Kualitas Daya Listrik (Power Quality) - bagian 1

1. Pengantar
Kejadian padamnya suplai tegangan listrik secara tiba-tiba akan membawa akibat yang berbeda untuk setiap konsumen. Ini sangat tergantung pada:
• Kapan listriknya padam.
• Siapa yang mengalami pemadaman.
• Dimana terjadinya pemadaman.
• Berapa lama terjadinya pemadaman listrik.

Bebera contoh berikut akan dapat memperjelas dampak kejadian pemadaman listrik sesaat tersebut.
1. Padamnya lampu listrik walaupun hanya 10 detik, jika terjadi di ruang operasi rumah sakit tentu akan berbeda akibatnya dibandingkan dengan di ruang makan. Padamnya lampu di ruang operasi dapat menyebabkan akibat yang fatal bagi pasien jika dokter salah potong bagian yang dioperasi, sedangkan di ruang makan akibat yang paling fatal hanya salah gigit cabe.

2. Jika terjadi listrik padam selama 10 menit di sebuah kantor, akibat paling fatal mungkin karyawannya hanya akan mengomel karena ruangan menjadi panas karena AC mati. Jika listrik padam 2 menit saja di ruang UGD atau ruang ICU maka bukan hanya Acnya saja yang mati tetapi pasiennya bisa juga ikut mati.

3. Hasil penelitian di Amerika menunjukkan bahwa terjadi kerugian 45,7 milyar dolar pertahun ($45.7 billion per year ) pada industri dan bisnis digital akibat power interruption.

4. Kerugian di berbagai sector bisnis diperkirakan ($104 billion to $164 billion) pertahun akibat adanya interrupti dan diperkirakan kerugian ($15 billion to $24) akibat masalah power quality yang lain.

2. Pengertian Kualitas Daya Listrik (POWER QUALITY)

Masalah Power quality adalah persoalan perubahan bentuk tegangan, arus atau frekuensi yang bisa menyebabkan kegagalan atau misoperation peralatan, baik peralatan milik PLN maupun milik konsumen; artinya masalah Power Quality bisa merugikan pelanggan maupun PLN.

Suatu Sistem tenaga listrik dituntut dapat memenuhi syarat dasar kebutuhan layanan (service requirement) kepada konsumennya yaitu :
1. Dapat memenuhi beban puncak
2. Memiliki deviasi tegangan dan frekuensi yang minimum.
3. Menjamin urutan phase yang benar.
4. Menjamin distorsi gelombang tegangan dan harmonik yang minimum dan bebas dari surja tegangan.
5. Menjamin suplai sistem tegangan dalam keadaan setimbang.
6. Memberikan suplai daya dengan keandalan tinggi dengan prosentase waktu layanan yang tinggi dimana sistem dapat melayani beban secara efektif.

Enam hal diatas dijadikan tolok ukur, apakah layanan yang diterima oleh konsumen sudah baik atau belum.

Masalah Power Quality menjadi penting karena :
a. Saat ini kualitas peralatan yang dimiliki konsumen lebih sensitif.
b. Pada sistem utilitas telah terjadi meningkatnya level Harmonik.
c. Konsumen belum memiliki dan mendapat informasi yang cukup menyangkut masalah power quality.
d. Kegagalan satu komponen pada sistem distribusi dan instalasi bisa membawa konsekuensi tertentu.

Kualitas tegangan listrik yang dituntut oleh masing masing peralatan berbeda antara satu peralatan dengan yang lain. Persoalan Power Quality yang terjadi meliputi kejadian-kejadian (SWELL & SAG) seperti digambarkan pada gambar 1-1.
(klik gambar untuk melihat lebih jelas)

Permasalahan Power Quality meliputi permasalahan-permasalahan seperti berikut ini:
1. Transient
2. Short-duration variation
3. Long-duration variation
4. Voltage Unbalance
5. Waveform distortion
6. Voltage Fluctuation
7. Power Frequency variation

1.2. Kualitas Tegangan Listrik Dan Pengaruhnya Terhadap Komponen Dan Peralatan Listrik

Kualitas tegangan listrik yang diterima konsumen memerlukan lebih banyak aspek yang harus ditinjau. Kualitas tegangan listrik menyangkut parameter listrik dalam keadaan ajek ( steady state ) dan parameter dalam keadaan peralihan (transient).

1.2.1 Parameter Keadaan Ajek (steady- state)
Parameter yang dipakai untuk menilai mutu listrik keadaan ajek adalah :
- Variasi tegangan
- Variasi frekwensi
- Ketidak seimbangan
- Harmonik

Dalam sistem penyediaan tenaga listrik, secara umum tegangan listrik dititik suplai diijinkan bervariasi (+5%) dan (–10%) sesuai standar PLN sedangkan dalam ANSI C 84.1 diijinkan (–10%) dan (+ 4 %) dalam kondisi normal sedangkan kondisi tertentu ( darurat ) diijinkan (-13 % ) dan (+ 6 %).

Variasi frekwensi disini tidak diatur dalam bentuk standar tetapi lebih banyak diatur dalam bentuk petunjuk operasi. Untuk sistem tenaga listrik Jawa- Bali-Madura diusahakan variasi frekwensinya

Ketidak seimbangan dalam sistem tiga fasa diukur dari komponen tegangan atau arus urutan negatip ( berdasarkan teori komponen simetris ). Pada sistem PLN komponen tegangan urutan negatip dibatasi maksimum 2 % dari komponen urutan positip.

Harmonik tegangan atau arus diukur dari besarnya masing-masing komponen harmonik terhadap komponen dasarnya dinyatakan dalam besaran prosennya. Parameter yang dipakai untuk menilai cacat harmonik tersebut dipakai cacat harmonik total (total harmonic distortion- THD). Untuk sistem tegangan nominal 20 KV dan dibawahnya, termasuk tegangan rendah 220 Volt, THD maksimum 5 %, untuk sistem 66 KV keatas THD maksimum 3%.

Untuk menghitung THD biasanya cukup dihitung sampai harmonisa ke 19 saja.

1.2.2 Parameter Keadaan Peralihan (Transient)
Parameter keadaan peralihan diukur berdasarkan lamanya gangguan yang terjadi
( duration of disturbance ),digolongkan menjadi 3 kelompok, yaitu :
a. Tegangan lebih peralihan yang tajam dan bergetar : Tegangan paku (spike) positip atau negatip 0,5 – 200 mikrodetik dan bergetar sampai sekitar 16,7 milidetik dengan frekwensi 0,2 – 5 KHz atau lebih. Gangguan ini misalnya surge , spike, notch.
b. Tegangan lebih diatas 110 % nominal dan tegangan rendah kurang 80% , berlangsung dalam waktu 80 milidetik ( 4 cycle ) sampai 1 detik. Gangguan ini misalnya sag, dips, depression, interuption, flicker, fluctuation.
c. Tegangan rendah dibawah 80 – 85 % nominal selama 2 detik. Gangguan seperti ini disebut outage, blackout, interuption.

1.3. Transient
Transient merupakan perubahan variabel (tegangan, arus) yang berlangsung saat peralihan dari satu kondisi stabil ke kondisi yang lain. Penyebab terjadinya transient antara lain :
a. Load switching (penyambungan dan pemutusan beban)
b. Capacitance switching
c. Transformer inrush current
d. Recovery voltage

1.4. Variasi tegangan durasi pendek ( Short duration voltage variation)
Variasi yang terjadi meliputi 3 macam :
a. Interruption, ( V< 0,1 pu )
b. Sag ( Dip), ( V= 0,1 s/d 0,9 pu )
c. Swell, ( V=1,1 s/d [1,8;1,4;1,2] pu )

Berdasarkan lamanya kejadian dibagi :
a. Instantaneus, (0,01 second s/d 0,6 second)
b. Momentary, (0,6 second s/d 3 second)
c. Temporary, (3 second s/d 1 min)

Penyebab terjadinya variasi ini adalah :
a. Gangguan ( fault )
b. Starting beban besar
c. Intermittent losse connections pada kabel daya.

1.5. Long duration deviation
Variasi ini meliputi:
a. Interruption, sustained, ( > 1 min; 0,0 pu )
b. Under voltage ( > 1 min; 0,8 s/d 0,9 pu )
c. Over voltage ( > 1 min; 1,1 s/d 1,2 pu )

1.6. Ketidakseimbangan tegangan ( Voltage unbalace )
Ketidakseimbangan tegangan ini merupakan deviasi maksimum dari rata-rata tegangan atau arus tiga fase, dinyatakan dalam prosen. Besarnya deviasi adalah 0,5 s/d 2%.

1.7. Distorsi gelombang (Wave form distorsion)
Distorsi ini umumnya disebabkan oleh perilaku beban elektronika daya. Hal yang perlu diperhatikan adalah cacat harmonik karena berdampak negatip terhadap sumber tegangan (PLN) maupun beban (konsumen).

1.8. Fluktuasi tegangan ( Voltage fluctuation)
Fluktuasi tegangan ( Voltage Fluctuation) adalah perubahan tegangan secara random 0,9 s/d 1,1 pu. Dampak dari fluktuasi ini adalah terjadinya flicker pada lampu. Ini umumnya terjadi karena pembusuran listrik.

1.9. Deviasi Frekuensi daya ( Power frekuensi )
Deviasi frekuensi daya ( Power frekuensi ) merupakan deviasi dari frekuensi dasarnya. Untuk sistem Jawa-Bali deviasi yang diijinkan adalah 0,5Hz sedangkan daerah lain 1,5 Hz.

1.10. Harmonik
Harmonik adalah gangguan (distorsi) bentuk gelombang tegangan atau bentuk gelombang arus sehingga bentuk gelombangnya bukan sinusoida murni lagi. Distorsi ini umumnya disebabkan oleh adanya beban non-linier. Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya.

Beberapa Masalah Kualitas Daya Listrik, Dampak dan Penanggulangannya[7]
(klik gambar untuk melihat lebih jelas)

Bersambung,

Semoga bermanfaat, Penulis/Author: Susiono