Jendela Den Ngabei: Harmonisa

Static VAR Compensator

Untuk meningkatkan kualitas daya listrik, perlu dilakukan upaya untuk menurunkan permasalahan yang menyebabkan kualitas daya listrik memburuk. Salah satu permasalahan yang menyebabkan kualitas daya buruk adalah harmonisa.

Harmonisa adalah gelombang sinusoidal tegangan atau arus yang memiliki frekuensi kelipatan dari frekuensi fundamentalnya. Bila harmonisa menyatu dengan gelombang frekuensi fundamentalnya, maka akan mengakibatkan bentuk gelombangnya tidak sinus lagi.

Penyebab Harmonisa

Penyebab terjadinya harmonisa adalah adanya beban non linier pada sistem. Beban non linier dapat berupa :

- Tungku busur api (pengecoran logam)

- Las

- Inti magnet pada trafo dan mesin-mesin berputar

- Mesin-mesin sinkron

- Adjustable Speed Drives (ASD)

- Solid State Switch

- Transmisi tegangan tinggi DC

- Inverter photovoltaik.

Akibat Adanya Harmonisa
Berikut adalah beberapa akibat yang ditimbulkan oleh adanya harmonisa :

Temperatur pada tranformator lebih meningkat dari normalnya.
Terlalu panasnya motor-motor yang dioperasikan (karena eddy current yang timbul sehingga menambah kerugian daya).
Terjadinya kesalahan pada penunjukan alat ukur.
Putusnya pengaman (fuse) pada kapasitor bank atau isolasi kapasitor menjadi lebih panas, sehingga bila terlalu melampaui batas dapat mengalami kerusakan pada kapasitor itu sendiri.
Terjadinya kesalahan operasi pada peralatan-peralatan kontrol dan pemutus yang terhubung dengan bus yang telah terganggu.

Macam-Macam Harmonisa

Ada 3 macam harmonisa, yaitu :

Harmonisa ganjil : kelipatan ganjil dari frekuensi fundamentalnya
Harmonisa genap: kelipatan genap dari frekuensi dasarnya, ini diakibatkan karena gelombangnya tidak simetris terhadap sumbu absisnya. Hal ini terjadi karena adanya komponen dc pada suplainya / bebannya.
Interharmonisa: adalah harmonisa yang frekuensinya tidak merupakan kelipatan integral dari frekuensi dasarnya.
Subharmonisa : harga frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi fundamentalnya

Polaritas Komponen Harmonik dan Akibatnya
Harmonik pertama urutan polaritasnya adalah positif, harmonik kedua urutan polaritasnya adalah negatif dan harmonik ketiga urutan polaritasnya adalah nol, harmonik keempat adalah positif (berulang berurutan sampai seterusnya).

Polaritas Komponen Harmonik

Berikut adalah akibat yang ditimbulkan dari masing-masing polaritas komponen harmonik

Akibat Polaritas Komponen Harmonik

Indeks-Indeks Harmonisa

Dua indeks yang paling sering digunakan untuk mengukur harmonik gelombang adalah total distorsi harmonik (Total Harmonic Distortion/ THD) dan total permintaan distorsi (Total Demand Distortion/ TDD). Keduanya adalah ukuran dari nilai efektif suatu gelombang dan dapat diterapkan baik pada tegangan maupun arus.

THD adalah rasio nilai rms dari komponen harmonisa ke nilai rms dari komponen fundamental yang biasanya dinyatakan dalam persen (%). Digunakan untuk mengukur deviasi dari bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonisa dari gelombang sinus sempurna.

, dimana :

M1 adalah komponen fundamental harmonik

Mh adalah komponen harmonik ke-h dari M

Total Demand Distortion (TDD) adalah total distorsi arus harmonisa yang didefinisikan sebagai

, dimana :

Ih adalah arus harmonik ke-h

IL adalah arus fundamental harmonik

Selain dua indeks diatas, ada juga Faktor Harmonisa (HF)

Untuk mengurai komponen harmonisa, dapat digunakan deret fourier :

Identifikasi Harmonik

Untuk mengidentifikasi kehadiran harmonik pada sistem distribusi, dapat diketahui melalui langkah-langkah sebagai berikut :

> Identifikasi Jenis Beban

Jenis beban yang dipasok, misalnya peralatan apa yang dipakai oleh konsumen. Bila banyaknya peralatan yang mempunyai komponen utama terbuat dari bahan semikonduktor seperti komputer dan alat bantunya, pengatur kecepatan motor, atau peralatan lain yang menggunakan arus searah maka dapat diperkirakan masalah harmonik ada diintalasi konsumen tersebut.

> Pemeriksaan Transformator

Untuk transformator yang memasok beban non linier apakah ada kenaikan temperaturnya tidak normal. Arus sekunder transformator baik phase maupun netral perlu dilihat. Bandingkan arus netralnya dengan arus fasa pada keadaan beban tidak seimbang. Apabila arus netralnya lebih besar maka dapat diperkirakan adanya trilen harmonik dan kemungkinan turunnya kinerja transformator.

> Pemeriksaan Tegangan Netral Tanah

Terjadinya arus lebih pada kawat netral (untuk sistem 3 phase dan 4 kawat) dapat diktahui dengan melihat tegangan netral-tanah pada keadaan berbeban. Apabila tegangan yang terukur lebih besar dari 2 Volt maka terdapat indikasi adanya masalah harmonik pada beban tersebut. Apabila indikasi-indikasi adanya harmonik telah diketahui maka perlu dilakukan langkah-langkah untuk mengatasi masalah gangguan harmonik antara lain dengan mengetahui harmonik untuk menentukan harmonik-harmonik yang dominan dan sumber utamanya.

Standar IEEE 519-1992

IEEE 519-1992 adalah standar yang digunakan untuk pengendalian harmonik pada sistem tenaga listrik. Dalam standar ini dijelaskan batasan gelombang harmonik untuk pengguna perorangan dengan rentang tegangan 120 V sampai dengan 69000 V. Rentang tersebut biasanya digunakan untuk perumahan, perkantoran dan fasilitas umum lainnya. Batasan untuk distorsi harmonik arus yang diperbolehkan dapat dilihat pada gambar berikut.

Batasan Distorsi Harmonik Arus Untuk Sistem Distribusi Umum Berdasar IEEE 519-1992

PCC adalah titik antara ujung dari pengguna atau pelanggan dengan sistem peralatan dimana pelanggan lain dilayani. PCC dapat bertempat pada sisi primer atau sekunder dari transformator tergantung pada keduanya dengan catatan tidak ada pelanggan lain yang disuplai oleh transformator tersebut.
Selain pada arus, distorsi harmonik juga dapat terjadi pada tegangan. Gambar di bawah menunjukkan batas maksimum distorsi harmonik pada tegangan berdasarkan standar IEEE 519-1992.

Batasan Distorsi Harmonik Tegangan Berdasar IEEE 519-1992

Cara Mengatasi Harmonisa

Untuk mengatasi harmonisa, dapat dilakukan dengan menggunakan filter harmonisa. Tujuan pokok dari filter harmonisa adalah untuk mereduksi amplitudo frekuensi-frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Dengan penambahan filter harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik yang mengandung sumber-sumber harmonisa, maka penyebaran arus harmonisa keseluruh jaringan dapat ditekan sekecil mungkin. Selain itu filter harmonisa pada frekuensi fundamental dapat mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan untuk memperbaiki faktor daya sistem. Selain itu penggunaan filter harmonisa pada frekuensi dasarnya 50 Hz dapat mengkompensasi daya reaktif dan memperbaiki faktor daya mencapai rata-rata 0.80 – 0.94. Filter harmonisa itu sendiri digolongkan menjadi 2, yaitu filter pasif dan filter aktif.

> Filter Pasif

Filter pasif bekerja dengan menghilangkan harmonisa dengan frekuensi tertentu. Filter ini tidak dapat menghilangkan seluruh frekuensi harmonisa yang ada. Komponen utama dari filter ini adalah induktor dan kapasitor. Induktor dan kapasitor yang digunakan pada filter pasif dipilih yang memiliki nilai yang ketika terjadi resonansi, maka frekuensi resonansi tersebut terjadi ketika tepat pada frekuensi harmonisa yang ingin kita hilangkan. Resonansi mengakibatkan induktor dan kapasitor akan saling menghilangkan. Sehingga bila rangkaian filter akan bertindak sebagai short circut. Ketika terjadi short circuit, maka harmonisa pada frekuensi resonansi akan dibuang ke ground.