Sep 282011
 

Pada tulisan awal tentang pentanahan, telah dijelaskan bahwa beberapa system pentanahan memberikan kontribusi gangguan elektromagnetik lebih besar daripada system yang lain, seperti misal TNC (Terre-Neutral Common). Gangguan elektromagnetik ini timbul akibat terjadinya induksi pada loop yang terjadi pada protective conductor (kabel grounding). Gangguan elektromagnetik ini bisa merusak peralatan yang sensitive terhadap elektromagnetik. Lihat ilustrasi dibawah ini:

klik untuk memperbesar

Pada gambar diatas, loop terjadi dari grounding kabel 2 (dua) peralatan komunikasi dan screen dari link digital. Menyikapi hal ini, pemilihan yang bijaksana terhadap system grounding harus diperhatikan.

Hal lain yang terjadi ketika kita memilih TNC dan TNS earthing system adalah timbulnya beda tegangan yang tinggi di sepanjang protective conductor  dimana terjadi fault dengan semua titik equipotensial  dimana semua beban mengterminasi kabel grounding-nya.

Penjelasan berikut ini berdasar pada scema circuit dibawah ini.

klik untukmemperbesar

Kabel grounding dari load yang sehat tidak mengalami kenaikan tegangan yang sama dengan kabel grounding dititik terjadinya fault; hal ini menyebabkan terjadinya beda potensial yang cukup besar antara beban-beban yang dilayani. Hal ini menyebabkan terjadinya gangguan pada setiap connection link pada beban tersebut (Delta V).

Pada system TNC, beban tidak seimbang (beban single phase) dan akibat harmonic ketiga menyebabkan terjadinya arus listrik melewati protective conductor (PEN); dan tentu saja terjadi beda potensial. Beda potensial ini merusaka eqipotensial kondisi yang terjadi, sehingga link komunikasi yang menghubungkan peralatan komunikasi kemungkinan akan terganggu; Pada kasus ini, gangguan komunikasi akan bersifat permanent. Lihat gambar dibawah.

klik untuk memperbesar

DeltaV  : voltage drop due to the circulation of unbalance currents, third harmonic and multiples of third harmonic currents  in the PEN conductor. Untuk alasan ini mungkin tepat kalau system untuk alat telekomunikasi diberikan dari system IT neutral not distributed.

Jul 232011
 

by : Wahyu Pamungkas

Mungkin sudah umum kita mendengar bahwa transformer
∆-Y dapat membuang harmonik ketiga supaya tidak masuk ke sistem pembangkitan. Harmonik ketiga tersebut akan tinggal di transformer karena terhalang oleh belitan ∆. Cukup jarang kita temui persamaan matematika yang menjelaskan hal yang umum ini. Tujuan dari tulisan ini adalah untuk menjelaskan hal tersebut dalam persamaan matematika.

Definisi Harmonik(1) (Square D, 1994)

Gelombang harmonik adalah suatu komponen dari gelombang yang periodic dan memiliki frekuensi yang merupakan kelipatan integral dari frekuensi dasar. Bagaimana gelombang harmonik ini dihasilkan dalam sistem kelistrikan? Harmonik sesungguhnya merupakan efek samping dari kemajuan power electronic. Harmonik ini sering muncul pada situasi dimana sejumlah beban yang cukup besar menggunakan power switching berbasis solid state untuk mengkonversi listrik AC menjadi DC. Beban yang tidak linear tersebut menimbulkan harmonik dikarenakan tarikan arusnya yang kasar dan durasi yang singkat dan tidak mulus seperti pada gelombang sinusoidal. Lihat gambar 1.

Gambar 1

Definisi harmonik ketiga adalah kelipatan ganjil dari perkalian tiga dari frekuensi dasar, contoh 3,9,15,21. Jika frekuensi dasar gelombang listrik di definisikan dalam persamaan matematikan sebagai :

Maka harmonik ketiga (3), didefinisikan sebagai :A(3)=cos (3(2n-1)omega t); dimana A(3) perwakilan untuk gelombang harmonik ketiga dari phase A dan (2n-1) deret hitung untuk bilangan ganjil.

Pembentukan persamaan pada Transformer ∆-Y

Transformer ∆-Y adalah transformer yang cukup umum dipakai di sistem ketenagaan. Biasanya bagian delta (∆ ) dikenakan pada bagian primer (atau sis pembangkitan) dan belitan wye (Y) dikenakan pada sisi sekunder (atau beban). Salah satu tujuan dari instalasi ini adalah mencegah produk harmonik di sisi beban mengalir ke generator.

Dalam sistem pembebanan yang seimbang, pada netral belitan wye (Y) tidak ditemukan arus sisa atau tidak ada rugi-rugi listrik di kabel netral, dikarenakan overrightarrow{A} +overrightarrow{B} +overrightarrow{C} =0 . Seperti didefinikan diatas untuk A(3) adalah :A(3)=cos (3(2n-1)omega t).

Untuk phase B, harmonik ketiganya didefinikan sebagai :B(3)=cos (3(2n-1)(omega t+120^0)) atau

B(3)=cos (3(2n-1)omega t+360(2n-1)^0)

= cos (3(2n-1)omega t)=A(3).

Untuk phase C,dideskripsikan sebagai

C(3)=cos (3(2n-1)(omega t+240^0))

=C(3)=cos (3(2n-1)omega t+720(2n-1)^0)

= cos (3(2n-1)omega t)=A(3) .

Hal ini berarti, untuk harmonik ketiga terjadi penjumlahan vektor  overrightarrow{A} +overrightarrow{B} +overrightarrow{C} =3overrightarrow{A} (3) . Terlihat dari penjumlahan vektor tersebut, di bagian netral pada sistem wye (Y) tidak lagi NOL,tetapi tiga kali gelombang harmonik dari tiap phase. Hal ini harus menjadi pertimbangan saat mendesain sistem ketenagaan yang melibatkan banyak beban non-linear.

Apakah akibat dari harmonik ketiga di sisi belitan delta (∆). Setiap bentuk gelombang sinusoid di sisi wye (Y) akan digeser 300 di belitan delta (∆). Hal ini termasuk juga harmonik ketiga dari tiap phase akah digeser 300 juga, sehingga

A(3)=cos (3(2n-1)(omega t+30))

B(3)=cos (3(2n-1)omega t+360(2n-1)^0 +30^0)

C(3)=cos (3(2n-1)omega t+720(2n-1)^0 +30^0)

Semisal n=1, maka :

A(3)=cos (3(2n-1)(omega t+30^0))       B(3)=cos (3(2n-1)(omega t+390^0))      C(3)=cos (3(2n-1)(omega t+750^0))

Akibat dari pergeseran phase ini akan dirasakan oleh sistem jika gelombang produk belitan delta (∆) dirasa oleh sistem yang bersangkutan, dalam hal ini sistem pembangkitan (generator). Tegangan antar phase pada belitan delta (∆) dapat dimodelkan sebagai :

V(3AB)=overrightarrow{A(3)} -overrightarrow{B(3)}, pada kasus n=1

= cos (3k omega t+30^0) - cos (3(komega t+390^0)

= cos(300)-cos(3600+300)=cos(300)-cos(300)

= 0 volt

Dari contoh persamaan diatas cukup jelas bahwa tegangan antar yang ditimbulkan harmonik ketiga adalah NOL dilihat dari sisi pembangkitan. Sehingga efek harmonik di blok oleh belitan delta (∆) agar tidak mencapai sisi pembangkitan dan mengijinkannya bersirkulasi di belitan delta (∆). Efek dari bersirkulasinya arus harmonik di sisi delta (∆) adalah rugi-rugi arus eddy akan membesar, yang gilirannya meningkatkan rugi-rugi termal transformer.

Kesimpulan

Transformer ∆-Y adalah peralatan sederhana yang bisa memfilter harmonik ketiga dan mengamankan sisi pembangkita (generator) dari efek negative harmonik ketiga. Jika harmonik ketiga dibiarkan terjadi pada sistem tiga phase, maka akan terjadi kenaikan rugi-rugi thermis pada transformer. Aspek tersebut harus diperhitungkan dalam mendesain (sizing)peralatan, seperti transformer. Factor K, yang sering dijumpai pada desian transformer, harus diberikan untuk menyesuaikan dengan komponen harmonik ketiga ini atau transformer tersebut harus di derating.

  1. Square D, Bulletin No. 8800DB0102, April 2001, Raleigh, NC, USA
%d bloggers like this: