Voltage SAG / Voltage DIP


Definisi Voltage sag

Voltage sag atau yang sering juga disebut sebagai voltage dip merupakan suatu fenomena penurunan tegangan rms dari nilai nominalnya yang terjadi dalam waktu yang singkat, sekitar 10 ms sampai beberapa detik. IEC 61000-4-30 mendefinisikan voltage sag (dip) sebagai penurunan besar tegangan sementara pada titik di bawah nilai threshold-nya. Sedangkan berdasarkan IEEE Standard 1159-1995, voltage sag merupakan variasi tegangan rms dengan besar antara 10% sampai 90% dari tegangan nominal dan berlangsung selama 0,5 siklus sampai satu menit. Gambar berikut menunjukkan gelombang tegangan saat terjadi voltage sag dengan besar 0,3 pu dan berlangsung selama 0,3 detik.

060513_1928_VOLTAGESAGV1.png

Karakteristik Voltage sag

Karakteristik dari voltage sag dapat dilihat pada Gambar berikut untuk gelombang tegangan yang ideal (sinusoidal murni, tanpa harmonik)

060513_1928_VOLTAGESAGV2.png

Dari gambar, dapat terlihat bahwa ada tiga karakteristik utama voltage sag, yaitu:

  • Besarnya voltage sag (Ar – Ad)
  • Perubahan fasa (phase angle jump) terhadap tegangan referensi
  • Titik pada gelombang dimana sag mulai muncul

Voltage sag dicirikan dengan besarnya sag (tegangan saat terjadi fault) dan durasinya. Besarnya sag ditentukan oleh jarak terjadinya fault dan durasinya bergantung pada waktu penghilangan fault.

  • Sag magnitude

Merupakan tegangan rms total saal fault terjadi, yang dinyatakan dalam persen atau dalam nilai per-unit dari tegangan nominalnya.

  • Sag Duration

Durasi sag merupakan waktu saat tegangan menjadi rendah, biasanya kurang dari 1 detik. Durasi sag bergantung pada peralatan proteksi arus lebih dan seberapa lama arus fault diperbolehkan untuk mengalir. Ada banyak jenis peralatan yang digunakan untuk menghilangkan fault dan masing-masing menpunyai waktu absolut minimum untuk menghilangkan fault.

  • Phase angle jump

Fault yang terjadi pada sistem tenaga listrik tidak hanya menyebabkan turunnya besar tegangan, tapi juga menyebabkan perubahan pada sudut fasa tegangan. Phase angle jump (yaitu perbedaan sudut fasa selama terjadi sag dan sebelum terjadi sag) dapat dihitung dari nilai tegangan kompleks Vsag.

Faktor Penyebab Munculnya Voltage sag

Kegagalan (fault) dalam sistem dan penyalaan motor induksi berdaya besar dapat menyebabkan voltage sag. Motor induksi umumnya mengkonsumsi 5 sampai 6 kali arus ratingnya pada saat start dan arus ini akan menurun secara bertahap seiring dengan pertambahan kecepatan motor sampai pada kecepatan ratingnya. Durasi dari sag bergantung pada dinamika motor dan dinamika motor tersebut ditentukan oleh parameternya, khususnya inersia motor. Pada kasus voltage sag karena penyalaan motor yang besar, sag yang terjadi biasanya tidak terlalu signifikan tapi berlangsung dalam waktu yang relatif lama.

Kegagalan yang terjadi pada saluran transmisi dan distribusi yang biasanya menjadi sumber terjadinya sag adalah singe-line-to-ground (SLG) dan line-to-line (L-L) fault. SLG fault sering disebabkan karena kondisi cuaca yang buruk seperti karena petir, salju/es dan angin. Aktivitas binatang dan juga manusia seperti konstruksi juga dapat menyebabkan SLG fault. L-L fault dapat terjadi akibat cuaca buruk, ranting pohon maupun karena binatang. Fault pada feeder paralel menyebabkan tegangan jatuh pada bus substation yang akan mempengaruhi semua feeder lainnya sampai fault dihilangkan.

060513_1928_VOLTAGESAGV3.png

Model Matematis untuk Menghitung Voltage Sag

Berdasarkan referensi yang didapat, ada dua model matematika yang digunakan untuk menghitung besarnya voltage sag, model pertama yang mengabaikan besarnya arus beban, dan model kedua yang memperhitungkan arus beban.

Model pertama : arus beban diabaikan

Besarnya voltage sag dapat dinyatakan dalam model pembagian tegangan (voltage divider) sebagaimana yang tergambar pada gambar berikut:

060513_1928_VOLTAGESAGV4.pngDengan mengabaikan arus beban, tegangan sag, Vsag, dapat dinyatakan sebagai:

060513_1928_VOLTAGESAGV5.png

Dimana Zs merepresentasikan impedansi sumber pada point of common coupling (PCC) dan Zf merepresentasikan impedansi diantara PCC sampai ke lokasi terjadinya fault. Pada titik terjadinya fault, tegangan bernilai mendekati nol. Oleh karena itu, impedansi Zs dan Zf menentukan besarnya voltage sag, sedangkan durasi terjadinya voltage sag ditentukan oleh waktu penghilangan fault alat proteksi. Dari persamaan di atas, terlihat bahwa jika fault terjadi di dekat PCC, akan menyebabkan voltage sag yang terjadi semakin dalam.

Model kedua : Memperhitungkan arus beban

Dengan memperhatikan Gambar 6, pada kondisi normal (tidak terjadi fault), arus yang mengalir menuju beban A dan beban B bernilai sama (beban seimbang). Ketika terjadi fault pada feeder 1, arus yang sangat besar akan mengalir menuju feeder 1. Sehingga, berdasarkan pada hukum Kirchhoff, aliran arus menuju feeder 2 akan berkurang. Sebagai akibatnya, tegangan pada feeder 2 juga akan turun. Penurunan tegangan ini kemudian didefinisikan sebagai voltage sag.

Jika diasumsikan:

Beban A                               = ZLOAD_A

Beban B                               = ZLOAD_B060513_1928_VOLTAGESAGV6.png

Reaktansi feeder 1           = x1

Reaktansi feeder 2           = x2

Arus dari sumber             = I

Arus pada feeder 1          = I1

Arus pada feeder 2          = I2

Sehingga              I = I1 + I2

Pada kondisi normal (tidak terjadi fault)

060513_1928_VOLTAGESAGV7.pngKetika fault terjadi pada feeder 1 karena hubung singkat, arus yang sangat besar akan mengalir melalui feeder 1 begitu pula arus sumber I. Pada saat ini, tegangan pada feeder 2 menjadi turun karena peningkatan voltage drop pada reaktansi xs yang pada akhirnya menyebabkan sag terjadi.

060513_1928_VOLTAGESAGV8.png

(Ketika fault terjadi)

Sehingga:

060513_1928_VOLTAGESAGV9.png

dan nilai V2 menjadi lebih kecil dari nilai nominalnya (voltage sag)

Sensitivitas Beberapa Peralatan terhadap Voltage sag

Gambar berikut menunjukkan kurva dari Information Technology Industry Council (ITIC) yang diperkenalkan sebagai panduan kualitas daya pada sistem distribusi yang melayani komputer utama (main computer), dan kurva ini menjadi salah satu referensi mengenai toleransi tegangan yang diperbolehkan pada industri.

060513_1928_VOLTAGESAGV10.png

Kurva di atas menunjukkan besarnya tegangan dan durasi pada aplikasi 120 V satu fasa. Kurva di atas menunjukkan bahwa deviasi tegangan sebesar 10% masih diperkenankan meskipun voltage sag  atau swell terjadi dalam waktu yang lama. Namun, tegangan jatuh sebesar 30% tidak diperkenankan terjadi selama lebih dari 0,5 detik. Kurva tersebut berguna untuk memberikan pengetahuan umum level tegangan yang diperkenankan.

Voltage sag mempengaruhi unjuk kerja peralatan dan dapat memicu rangkaian proteksi sistem untuk bekerja dan mengakibatkan interupsi pasokan daya yang pada akhirnya menyebabkan proses kerja (produksi) akan terhenti. Toleransi peralatan terhadap voltage sag sangatlah bervariasi. Tabel berikut menunjukkan rentang toleransi beberapa peralatan terhadap voltage sag

Table 2. Toleransi Tegangan Beberapa Peralatan Terhadap Voltage Sag

060513_1928_VOLTAGESAGV11.png

Secara singkat, nilai X ms, Y% mengindikasikan bahwa sag yang bernilai lebih kecil dari Y% dan berlangsung lebih dari X ms dapat menyebabkan trip atau malfungsi pada peralatan.

Banyak survei yang telah dilakukan untuk menentukan tegangan threshold yang dapat menyebabkan trip atau malfungsi pada sistem. Riset menunjukkan bahwa pada kasus ASD (Adjustable Speed Drive), voltage sag dengan durasi selama 12 siklus atau lebih dengan 20% drop tegangan dapat menyebabkan ASD menjadi trip berikut dengan proses selanjutnya. PLC dengan mesin computerized numerically controlled (CNC) dapat dikacaukan oleh sag yang berlangsung selama lebih dari 1 siklus dengan tegangan yang bernilai kurang dari 86% dari tegangan nominalnya.

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