Latar Belakang S PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang S

istem distribusi tiga fasa empat kawat sudah secara luas digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik pada tegangan rendah, terutama untuk melayani beban- beban satu fasa yang dipasang antara fasa dan netral. Pada sistem distribusi ini arus pada konduktor netral merupakan penjumlahan vektor dari ketiga arus fasa. Dengan beban-beban linear yang seimbang di mana arus pada masing-masing fasa mempunyai perbedaan fasa sebesar 120 maka tidak ada arus netral. Pada kebanyakan sistem distribusi tenaga yang mensuplai beban-beban satu fasa besar kemungkinan terjadi ketidakseimbangan beban sehingga menimbulkan arus netral yang umumnya tidak lebih dari 20 persen dari arus beban normal pada konduktor fasa [1]. Ada kondisi dimana meskipun benar-benar seimbang, beban-beban satu fasa itu dapat menghasilkan arus netral yang cukup signifikan. Beban-beban non linear seperti penyearah, power supply, lampu fluorescent, komputer dan sebagainya menghasilkan arus harmonisa. Arus harmonisa merupakan hasil penjumlahan dari arus dengan frekuensi fundamental dan arus dengan frekuensi kelipatan bilangan bulat frekuensi fundamental. Jumlah vektor dari arus tiga fasa yang seimbang tapi mengandung harmonisa tidak sama dengan nol. 1 Universitas Sumatera Utara Besarnya arus netral yang terdapat pada sistem-sistem yang mempunyai beban-beban nonlinear dapat menjadi sangat besar yakni berkisar antara 60 sampai dengan 80 persen dari nilai arus fasa [1]. Bahkan berdasarkan hasil survei pada instalasi-instalasi dengan beban komputer di Amerika menunjukkan bahwa 22,6 mempunyai arus netral yang melebihi arus fasa beban penuh [2]. Ballast induktif yang terdapat pada lampu fluorescent juga menimbulkan harmonisa yang cukup berarti pada konduktor netral, sehingga dapat menimbulkan kebakaran akibat beban lebih pada konduktor netral seperti yang dilaporkan oleh Liew [1]. Beban nonlinear tiga fasa tiga kawat membangkitkan arus harmonisa urutan positif dan negatif. Arus harmonisa ini dapat mengakibatkan terjadinya resonansi, distorsi tegangan, panas yang berlebihan, meningkatkan rugi-rugi daya, kegagalan pemakaian alat, kerusakan prematur dari perlengkapan listrik, dan lain-lain [3]. Beban nonlinear satu fasa yang umumnya dihubungkan antara konduktor fasa dan konduktor netral, menimbulkan arus harmonisa urutan nol yaitu harmonisa orde ke 3, 9, 15, 21… yang disebut juga sebagai harmonisa triplen. Arus harmonisa urutan nol yang dihasilkan oleh beban satu fasa dijumlahkan secara aljabar pada konduktor netral dan besarnya dapat mencapai sampai tiga kali lebih tinggi dibandingkan arus harmonisa urutan nol yang terdapat pada fasanya. Arus harmonisa urutan nol, juga menimbulkan masalah yang khas seperti yang ditemui pada arus harmonisa urutan positif dan negatif, dapat mengakibatkan konduktor netral mengalami beban lebih, terjadinya tegangan netral ke tanah, memperbesar distorsi tegangan fasa, dan pemanasan yang berlebihan pada transformator [3]. Universitas Sumatera Utara Berbagai penelitian untuk mengurangi arus harmonisa urutan nol di dalam jaringan sistem tenaga listrik telah dilaksanakan. Penelitan tersebut meliputi penggunaan filter aktif, filter elektromagnetik, filter pasif dan kombinasinya. Beberapa metode yang menggunakan filter elektromagnetik yang pernah dilakukan dalam penelitian terdahulu diperlihatkan dalam Tabel 1.1. Pada Tabel 1.1 persentase pengurangan arus urutan nolarus netral dimuat dalam kolom ‘hasil yang dicapai’. Tabel 1.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan No Peneliti Judul Metode Hasil yang Dicapai 1 Pekik, A. D [4] A Practical Approach to Minimize the Zero- Sequence Current Harmonics in Power Distribution Systems Kombinasi zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag Jenis zsbt: ketiga kumparan dililit pada inti yang sama, jenis trafo zz: trafo zz tiga fasa 94,4 eksperimen 2 Syafrudin [5] Metode Baru Pengurangan Harmonisa Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Kombinasi zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag Jenis zsbt: ketiga kumparan dililit pada inti yang sama, jenis trafo zz: trafo zz tiga fasa 94,4 eksperimen 3 Qipeng Song [6] A Novel Approach to Eliminate Zero-sequence Harmonic Current Kombinasi zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag Jenis zsbt: ketiga kumparan dililit pada inti yang sama, jenis trafo zz: tiga buah trafo satu fasa fasa 90 simulasi Universitas Sumatera Utara No Peneliti Judul Metode Hasil yang Dicapai 4 Qipeng Song [7] Zero-Sequence Harmonic Current Minimization Using Zero-Blocking Reactor and Zig-zag Transformer Kombinasi zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag Jenis zsbt: ketiga kumparan dililit pada inti yang sama, jenis trafo zz: tiga buah trafo satu fasa 5 Syafrudin [8] Zero Sequence Harmonics Current Minimization Using Zero-Blocking Transformer and Shunt LC Passive Filters Kombinasi zero sequence blocking transformer dengan filter pasif LC Jenis zsbt: ketiga kumparan dililit pada inti yang sama 6 Hadzer, C. M [9] A Study on Zero-passing Transformer in Harmonics Reduction Kombinasi transformator Y- Δ dan filter LC 96 eksperimen 7 Hurng-Liahng Jou [10] Analysis of Zig-Zag Transformer Applying in the Three-Phase Four- Wire Distribution Power System Transformator zig-zag Jenis trafo zz: tiga buah trafo satu fasa 95,41 simulasi 8 Fernando N [11] Three-Phase Electromagnetic Filter for Zero-Sequence Harmonics Filter eletromagnetik: tiga buah inti magnetik satu fasa 9 Bhim Sing [12] Magnetic for Neutral Current Compensationn in Three-Phase Four-Wire Distribution System Trafo zz, trafo YΔ, trafo scott, trafo hubungan T, trafo star- polygon 10 S.Ranjith Kumar [13] Zig Zag Transformer performance analysis on harmonic reduction in distribution load Transformator zig-zag Jenis trafo zz: tiga buah trafo satu fasa 92,59 simulasi 11 Aitor Laka [14] Novel Zero-Sequence Blocking Transformer ZSBT Using Three Single-Phase Transformers Zero sequence blocking transformer Jenis zsbt: tiga buah transformator satu fasa Lanjutan Tabel 1.1 Universitas Sumatera Utara Pada penelitian sebelumnya zero sequence blocking transformer yang digunakan terdiri dari satu buah transformator tiga fasa dimana ketiga kumparan fasanya dililit pada inti yang sama [4], [5], [6], [7] dan [8]. Kelemahan dari zero sequence blocking transformer seperti ini adalah jika digunakan pada daya yang besar akan memerlukan konduktor yang besar pula sehingga sulit mendapatkan distribusi kumparan yang simetris. Pada penelitian ini diusulkan penggunaan zero sequence blocking transformer dengan menggunakan tiga buah transformator satu fasa dan transformator zig-zag untuk mengurangi arus harmonisa urutan nol. Keuntungan dari zero sequence blocking transformer yang menggunakan tiga buah transformator satu fasa ini adalah sederhana dalam pembuatannya dan jika salah satu transformator mengalami kerusakan mudah dilakukan penggantian. Selanjutnya transformator zig-zag yang digunakan juga menggunakan tiga buah transformator satu fasa dengan belitan bifilar. Dengan belitan bifilar ini transformator tersebut mempunyai reaktansi bocor yang rendah, sekaligus berarti impedansi urutan nol yang rendah pula, sehingga cocok digunakan untuk melalukan arus harmonisa urutan nol dari beban kembali ke beban. Penelitian akan dilakukan dengan menggunakan simulasi dengan program PSIM dan dengan melakukan eksperimen di laboratorium.

1.2. Perumusan Masalah