59
Positif Negatif Nol
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
... ... ...
Pernyataan tabel di atas hanya berlaku pada sistem tiga fasa yang seimbang. Jika sistem tidak seimbang, setiap orde harmonisa bisa mempunyai urutan positif, negatif,
dan nol.
3.4 Sumber Harmonisa
Gelombang arus ataupun tegangan ideal yang disalurkan dari pembangkit ke beban adalah bebentuk sinus murni dengan frekuensi 5060 Hz. Beban pada sistem
tenaga dapat dibagi menjadi dua, yaitu beban linier dan beban non-linier. Beban linier adalah beban yang impedansinya selalu konstan sehingga arus
listrik selalu berbanding lurus dengan tegangan setiap waktu. Beban linier ini mematuhi hukum ohm yang menyatakan bahwa arus listrik yang mengalir pada
sebuah komponen berbanding lurus dengan tegangan pada ujung-ujung komponen tersebut, asalkan suhu dijaga tetap. Gelombang arus listrik yang dihasilkan oleh
beban linier akan sama dengan bentuk gelombang tegangan. Apabila diberi tegangan sinusoidal, maka arus listrik yang mengalir ke beban linier juga merupakan
sinusoidal sehingga tidak terjadi distorsi dan tidak menimbulkan harmonisa. Beban ini berupa elemen pasif seperti resistor, induktor, dan kapasitor.
Beban non-linier adalah beban yang impedansinya tidak konstan dalam setiap periode tegangan masukan. Dengan impedansinya yang tidak konstan maka arus
Universitas Sumatera Utara
60
listrik yang dihasilkan tidaklah berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan sehingga beban non-linier tidaklah mematuhi hukum ohm. Gelombang arus listrik
yang dihasilkan oleh beban non-linier tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan sehingga terjadi cacat distorsi. Dengan meluasnya pemakaian beban non-
linier, gelombang sinusiodal ini dapat mengalami cacat sehingga menimbulkan harmonisa.
Semua peralatan yang menggunakan komponen semikonduktor dioda, transitor, tiristor merupakan beban non-linier. Peralatan semikonduktor ini merupakan
pemakaian beban non-linier yang terluas. Peralatan semikonduktor ini mencakup semua peralatan elektonika daya, seperti: UPS Uninterruptible Power Supply,
pengendali kecepatan motor adjustable speed drive, soft starter, static compensator, catu daya power supply, pengubah frekuensi cycloconverter dan
rectifier inverter, pengisi baterai charger, dan peralatan lainnya yang melakukan proses penyearahan rectification, pembalikan inversion, maupun pensaklaran
statis static switch. Selain yang disebutkan di atas, ada juga beberapa peralatan yang termasuk beban non-linier, seperti:
¾ Peralatan penerangan
Lampu hemat energi dan lampu neon. Lampu neon menghasilkan hamonisa ganjil dan sedikit harmonisa genap.
¾ Peralatan industri
Peralatan ini mencakup tungku busur listrik Electric Arc Furnace, tungku induksi induction furnace, dan mesin las.
¾ Perlengkapan kantor
Perlengkapan ini mencakup printer, mesin fotokopi, mesin fax, komputer, monitor, elevator, dan sebagainya.
¾ Perlengkapan rumah Tangga
Peralatan ini mencakup microwave oven, televisi, dan sebagainya.
Universitas Sumatera Utara
61
¾ Sumber energi terbarukan
Berupa sumber energi listrik dari sel bahan bakar fuel cell, angin, dan dari tenaga surya.
¾ Mesin-mesin listrik
Pada transformator, adanya kejenuhan pada inti besi saturasi mengakibatkan arus magnetisasi mengalami distorsi sehingga menimbulkan harmonisa. Jadi,
arus magnetisasi akan tetap mengalami distorsi walaupun tegangan yang diberikan ke kumparan primer tidak mengalami distorsi.
Pada motor listrik, harmonisa disebabkan oleh distribusi fluks yang tidak sinusoidal terdistorsi. Distribusi fluks magnet pada inti besi mengalami distorsi
karena pengaruh adanya slot, saturasi seperti pada transformator, dan efek pendistribusian kumparan yang kurang sempurna pada inti besi. Karena
tegangan induksi pada kumparan jangkar berbanding lurus dengan fluks magnet, maka tegangan induksi ini juga akan mengalami distorsi.
Arus yang mengalir pada motor merupakan hasil bagi antara selisih tegangan tegangan sumber dengan tegangan induksi motor dengan impedansi kumparan
jangkar. Karena tegangan induksi sudah mengalami distorsi, maka walaupun tegangan sumber tidak mengalami distorsi, arus pada motor akan tetap
mengalami distorsi. Dampak harmonisa yang ditimbulkan mesin-mesin listrik sangat kecil bila
dibandingkan dengan beban non-linier yang lain sehingga mesin-mesin listrik biasanya dihilangkan dari cakupan beban non-linier dan harmonisa pada mesin
listrik biasanya diabaikan saja. Selain pada sisi beban, harmonisa juga dapat ditimbulkan dari sisi
pembangkit yaitu generator. Harmonisa pada generator ini akan dibahas lebih lanjut pada sub bab berikutnya.
Tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit ditransmisikan melalui penghantar transmisi dengan beberapa tingkat tegangan yang diubah oleh transformator dan
Universitas Sumatera Utara
62
akhirnya didistribusikan ke konsumen. Beban konsumen sebagian besar berupa beban non-linier terutama pada industri. Beban ini akan menarik arus harmonisa dari
sumber. Arus yang sudah mengandung harmonisa terdistorsi ini mengalir dari sumber ke beban melalui transformator, penghantar transmisi dan distribusi, rel daya,
kabel, dan sebagainya yang membentuk impedansi Z antara sumber dan beban seperti pada gambar 3.7. Arus terdistorsi I ini akan menimbulkan jatuh tegangan
yang juga terdistorsi pada seluruh impedansi saluran. Tegangan yang sampai ke beban V
A
adalah tegangan sumber dikurangi dengan tegangan jatuh pada impedansi saluran
. Tegangan sumber yang belum terdistorsi dikurangi jatuh tegangan yang terdistorsi, hasilnya adalah tegangan yang terdistorsi pada sisi
beban bus A.
Apabila ada beban linier lainnya yang dihubungkan pada bus A seperti pada gambar 3.7, maka beban itu akan menerima tegangan bus A yang telah terdistorsi
akibat beban non-linier tadi. Jadi, dengan adanya jatuh tegangan yang terdistorsi ini pada impedansi saluran, maka konsumen lainnya yang menerima arus melalui
saluran yang sama juga akan mengalami distorsi tegangan. Tegangan pada sisi konsumen ini akan mengalami distorsi walaupun bebannya berupa beban linier. Jadi,
efek harmonisa akibat beban non-linier ini dirasakan secara meluas sehingga dibuat sejumlah standar untuk membatasi jumlah harmonisa arus yang diperolehkan pada
saluran. Semakin jauh suatu beban dari sisi pembangkit, impedansi saluran antara sumber dan beban juga akan semakin besar sehingga jatuh tegangan akibat arus
Gambar 3.7 Pembangkit yang Menyuplai Beban Linier dan Non‐linier
Universitas Sumatera Utara
63
distorsi ini juga semakin besar dan pada akhirnya distorsi tegangan yang sampai ke beban juga akan semakin besar. Sebaliknya semakin dekat suatu beban dari sisi
pembangkit, distorsi tegangan yang sampai ke beban akan semakin kecil. Pada pembahasan sebelumnya, telah diuraikan bahwa distorsi tegangan yang
dihasilkan oleh beban non-linier berawal dari distorsi arus yang mengalir pada impedansi saluran. Namun, tidak semua distorsi tegangan dihasilkan oleh distorsi
arus yang mengalir pada impedansi saluran, misalnya pada keluaran konverter. Tegangan keluaran dari konverter mengalami distorsi karena proses pensaklaran
switching yang dilakukan oleh komponen semikonduktor di dalamnya. Proses pensaklaran ini dapat berupa penyearahan ac ke dc dan pembalikan dc ke ac. Pada
analisis rangkaian listrik, beban non-linier dapat diwakili dengan sumber arus pada rangkaian ekivalennya dengan anggapan sumber arus inilah yang akan menghasilkan
arus harmonisa sehingga pada akhirnya merambat ke sumber dan ke beban lainnya.
3.5 Dampak Harmonisa
