2.3 Harmonisa
Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul dari pengoperasian beban listrik yang sebagian besar diakibatkan dari beban non linear, dimana akan
terbentuk gelombang yang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya, dalam hal ini 50Hz, sehingga bentuk gelombang arus
maupun tegangan yang idealnya adalah sinusiodal murni akan cacat akibat distorsi harmonisa yang terjadi.
Harmonisa didefenisikan sebagai gelombang-gelombang sinus arus dan tegangan yang mempunyai frekuensi kelipatan integer bilangan bulat dari
frekuensi fundamentalnya.di Indonesia adalah 50 Hz [7]. Jika frekuensi pada 5060 Hz Indonesia menggunakan 50 Hz dikatakan
sebagai frekuensi fundamental frekuensi dasar f, maka jika gelombang tersebut mengalami distorsi atau dikatakan harmonisa bila mengalami kelipatan frekuensi
dari frekuensi dasarnya, misalnya harmonik kedua 2f pada 100 Hz , ketiga 3f 150 Hz dan harmonisa ke-n memiliki frekuensi nf seperti ditunjukkan oleh
Gambar 2.3. Gelombang-gelombang ini akan menumpang pada gelombang frekuensi dasarnya dan akan terbentuk gelombang cacat yang merupakan
penjumlahan antara gelombang murni dengan gelombang harmonisa ke-3 seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.4 sebagai berikut [8]:
V1
V2
V3 1 cycle
1 cycle
1 cycle Fundamental
V1 sin wt
Second Harmonic V2 sin 2wt
Third Harmonic V3 sin 3wt
Gambar 2.3
Gelombang Fundamental, Harmonisa kedua dan Harmonisa ketiga
Fundamental Third Harmonic
Fundamental + Third Harmonic
V t
µ 2µ
wt
Gambar 2.4 Gelombang Fundamental yang terdistorsi Harmonisa Ke-3
Pada Gambar 2.4 ditunjukkan bahwa gelombang harmonisa yang ketiga terbentuk menjadi tiga periode gelombang yang berulang pada saat gelombang
yang berulang pada saat gelombang yang fundamentalnya masih berlangsung dalam satu periode. Hal ini juga untuk gelombang yang lainnya, seperti
gelombang harmonisa yang ke lima juga terbentuk menjadi lima periode gelombang yang lebih kecil lagi amplitudonya saat gelombang harmonisa yang
fundamental dari gelombang tersebut masih berlangsung dalam satu periode.
2.3.1 Karakteristik Beban [2]
Alat-alat pemakaian tenaga listrik secara umum dapat dibagi dalam empat kelompok besar : penerangan, tenaga, pemanasanpendingin dan elektronik.
Data kelompok penerangan termasuk lampu-lampu pijar dan flouresen, neon, uap merkuri, uap sodium dan lampu metal halide. Beban Tenaga umumnya
terdiri atas berbagai jenis motor listrik dan untuk beban pemanasan banyak terdapat pada industri sedangkan radio, televisi, sinar-x, peralatan laser, komputer,
peralatan digital, penyearah, osilator dan alat-alat lampu yang dioperasikan dengan elektronik.
Secara umum dalam sistem ketenagalistrikan, pemakaian tenaga listrik pada empat kelompok besar diatas tidak megkonsumsi tenaga listrik pada pada
waktu yang bersamaan. Pemakaian beban untuk keperluan penerangan adalah yang paling sederhana, karena pada umumnya tenaga listrik hanya digunakan
mulai pukul 18.00 sampai dengan pukul 06.00. Pemakaian beban untuk keperluan tenaga industri kecil dan besar,
umumnya bekerja 24 jam untuk industri besar dan industri kecil hanya bekerja pada siang hari saja. Sehingga untuk perubahan beban pada industri besar terjadi
pada saat pagi saja, dan nilainya sangat kecil, selebihnya hampir kontiniu, sedangkan untuk industri kecil perubahan beban sangat mencolok antara siang dan
malam. Pemakaian beban untuk daerah komersil dan untuk keperluan rumah
tangga bervariasi. Beban puncak untuk keperluaan rumah tangga terjadi antara pukul 17.00 sampai dengan pukul 21.00.
2.3.2 Jenis – Jenis Harmonisa [8]
Harmonisa pertama disebut juga frekuensi dasar fundamental. Jika frekuensi gelombang harmonisanya sama dengan dua kali frekuensi dasarnya
maka disebut harmonisa kedua, jika frekuensi gelombang harmonisanya sama dengan tiga kali frekuensi fundamental maka disebut harmonisa ketiga dan
seterusnya. Apabila frekuensi fundamental adalah 50 Hz maka harmonisa keduanya mempunyai frekuensi 100 Hz, harmonisa ketiganya mempunyai
frekuensi 150 Hz, dan seterusnya. Perbandingan frekuensi harmonik dengan frekuensi dasar ini disebut dengan orde harmonik.
Berdasarkan dari urutanordenya, harmonisa dapat dibedakan menjadi harmonisa ganjil dan harmonisa Genap. Sesuai dengan namanya harmonisa ganjil
adalah harmonisa ke 1, 3, 5, 7, 9, dan seterusnya. Sedangkan harmonisa Genap merupakan harmonisa ke 2, 4, 6, 8 dan seterusnya. Namun harmonisa pertama
tidak dapat dikatakan sebagai hamonisa ganjil, karena merupakan komponen frekuensi fundamental dari gelomabang periodik. Sedangkan harmonisa 0 nol
mewakili konstanta atau komponen DC dari gelombang. Pada suatu sistem tenaga listrik tiga phasa yang seimbang diasumsikan
mempunyai urutan phasa R,S,T a,b,c, dimana besar arus dan tegangan pada setiap phasa selalu sama dan berbeda sudut 120
o
listrik satu sama lain. Sehingga berdasarkan urutan phasanya, harmonisa dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. Harmonisa urutan Positif Harmonisa urutan positif ini mempunyai urutan phasa yang sama seperti
fasor aslinya yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, dan saling berbeda phasa 120
I a1 I c1
I b1
Positive phase sequence
R,S,T atau a,b,c. Gambar 2.5 menunjukkan fundamental fasor merupakan harmonisa urutan positif. Dimana harmonisa
positif ini terdiri dari harmonisa ke-1, ke-4, ke-7, ke-10, dan seterusnya.
Gambar 2.5 Fundamental Fasor
2. Harmonisa urutan Negatif Harmonisa urutan negatif memilki urutan phasa yang berlawanan dengan
fasor aslinya yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, dan saling berbeda phasa 120
0.
R,T,S atau a,c,bSeperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6. Dimana harmonisa negatif ini terdiri dari harmonisa ke-2, ke-
5, ke-8, dan seterusnya.
I a5 I b5
I c5
Negative phase sequence
Gambar 2.6 Fasor Harmonik Urutan Negatif
3. Harmonisa urutan KosongNol zero sequence Harmonisa urutan Nol ini memiliki fasor yang sama besarnya dan sephasa
satu sama lain beda phasa satu sama lain 0
Zero phase sequence I a3, I b3, I c3
, harmonisa ini juga biasa disebut triplen harmonics. Harmonisa urutan nol terdiri dari harmonisa ke-
3, ke-6, ke-9, dan seterusnya seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.7 sebagai berikut:
Gambar 2.7 Fasor Harmonik Urutan Nol
Dari jenis-jenis harmonisa berdasarkan urutan phasa diatas maka dapat disimpulkan dalam Tabel 2.4 sebagai berikut:
Tabel 2.4 Urutan Polaritas Harmonisa pada sistem tiga phasa
Harmonisa Ke- 1
2 3
4 5
6 7
8… Frekuensi Hz
50 100
150 200
250 300
350 400…
Urutan +
- +
- +
- …
2.3.3 Sumber Harmonisa
Harmonisa bisa muncul dari beban-beban yang terhubung ke sistem distribusi. Beban-beban pada sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi
dua bagian yaitu beban linier dan beban non-linier yang akan dijelaskan sebagai berikut [7]:
1. Beban Linear. Beban linear adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluran
yang linear, artinya arus yang mengalir sebanding dengan impendansi dan perubahan tegangan. Pada beban yang linear, bentuk gelombang arus akan
mengikuti bentuk gelombang tegangannya. Kalau bentuk gelombang tegangan sumbernya sinusiodal, maka gelombang arus yang mengalir juga
akan sinusoidal 2. Beban Non Linear.
Baban non linear adalah bentuk gelombang keluarnanya tidak sebanding dengan tegangan dalam setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus
maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukkannya mengalami Distorsi.
Dari dua macam beban diatas, yang paling mampu menjadi sumber Harmonisa adalah beban non linear. Hal ini disebabkan karena adanya komponen
semikonduktor yang mana dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Selain itu harmonisa
dapat juga ditimbulkan oleh peralatan penyearah khususnya peralatan yang menggunakan penyearah dioda dan thyristor. Dalam pemakaian konverter sebagai
sumber daya listrik dapat membawa suatu kerugian pada jaringan listrik yang merusak bentuk gelombang tegangan dan arus bolak-balik sehingga tidak
merupakan gelombang sinus murni. Peralatan-Peralatan yang dapat menjadi sumber harmonisa :
Peralatan industri seperti: Mesin Las, UPS Uninterruptible Power
Suplies, Kontrol Kecepatan Kotor dan sebagainya.
Perlengkapan kantor seperti: Komputer, Mesin Fotocopy, Mesin Fax, Air Conditioning Load, Elevator, Drive dan sebagainya.
Perlengkapan rumah tangga seperti: Televisi, Microwave, Lampu dan
sebagainya.
2.3.4 Indeks Harmonisa
Dalam menganalisa harmonik terdapat beberapa indeks yang penting untuk menggambarkan efek dari harmonik pada komponen sistem tenaga.
2.3.4.1 Total Harmonic Distortion THD
Total Harmonic Distortion THD didefenisikan sebagai persentase total komponen harmonik terhadap komponen fundamentalnya. Indeks ini digunakan
untuk mengukur deviasi bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonik dari gelombang sinus sempurna. Pada saat terjadi gelombang sinus sempurna
maka nilai THD adalah nol. Berikut ini adalah rumus THD untuk tegangan dan
arus [4].
THD untuk gelombang tegangan adalah :
���
�
=
�∑ �
ℎ 2
∞ ℎ=2
�
1
.............................................................. 2.8
Dimana : �
1
= Harga rms tegangan fundamental �
ℎ
= Harga rms tegangan harmonisa ke-h h = 2,3,4,5,...
THD untuk gelombang arus adalah :
���
�
=
�∑ �
ℎ 2
∞ ℎ=2
�
1
.............................................................. 2.9
Dimana : �
1
= Harga rms arus fundamental
�
ℎ
= Harga arus harmonisa ke-h h = 2,3,4,5,...
2.3.4.2 Individual Harmonic Distortion IHD [8]
Individual Harmonic Distortion IHD adalah perbandingan antara nilai Root Mean Square RMS dari harmonic individual dengan nilai RMS
fundamental. IHD ini berlaku untuk tegangan dan arus.
���
�
=
I
h
I
1
......................................................................... 2.10
Dimana : I
n
I = Harga harmonisa ke-h
1
h = 2,3,4,5,... = Harga rms arus fundamental
Menurut standar Institute of Electronics Engineers IEEE, IHD
1
2.3.5 Standar Harmonisa [9]
akan selalu bernilai 100.
Standar harmonisa yang digunakan adalah standar IEEE 519 “ IEEE Recommended Practices and Requiretment for harmonic Control in electric in
Electrical Power System “, ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa yaitu: batasan untuk harmonisa arus THD
I
dan batasan harmonisa tegangan THD
V
.
THD
I
adalah persentase jumlah total arus yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya. Untuk menentukan THD
I
THD
tergantung dari besarnya rasio dari IscIL. Isc adalah arus hubng singkat yang ada
pada PCC Point of Comman Coupling sedangkan IL adalah arus beban nominal.
V
adalah persentase jumlah total tegangan yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya. THD
V
Pada tabel 2.5 ditunjukkan batasan harmonisa arus berdasarkan IEEE 519, sedangkan tabel 2.6 menunjukkan batasan harmonisa tegangan.
ditentukan oleh tegangan sistem yang dipakai.
Tabel 2.5 Standar Distorsi Arus Untuk Sistem Distribusi
Maximum harmonic current distortion in IL Individual harmonic order ODD harmonics
IscIL 11
11 ≤ h 17 17 ≤ h 23 23 ≤ h 35
H ≥ 35
TDD 20
4 2
1.5 0.6
0.3 5
20 – 50 7
3.5 2.5
1 0.5
8 50 – 100
10 4.5
4 1.5
0.7 12
100 – 1000 12
5.5 5
2 1
15 1000
15 7
6 2.5
1.4 20
Tabel 2.6 Standar Distorsi Tegangan
Maximum distortion in System voltage
Below 69 kv 69 – 138 kv
138 kv Individual harmonic
3.0 1.5
1.0 Total harmonic
5.0 2.5
1.5
BAB III
METODE PENELITIAN
Pengambilan data dalam penelitian tugas Akhir ini dilakukan di PT PLN Persero Cabang Medan, rayon Medan Kota, pada tanggal 01 Maret 2013 pukul
11.00 sd 15.30 WIB. Berdasarkan tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini maka akan dilakukan langkah kerja penelitian seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.1
sebagai berikut:
Pengambilan data
Menghitung arus hubung singkat
Menghitung besar arus beban penuh
Bandingkan THD arus dan THD tegangan dari pengukuran
dengan standar IEEE std 519- 1992
Menghitung nilai faktor-k K dari ketiga transformator
Menghitung derating factor D dari ketiga transformator
Gambar 3.1 Blok diagram langkah kerja penelitian
3.1 Peralatan Yang Digunakan
Kategori