STABILITAS TRANSIENT


1.      PENDAHULUAN

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.

Beberapa 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 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.

Permasalahan Power Quality meliputi permasalahan-permasalahan seperti berikut ini:

–          Transient

–          Short-duration variation

–          Long-duration variation

–          Voltage Unbalance

–           Waveform distortion

–          Voltage Fluctuation

–          Power Frequency variation

–          Harmonik

Salah satu permasalahan power quality yang akan dibahas disini adalah permasalahan pada poin pertama, yakni stabilitas transient.

3.      STABILITAS TRANSIENT

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).

a)      Parameter Keadaan Ajek (steady- state)

 Keadaan ajek (steady state) merupakan kondisi suatu sistem yang berada pada kondisi mantap (teratur). 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 %).
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 positif.
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.

 b.      Parameter Keadaan Peralihan (Transient)

Sistem tenaga listrik yang baik adalah sistem tenaga yang dapat melayani beban secara kontinyu tegangan dan frekuensi yang konstan. Fluktuasi tegangan dan frekuensi yang terjadi harus berada pada batas toleransi yang diizinkan agar peralatan listrik konsumen dapat bekerja dengan baik dan aman. Kondisi sistem yang benar-benar mantap sebenarnya tidak pernah ada. Perubahan beban selalu terjadi dalam sistem. Penyesuaian oleh pembangkit akan dilakukan melalui gevernor dari penggerak mula dan eksitasi generator.

Perubahan kondisi sistem yang seketika, biasanya terjadi akibat adanya gangguan hubung singkat pada sistem tenaga listrik, dan pelepasan atau penambahan beban yang besar secara tiba-tiba. Akibat adanya perubahan kondisi kerja dari sistem ini, maka keadaan sistem akan berubah dari keadaan lama ke keadaan baru. Periode singkat di antara kedua keadaan tersebut disebut periode paralihan atau transient. Oleh karena itu diperlukan suatu analisis sistem tenaga listrik untuk menentukan apakah sistem tersebut stabil atau tidak, jika terjadi gangguan. Stabilitas transient didasarkan pada kondisi kestabilan ayunan pertama (first swing) dengan periode waktu penyelidikan pada detik pertama terjadi gangguan.

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

  •   Jenis – jenis Transient

Gejala transien ini di klasifikasikan menjadi 2 jenis, impulsive transient dan oscillatory transient. Impulsive transient merupakan gejala transien yang disebabkan oleh petir.

  • Impulsive transient

Transien impulsif adalah peristiwa puncak tiba-tiba tinggi yang meningkatkan tegangan dan / atau arus tingkat baik positif atau arah negatif. Jenis peristiwa dapat dikategorikan lebih lanjut oleh kecepatan di mana mereka terjadi (cepat, sedang, dan lambat). Transien impulsif bisa sangat cepat peristiwa (5 nanodetik [ns] waktu naik dari steady state ke puncak impuls) dari jangka pendek durasi (kurang dari 50 ns).

Catatan: [1000 ns = 1 mikrodetik] [1000 mikrodetik = 1 ms] [1000 ms = 1 detik]

Salah satu contoh dari transien impulsif positif disebabkan oleh elektrostatis (ESD) acara debit diilustrasikan pada Gambar 1.

012413_0408_STABILITAST1.png

Gambar 1. Positif Impulsif Transient

Transien impulsif adalah apa yang kebanyakan orang mengacu pada ketika mereka mengatakan mereka telah mengalami peningkatan atau lonjakan. Banyak istilah-istilah yang berbeda, seperti gelombang benjolan,, kekuasaan kesalahan, dan spike telah digunakan untuk menggambarkan transien impulsif.

Penyebab transien impulsif termasuk petir, kurangnya grounding, switching beban induktif, kliring utilitas kesalahan, dan Electrostatic Discharge (ESD). Hasil dapat berkisar dari kerugian (atau korupsi) data, kerusakan fisik peralatan. Dari jumlah tersebut petir, menyebabkan mungkin yang paling merusak.

Masalah dengan petir mudah dikenali setelah menyaksikan badai listrik. Para jumlah energi yang dibutuhkan untuk menerangi langit malam tentu dapat menghancurkan sensitif peralatan. Selain itu, tidak mengambil sambaran petir langsung dapat menyebabkan kerusakan. Elektro- medan magnet, Gambar 2, diciptakan oleh petir dapat menyebabkan banyak kerusakan yang potensial dengan menginduksi saat ini ke struktur konduktif dekatnya.

012413_0408_STABILITAST2.png

Gambar 2. Medan Magnet dibuat oleh petir

Dua dari metode perlindungan yang paling layak ketika datang ke transien impulsif berkaitan dengan penghapusan ESD potensial, dan penggunaan alat surge suppression (populer disebut sebagai penekan lonjakan tegangan transien: TVSS, atau perangkat pelindung lonjakan: SPD).

Sementara ESD dapat busur dari jari Anda tanpa kerusakan pada Anda, di luar kejutan sedikit, itu adalah lebih dari cukup untuk menyebabkan seluruh motherboard komputer untuk berhenti mati dan untuk tidak pernah berfungsi lagi. Di pusat data, fasilitas manufaktur printed circuit board atau apapun yang serupa lingkungan di mana PCB terkena menangani manusia, adalah penting untuk menghilangkan potensial untuk ESD. Sebagai contoh, hampir semua lingkungan data center yang tepat melibatkan pengkondisian udara dalam ruangan. Penyejuk udara tidak hanya mendinginkan udara untuk membantu menghilangkan panas dari peralatan data center, tetapi juga menyesuaikan jumlah uap air di udara. Menjaga kelembaban di udara antara 40 – 55% kelembaban akan mengurangi potensi untuk ESD terjadi. Anda mungkin pernah mengalami bagaimana kelembaban potensial mempengaruhi ESD, jika Anda pernah telah melalui musim dingin (ketika udara sangat kering) ketika beberapa menyeret kaus kaki Anda di seluruh karpet menyebabkan busur luar biasa untuk melompat dari jari Anda tiba-tiba untuk tombol pintu Anda yang meraih, atau diharapkan jika Anda bertujuan untuk telinga seseorang. Hal lain yang Anda akan lihat di lingkungan PCB, seperti Anda akan melihat dalam bisnis perbaikan komputer kecil, peralatan untuk menjaga tubuh manusia membumi. Peralatan ini meliputi tali pergelangan tangan, antistatik tikar dan desktop, dan alas kaki antistatik. Sebagian besar peralatan ini terhubung ke kawat, yang mengarah ke tanah fasilitas, yang membuat orang aman dari sengatan listrik dan juga mungkin menghilang ESD ke tanah.

SPDs telah digunakan selama bertahun-tahun. Alat ini masih digunakan sampai sekarang pada sistem utilitas, serta perangkat untuk fasilitas besar dan pusat data, serta usaha kecil sehari-hari dan rumah menggunakan; meningkatkan kinerja mereka dengan kemajuan varistor oksida logam (MOV) teknologi. MOVs memungkinkan untuk supresi transien konsisten impulsif, membengkak, dan kondisi tegangan tinggi lainnya, dan dapat dikombinasikan dengan perangkat tersandung panas seperti pemutus sirkuit, termistor, serta komponen lain seperti tabung gas dan thyristor. Dalam beberapa kasus SPD sirkuit dibangun ke dalam perangkat listrik sendiri, seperti komputer pasokan listrik dengan dibangun di kemampuan penindasan. Lebih umum, mereka digunakan di stand- saja alat surge suppression, atau disertakan dengan UPS untuk memberikan pencegah konsleting dan darurat daya baterai harus dalam gangguan terjadi (atau ketika tingkat daya di luar batas nominal, atau aman, kondisi listrik).

SPDs cascading dan perangkat UPS, adalah metode yang paling efektif perlindungan terhadap kekuasaan gangguan, untuk peralatan elektronik. Menggunakan teknik ini, sebuah perangkat SPD ditempatkan di masuk layanan dan ukuran untuk menghilangkan banyak energi dari transien masuk. Berikutnya perangkat pada sub-panel listrik dan pada peralatan yang sensitif itu sendiri penjepit tegangan ke tingkat yang tidak merusak atau mengganggu peralatan. Perhatian khusus harus dibayar untuk ukuran baik rating tegangan dan rating energi disipasi perangkat ini dan mengkoordinasikan perangkat untuk operasi yang efektif. Juga, perhatian harus dibayarkan kepada bagaimana efektif perangkat surge suppression dalam hal MOV mencapai titik kegagalan. Sementara MOV adalah konsisten dalam kemampuan gelombang penindasan dari waktu ke waktu, itu masih menurunkan dengan penggunaan, atau bisa gagal jika laju kemampuan penindasan efektif adalah terlampaui. Hal ini

penting bahwa jika MOV tidak mencapai titik di mana ia tidak lagi berguna, bahwa SPD telah kemampuan untuk memecahkan rangkaian, dan mencegah anomali kekuatan merusak dari mencapai Peralatan itu adalah melindungi. Untuk informasi lebih lanjut tentang topik ini, lihat White Paper 85, data Baris Transient Perlindungan.

  • oscillatory transient

Sebuah osilasi transien adalah perubahan mendadak dalam kondisi mapan dari tegangan sinyal, saat ini, atau keduanya, baik pada batas-batas sinyal positif dan negatif, berosilasi pada alam sistem frekuensi. Dalam istilah sederhana, sementara menyebabkan sinyal listrik untuk bergantian membengkak dan kemudian menyusut, sangat cepat. Transien berosilasi biasanya meluruh sampai nol dalam siklus (sebuah membusuk osilasi).

Transien ini terjadi ketika Anda menonaktifkan beban induktif atau kapasitif, seperti motor atau kapasitor bank. Sebuah hasil osilasi transien karena beban menolak perubahan. Hal ini mirip dengan apa yang terjadi bila anda tiba-tiba mematiak kran cepat mengalir dan mendengar kebisngan di dalam pipa. Air mengalir menolak perubahan, dan setara fluida dari osilasi transien terjadi.

Misalnya, saat mematikan motor berputar, ia bertindak sebagai generator sebentar karena kekuatan bawah, sehingga menghasilkan listrik dan mengirimkannya melalui distribusi listrik. Sebuah panjang sistem distribusi listrik dapat bertindak seperti osilator ketika daya dinyalakan atau dimatikan, karena semua sirkuit memiliki beberapa induktansi dan kapasitansi yang melekat terdistribusi yang singkat energi dalam bentuk membusuk.

Ketika transien berosilasi muncul pada sirkuit energi, biasanya karena utilitas switch- ing operasi (terutama ketika bank kapasitor secara otomatis diaktifkan ke dalam sistem), mereka bisa sangat mengganggu peralatan elektronik. Gambar 3 menunjukkan frekuensi rendah khas Transient disebabkan osilasi ke bank kapasitor diberi energi.

012413_0408_STABILITAST3.png

Gambar 3. Osilasi Transient

Masalah yang paling diakui terkait dengan switching kapasitor dan osilasi transien yang adalah tersandung drive kecepatan disesuaikan (ASDs). Transien relatif lambat menyebabkan kenaikan dalam tegangan dc link yang (tegangan yang mengontrol aktivasi dari ASD), yang menyebabkan dorongan untuk perjalanan off-line dengan indikasi Overvoltage.

Sebuah solusi umum untuk kapasitor tersandung adalah instalasi reaktor baris atau tersedak yang meredam osilasi transien ke tingkat yang dikelola. Reaktor-reaktor ini dapat diinstal depan drive atau pada link dc dan tersedia sebagai fitur standar atau sebagai pilihan pada paling ASDs. (Catatan – perangkat ASD akan dibahas lebih lanjut dalam bagian interupsi di bawah ini.)

Solusi lain naik ke kapasitor beralih masalah transien adalah saklar zero crossing. Ketika busur gelombang sinus yang turun dan mencapai tingkat nol (sebelum menjadi negatif), ini dikenal sebagai persimpangan nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Sebuah transien yang disebabkan oleh kapasitor switching akan memiliki magnitudo yang lebih besar semakin jauh switching terjadi jauh dari nol melintasi waktu dari gelombang sinus. Sebuah switch zero crossing memecahkan masalah ini dengan memantau gelombang sinus untuk memastikan bahwa beralih kapasitor terjadi sedekat mungkin dengan nol melintasi waktu dari gelombang sinus.

012413_0408_STABILITAST4.png

Gambar 4. Zero crossing

Tentu saja UPS dan sistem SPD juga sangat efektif dalam mengurangi bahaya yang berosilasi transien dapat dilakukan, terutama antara pengolahan data peralatan umum seperti untuk komputer ers dalam jaringan. Namun, SPD dan UPS perangkat kadang-kadang dapat tidak mencegah intersys- tem kejadian transien osilasi bahwa saklar zero crossing dan atau terdesak jenis perangkat dapat mencegah pada peralatan khusus, seperti mesin manufaktur lantai dan mereka sistem kontrol.

Transient Secara Umum

Secara umum, ada 3 macam Transient Overvoltage, yaitu:

•low frequency transients

low frequency transientsdengan komponen frequency beberapa ratus hertz yang biasanya disebabkan oleh capacitor switching. (Capacitor Switching Transient).

Low frequency transients Terjadi jika capacitor melepaskan muatan untuk melakukan perbaikan power factor pada jala-jala. Inductance yang ada di jala-jala kemudian menyebabkan resonansi yang terjadi pada ferquency 400-600 hertz pada sistem distribusi. Hal ini akan menyebabkan adanya gelombang exponensial teredam. Puncak gelombang ini secara teoritis tidak akan melebihi 2x nilai puncak gelombang fundamental. Biasanya 120%-140%. Akan tetapi, nilai ini akan berlipat jika terjadi resonansi dengan capacitor yang lain.

012413_0408_STABILITAST5.png

Gambar 5. Capacitor Transient

•high-frequencytransients

high-frequencytransientsdengan komponen frequency beberapa ratus kilo-hertz yang biasanya disebabkan oleh inductive loads atau petir (impulse, spike, surge).

High frequency transients. Dapat disebabkan petir, atau pemutusan beban inductive. Rise-time-nya umumnya berlangsung dalam orde microsecond, decay-time-nya berlangsung dalam orde puluhan sampai ratusan microsecond. Kadang, decay-nya berupa gelombang osilasi yang teredam secara exponensial dengan frequency sekitar 100 kHz yang sesuai dengan frequency inductor/capacitor equivalent model dari jala-jala listrik tegangan rendah. Puncaknya bisa ratusan samapi ribuan volts , arus yang dihasilkan bisa mencapai beberapa ribu ampere.

012413_0408_STABILITAST6.png

Gambar 6. Transient Petir

•Extremely Fast Transients

Extremely Fast Transients, atau EFT, memiliki waktu naik (rise time) dan waktu turun (fall time) dalam orde nanosecond. Transient ini dapat disebabkan oleh adannya arcing faults seperti jeleknya sikat pada motor dan dapat segera teredam.

4. SOLUSI KUALITAS DAYA

Ada banyak jenis produk dan berbagai macam rekomendasi solusi yang membahas tentang isu-isu kualitas daya. Faktor daya dapt ditingkatkan dan mengurangi distorsi harmonisa melalui penggunaan perangkat pasif atau aktif. Transien tegangan dapat diatasi dengan perbedaan berbagai macam TVSS (Transient Voltage Surge Suppressor) perangkat yang tersedia di pasar saat ini dan melalui penambahan filter yang dirancang untuk spesifikasi aplikasi. Masalah kebisingan dapat dihindari dengan mengamati praktek kabel yang sesuai, dan menggunakan jenis kabel yang cocok seperti yang seperti yang direkomdasikan oleh gerakan pemasok listrik.

  • Beberapa usaha solusi di sisi beban:
    • Voltage Regulator, pengatur tegangan ini beroprasi jika tegangan pasokan naik ataupun turun. Dengan alat ini di harapakan tegangan yang dilihat beban menjadi stabil walaupun tegangan pasokan naik turun.
    • Surge suppressor, Pada dasarnya alat ini memotong tegangan surjayang masuk ke peralatan agar sesuai dengan kemampuan peralatan.
    • Uninterruptible Power Supply (UPS), Alat ini dirancang untuk memberikan catu daya pada peralatan dengan kualitas yang sesuai dengan kebutuhan peralatan, walaupun terjadi penyimpanan di sisi pemasok.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s