Pages

▼

Umur Kapasitor, Harmonik dan Harmonic Filter Reactor (Detuned Reactor)

Ada beberapa hal yang dapat mempengaruhi usia dari kapasitor bank, antara lain: temperature, tegangan yang masuk ke kapasitor, frekuensi, gelombang harmonik dan juga kualitas power (THD = Total Harmonic Distortion). Khusus dalam artikel ini saya akan membahas tentang gelombang harmonik, yang tentunya sangat berhubungan langsung dengan umur kapasitor dan bagaimana pemecahan masalahnya.

Apa itu gelombang harmonik

Harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonik. Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni/aslinya sehingga terbentuk gelombang cacad yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan gelombang hormoniknya. Dalam gambar dibawah ini Anda bisa melihat visualisasi gelombang harmonik.


Pemakaian beban non linear yang umumnya merupakan peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor, dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Proses kerja ini akan menghasilkan gangguan atau distorsi gelombang arus yang tidak sinusoidal. Bentuk gelombang ini tidak menentu dan dapat berubah menurut pengaturan pada parameter komponen semi konduktor dalam peralatan elektronik. Perubahan bentuk gelombang ini tidak terkait dengan sumber tegangannya.

Salah satu dampak yang umum dari gangguan harmonik adalah panas lebih pada kawat netral dan transformator sebagai akibat timbulnya harmonik ketiga yang dibangkitkan oleh peralatan listrik satu phase. Tingginya arus pada kawat netral pada sistem 3 phase 4 kawat (sisi sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) akan terinduksi ke sisi primer transformator dan akan berputar pada sisi primer transformator yang biasanya memiliki belitan delta (D). Hal ini akibat pada kawat netral tidak memiliki peralatan pemutus arus untuk proteksi tegangan atau arus lebih.

Oleh sebab itulah gejala awal dari adanya gelombang harmonik yang cukup tinggi pada sistem distribusi listrik pelanggan adalah sering hilangnya tegangan satu phase yang terinduksi kekawat netral pada sistem 3 phase 4 kawat. Walaupun gejala ini tidak sepenuhnya berasal dari gangguan gelombang harmonik dan bisa jadi dari sebab yang lain, tapi setidaknya pelanggan harus mewaspadai tentang gejala ini dengan memperhatikan jenis beban yang bisa menimbulkan gangguan gelombang harmonik.

THD (Total Harmonic Distortion)

Total Harmonic Distortion (THD) merupakan nilai prosentase antara total komponen gelombang harmonik dengan komponen fundamentalnya. Semakin besar prosentase THD ini menyebabkan semakin besarnya resiko kerusakan peralatan akibat gelombang harmonik yang terjadi pada arus maupun tegangan. Nilai THD yang diijinkan secara internasional maksimal berkisar 5% dari tegangan atau arus frekuensi fundamentalnya.

Apabila THD (Total Harmonic Distortion) > 5% bisa membuat kerusakan pada kapasitor dan timbulnya getaran mekanis pada panel listrik yang merupakan getaran resonansi mekanis akibat harmonik arus frekuensi tinggi.

Untuk mencari nilai THD dari tegangan dapat digunakan persamaan:
\mbox{THD}_V = \frac{ \sqrt{V_2^2 + V_3^2 + V_4^2 + \cdots + V_n^2} }{V_1}
Sedangkan untuk mencari nilai THD dari arus dapat digunakan persamaan:
\mbox{THD}_I = \frac{ \sqrt{I_2^2 + I_3^2 + I_4^2 + \cdots + I_n^2} }{I_1}


Penyebab terjadinya gelombang harmonik ini adalah penggunaan beban-beban non linier pada sistem tenaga yang menimbulkan distorsi pada bentuk gelombang sinus. Beban non-linier ini dimodelkan sebagai sumber arus yang menginjeksikan arus harmonisa ke dalam sistem tenaga. Gambar di bawah ini merupakan bentuk gelombang yang terdistorsi akibat penggunaan beban-beban non-linier seperti rectifier, ups, batetry charge, inverter (speed frekwensi converter), lampu hemat energi, arc furnaces, motor DC dsb.

 


Pengaruh THD yang tinggi adalah terjadinya over voltage dan over current, yang bisa menyebabkan gangguan gangguan antara lain :
  • Bunyi mendengung yang keras pada trafo.
  • Hilangnya satu phase dan terinduksi ke kawat netral pada trafo.
  • Putaran motor dapat berbalik arah yang menyebabkan putarannya terkunci, sehingga menimbulkan arus yang sangat besar.
  • Putaran kWH meter yang lebih cepat, padahal pemakaiannya tetap.
  • Kesalahan operasi pada alat-alat pengatur (regulation device), timbul karena pergeseran phasa dari wave form tegangan disamping nilai puncak (peak value) dari wave form tegangan juga turut meningkat tajam.
  • Bertambahnya kehilangan energi baik pada tembaga (kabel-kabel dan kumparan) maupun pada besi (pada inti dari trafo distribusi).
  • Overheating pada motor-motor listrik dan pada capacitor.
  • Dampak buruk pada audio frekuensi.
  • Bertambahnya bunyi (sound level) pada motor-motor dan peralatan listrik lainnya.
  • Tripping pada Circuit Breaker dan ledakan pada fuse kapasitor.
Seperti yang sudah diketahui bahwa untuk mengkonpensasi daya reaktif pada beban-beban induktif digunakan Power Capacitor yang dihubungkan paralel dengan beban pada panel induk, dengan demikian power factor beban keseluruhan akan dapat diperbaiki.

Namun menghubungkan langsung power capacitor pada jaringan distribusi berbeban non linear yang menghasilkan harmonik tinggi akan sangat berbahaya karena kemungkinan terjadinya paralel resonansi antara kapasitor dengan beban induktif tertentu bahkan dengan trafo distribusi, dan apabila frekuensi resonansi berada sangat dekat dengan frekuensi harmonisa ke-5 dan ke-7 maka tegangan harmonik tinggi yang sangat kuat akan muncul pada busbar panel induk dan mengakibatkan arus lebih (over current) pada kapasitor, trafo distribusi dan beban beban lain.

Pemilihan kapasitor

Untuk mengatasi dampak pemasangan PF Correction Capacitor terhadap meningkatnya harmonik tinggi pada jaringan berbeban non linear maka diperlukan kapasitor dengan kriteria sebagai berikut:

Classic solution:
THD (I) < 15% atau THD (U) < 2% maka gunakan ==> kapasitor standar 400VAC/50Hz

Comfort solution:
15% < THD (I) < 25% atau 2% < THD (U) < 3% maka gunakan ==> kapasitor yang dioverrated di 525VAC/50Hz

Harmony solution:
25% < THD (I) < 40% atau 3% < THD (U) < 4% maka gunakan ==> kapasitor yang dioverrated di 525VAC/50Hz + Detuned Reactor (DR) dengan tuning order 190Hz


Instalasi Kapasitor

Jika total harmonik yang ada diatas 25% sampai 40% maka pemilihan kapasitor menggunakan tegangan kerja 525 V, dengan demikian untuk mendapatkan daya reaktif 50 Kvar pada 415 V dibutuhkan kapasitor sebesar 60 % lebih tinggi yaitu kapasitor 80 Kvar / 525 V. 60 % ini berasal dari ( 525/415 ) kwadrat = 1,60 atau 60 % lebih banyak.

Jika total harmonik lebih tinggi dari 40 % , maka kapasitor yang dipakai menggunakan tegangan sebesar 525 V ditambah pemasangan harmonic filter reactor (detuned reactor) secara seri. Pemasangan harmonic filter reactor ini sebagai filter harmonik yang mana berupa lilitan dengan satuan besaran Henry .




Karena harmonic filter reactor berupa lilitan maka harmonik (gelombang liar) ini akan beresonansi terhadap lilitan induktif dan dengan sendirinya memfilter harmonik yang masuk ke kapasitor bank.

klik disini untuk melihat komposisi panel kapasitor bank

_____________________________
Sumber: http://electric-mechanic.blogspot.com