menjadi lebih besar dari kapasitasnya. Meningkatnya arus rms menyebabkan rugi-rugi pada penghantar juga bertambah.
• Eddy-current loses. Arus induksi di dalam trafo yang disebabkan oleh fluks magnetik. Arus induksi ini mengalir di belitan, di inti, dan di badan penghantar lain yang terlingkupi oleh medan magnet dari transformator dan menyebabkan panas lebih. Komponen rugi-rugi trafo ini meningkat dengan kuadrat dari frekuensi arus penyebab eddy current. Oleh karena itu, ini menjadi komponen yang sangat penting dari rugi – rugi trafo yang menyebabkan pemanasan oleh harmonisa.
• Rugi Inti. Peningkatan rugi inti yang disebabkan oleh harmonisa bergantung pada pengaruh harmonisa pada tegangan yang diberikan dan rancangan dari inti trafo. Semakin besar distorsi tegangan maka semakin tinggi pula eddy current di laminasi inti. Peningkatan rugi inti karena harmonisa tidak sekritis dua rugi – rugi di atas.

Teori Perhitungan Load Loss (PLL) Trafo

Untuk menghitung load loss trafo dalam per unit, dapat dicari dengan rumus sebagai berikut : [5]
PLL = Σ Ih2 + ( Σ Ih2 x h2 ) PEC-R (p.u) (2)
dimana:
PEC-R = faktor eddy current loss
h = angka harmonisa
Ih = arus harmonisa
Σ Ih2 merupakan komponen rugi I2R dalam p.u, sedangkan ( Σ Ih2 x h2 ) PEC-R merupakan komponen rugi eddy current dalam p.u.
Untuk mencari faktor eddy current loss dapat dilihat pada tabel 3.[5]

Tabel 3. Nilai dari PEC_R


Pengumpulan Data :
Spesifikasi Trafo Tiang adalah sebagai berikut :
Buatan Pabrik : UNINDO
Tipe : Outdoor
Daya : 100 kVA
Tegangan Kerja : 21/20,5/20/19,5/19 kV // 400 V
Arus : 3,1 – 186 A
Hubungan : Dyn5
Impedansi : 4%
Trafo : 1 x 3 phasa


Tabel 4. Data Hasil Pengukuran Trafo Tiang
Phasa Tegangan
(V) Arus
(A) Daya
Aktif (kW) Daya
Nyata (kVA) Cos  VTHD
(%) ITHD
(%)
R 223 115.3 24 26 0.94 3.1 12.5
S 224 113 23 25 0.92 2.4 18.3
T 221 120 24 26 0.92 2.4 18.3

Tabel 5. Kandungan Harmonisa Arus Ganjil
Phasa Harmonik ke : IHD (%) Arus (A) Urutan
R 3 10.7 12.34 Nol
5 5.3 6.11 Negatif
7 2.4 2.77 Positif
9 2.6 3.00 Nol
11 0.7 0.81 Negatif
13 0.6 0.69 Positif
15 0.9 1.04 Nol
S 3 13.9 15.71 Nol
5 8.6 10.51 Negatif
7 6.7 7.57 Positif
9 4.1 4.63 Nol
11 0.6 0.68 Negatif
13 0.3 0.34 Positif
15 0.8 0.90 Nol
T 3 12.4 14.88 Nol
5 10.2 12.24 Negatif
7 7.1 8.52 Positif
9 4.9 5.88 Nol
11 1.1 1.32 Negatif
13 0.9 1.08 Positif
15 1.4 1.08 Nol
Netral
In = 62.41 A

THD = 66.01% 3 58.1 36.26 Nol
5 10.6 6.62 Negatif
7 8.1 5.06 Positif
9 21.3 13.29 Nol
11 5.7 3.56 Negatif
13 4.6 2.87 Positif
15 17.2 10.73 Nol

Analisa Perhitungan Arus Hubung Singkat

Z = 4%
S = 100 kVA
V = 0,4 kV phasa - phasa
IFL = = = 144,34 Ampere

ISC = = = 3608,44 Ampere

Analisa Pembebanan Pada Trafo
Tabel 6. Analisa Pembebanan pada Trafo Tiang
Phasa Arus nominal (A) Arus Full load (A) % Pembebanan
R 115,3 144,34 79,88
S 113 144,34 78,29
T 120 144,34 83,14
Dari tabel di atas terlihat bahwa pembebanan pada ketiga phasa di Trafo tiang hampir seimbang (rata-rata pembebanan ketiga phasa adalah 80.43 %).