6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Pengertian Penghantar Listrik

Secara umum pengertian kabel adalah media penghantar tenaga listrik

dari sumber tegangan listrik keperalatan yang menggunakan tenaga listrik

atau menghubungkan suatu peralatan listrik ke peralatan listrik lainnya.

Bahan dari kabel ini beraneka ragam, khusus sebagai pengantar arus listrik,

umumnya terbuat dari tembaga dan umumnya dilapisi dengan pelindung.

Selain tembaga, ada juga kabel yang terbuat dari serat optik, yang disebut

dengan fiber optic cable. Namun dalam hal ini yang akan kita bahas adalah

kabel yang berfungsi untuk menghantarkan energi listrik. Dalam penyaluran

tenaga listrik, ada banyak faktor yang mempengaruhi baik atau tidaknya

penyaluran tersebut. Bahan hantaran listrik dibagi menjadi beberapa bagian

yaitu :

1. Konduktor

Penghantar dalam teknik elektro adalah zat yang dapat

menghantarkanarus listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas. Karena

sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor. Konduktor yang baik

adalah yang memiliki tahanan jenis yang kecil. Pada umumnya logam

bersifat konduktif. Emas, perak, tembaga, alumunium, zink, besi berturut-

turut memiliki tahanan jenis semakin besar. Jadi sebagai penghantar emas

adalah sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara

ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan.

a. Karakteristik Konduktor

Ada 2 (dua) jenis karakteristik konduktor, yaitu:

1. Karakteristik mekanik, yang menunjukkan keadaan fisik dari

konduktor yang menyatakan kekuatan tarik dari pada konduktor

(dari SPLN 41-8:1981, untuk konduktor 70 AAAC-S pada

7

suhu sekitar 30º C dari konduktor untuk menghantar arus adalah

275 A).

2. Karakteristik listrik, yang menunjukkan kemampuan dari

konduktor terhadap arus listrik yang melewatinya (dari SPLN 41-

10 : 1991, untuk konduktor 70 berselubung AAAC-S pada

suhu sekitar 30º C, maka kemampuan maksimum dari konduktor

untuk menghantar arus adalah 275 A).

b. Sifat Bahan Konduktor

Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting, yaitu:

1. Daya Hantar Listrik

Arus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami

hambatan dari penghantar itu sendiri. Besar hambatan tersebut

tergantung dari bahannya. Besar hambatan tiap meternya dengan

luas penampang 1 pada temperatur 200º C dinamakan

hambatan jenis

2. Koefisien Temperatur Hambatan

Telah kita ketahui bahwa dalam suatu bahan akan mengalami

perubahan volume bila terjadi perubahan temperatur. Bahan akan

memuai jika temperatur suhu naik dan akan menyusut jika

temperatur suhu turun.

3. Daya Hantar Panas

Daya hantar panas menunjukkan jumlah panas yang melalui

lapisan bahan tiap satuan waktu. Diperhitungkan dalam satuan

Kkal/jam 0º C. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin

listrik beserta perlengkapanya. Pada umumnya logam mempunyai

daya hantar panas yang tinggi.

4. Daya Tegangan Tarik

Sifat mekanis bahan sangat penting, terutama untuk hantaran di

atas tanah. Oleh sebab itu, bahan yang dipakai untuk keperluan

8

tersebut harus diketahui kekuatanya. Terutama menyangkut

penggunaan dalam pendistribusian tegangan tinggi.

5. Timbulnya Daya Elektro-Motoris Termo

Sifat ini sangat penting sekali terhadap dua titik kontak yang

terbuat dari dua bahan logam yang berlainan jenis, karena dalam

suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris

termo tersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.

6. Daya Elektro-Motoris Termo

Daya elektro-motoris termo dapat terjadi lebih tinggi, sehingga

dalam pengaturan arus dan tegangan dapat menyimpang meskipun

sangat kecil. Besarnya perbedaan tegangan yang dibangkitkan

tergantung pada sifat-sifat kedua bahan yang digunakan dan

sebanding dengan perbedaan temperaturnya. Daya elektro-motoris

yang dibangkitkan oleh perbedaan temperatur disebut dengan daya

elektro-motoris termo.

c. Konduktivitas Listrik

Sifat daya hantar listrik material dinyatakan dengan

konduktivitas, yaitu kebalikan dari resistivitas atau tahanan jenis

penghantar. Memberikan kemudahan suatu material untuk

menghantarkan arus listrik. Satuan konduktivitas adalah (ohm meter).

Konduktivitas merupakan sifat listrik yang diperlukan dalam berbagai

pemakaian sebagai penghantar tenaga listrik dan mempunyai rentang

harga yang sangat luas.

Logam atau material yang merupakan penghantar listrik yang

baik, memiliki konduktivitas listrik dengan orde 107 (ohm.m)-1 dan

sebaliknya material isolator memiliki konduktivitas yang sangat rendah,

yaitu antara 10-10 sampai dengan 10-20 (ohm.m)-1. Diantara kedua

sifat ekstrim tersebut, ada material semi konduktor yang

konduktivitasnya berkisar antara 10-6 sampai dengan 10-4 (ohm.m)-1.

Berbeda pada kabel tegangan rendah, pada kabel tegangan menengah

9

untuk pemenuhan fungsi penghantar dan pengaman terhadap

penggunaan, ketiga jenis atau sifat konduktivitas tersebut diatas

digunakan semuanya. Konduktivitas listrik berbagai logam dan

paduannya pada suhu kamar 20º C.

Tabel 2.1. Hambatan Logam Jenis

Logam Konduktivitas Listrik Ohm Meter

Perak ( Ag ) 6,8 x

Tembaga ( Cu ) 6,0 x

Emas ( Au ) 4,3 x

Alumunium ( Ac ) 3,8 x

Kuningan ( 70% Cu – 30% Zn ) 1,6 x

Besi ( Fe ) 1,0 x

Baja karbon ( Ffe – C ) 0,6 x

Baja tahan karat ( Ffe – Cr ) 0,2 x

Sumber: (http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/09/konduktor.html)

d. Kriteria Mutu Penghantar

Konduktivitas logam penghantar sangat dipengaruhi oleh unsur-

unsur pemadu, impurity atau ketidak-sempurnaan dalam kristal logam,

yang ketiganya banyak berperan dalam proses pembuatan pembuatan

penghantar itu sendiri. Unsur-unsur pemandu selain mempengaruhi

konduktivitas listrik, akan mempengaruhi sifat-sifat mekanika dan

fisika lainnya. Logam murni memiliki konduktivitas listrik yang lebih

baik daripada yang lebih rendah kemurniannya. Akan tetapi kekuatan

mekanis logam murni adalah rendah.

Penghantar tenaga listrik, selain mensyaratkan konduktivitas yang

tinggi juga membutuhkan sifat mekanis dan fisika tertentu yang

disesuaikan dengan penggunaan penghantar itu sendiri. Selain masalah

teknis, penggunaan logam sebagai penghantar ternyata juga sangat

ditentukan oleh nilai ekonomis logam tersebut dimasyarakat. Sehingga

suatu kompromi antara nilai teknis dan ekonomi logam yang akan

10

digunakan mutlak diperhatikan. Nilai kompromi termurahlah yang akan

menentukan logam mana yang akan digunakan. Pada saat ini, logam

tembaga dan aluminium adalah logam yang terpilih diantara jenis

logam penghantar lainnya yang memenuhi nilai kompromi teknis

ekonomis termurah. Dari jenis–jenis logam penghantar pada tabel 2.1.

diatas, tembaga merupakan penghantar yang paling lama digunakan

dalam bidang kelistrikan.

Disamping persyaratan sifat listrik seperti konduktivitas listrik

diatas, kriteria mutu lainnya yang juga harus dipenuhi meliputi seluruh

atau sebagian dari sifat-sifat atau kondisi berikut ini, yaitu:

1. komposisi kimia.

2. sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength) dan regangan

tarik (elongation).

3. Sifat bending atau pembengkokan.

4. diameter dan variasi yang diijinkan.

5. kondisi permukaan kawat harus bebas dari cacat, dan lain-lain.

2. Semikonduktor

Bahan semikonduktor adalah bahan yang mempunyai level

konduktiviti (kemampuan menghantarkan arus listrik) diantara bahan

konduktor dan isolator. Kebalikan dari konduktiviti adalah resistansi, yaitu

kemampuan menahan arus listrik. Semakin tinggi level konduktiviti maka

semakin rendah level resistansi. Istilah resistiviti (rho, yunani) biasanya

digunakan untuk membandingkan level resistansi material. Jadi bahan

semikonduktor listrik lebih baik daripada isolator, tapi lebih rendah

dibandingkan konduktor.

3. Isolator

Dalam istilah elektronika, isolator listrik adalah sesuatu benda yang

bukan merupakan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan

penghantar listrik. Isolator dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya

11

adalah benda-benda selain golongan logam. Isolator contohnya dapat kita

lihat pada setiap kabel yaitu berupa karet yang berguna untuk melapisi

tembaga (logam) agar arus tetap mengalir pada tembaga. Dengan kata lain

berguna untuk melindungi kita dari sengatan listrik. Oleh sebab itu isolator

merupakan penghantar listrik yang paling buruk diantara konduktor maupun

semikonduktor. Isolator memiliki karakteristik lebih lunak daripada logam

namun tidak berair, karena sebagus apapun suatu isolator jika terkena air

maka arus listrik akan dapat mengalir. Isolator memiliki daya resistansi

yang tinggi terhadap arus listrik. Karena sifatnya yang resistant/

menghambat aliran arus listrik maka benda-benda tersebut disebut isolator.

2.2. Kabel Penghantar

1. Metode Pemilihan Kabel

Sebelum memilih kabel kita harus memahami konsep dasar

penggunaan kabel yaitu :

a. Kapasitas dan fungsi.

b. Pemilihan kabel ( harus memiliki perencanaan ).

- Design layout instalasi/ single line diagram

- Sambungan dan hubungan

- Luas penampang kabel

- Nomenklatur/ kode huruf bahan kabel

- Warna standar

c. Manufacturer recommendation (usia–Standar Nasional (SPLN) dan/

atau Standar Internasional)

d. Perawatan kabel ( recondition cable )

2. Klasifikasikan dari bahan baku

Adapun bila ditinjau dari bahan baku, penghantar dapat

diklasifikasikan menjadi:

a. Tembaga

- Ciri-ciri: logam coklat kemerahan

12

- Sifat: mudah ditempa, konduktor yang baik, nonmagnetik, tahan

terhadap korosi dengan peleburan dan elektrolisa.

- Ilustrasi: Penyambungan kabel antara kabel jenis serabut dan kabel

pejal yang tidak sesuai standar adalah salah satu penyebab short

circuit yang merupakan awal dari pemicu kebakaran.

- Kegunaan: membuat kabel listrik, sistem pemanas, tabung

pendingin, radiator kendaraan, untuk keperluan listrik, komponen

terbesar dari logam campuran kuningan ini disaring sampai

kemurnian 98,8%, kotoran dikeluarkan dari bijih-bijih tembaga.

b. Alumunium

- Ciri-ciri: logam putih keabu-abuan.

- Sifat: konduktor yang sangat baik, nonmagnetik, tahan korosi, sangat

lunak dan ringan.

c. Kuningan

- Kuningan adalah alloy nonferrous terbuat dari campuran tembaga

dan seng.

- Sifat: mudah dibentuk, lebih keras dari tembaga maupun alumunium,

karenanya lebih mudah dikerjakan dengan mesin.

3. Konstruksi Jenis Kabel

Ada beberapa jenis kabel yang sering digunakan. Yaitu dilihat dari

segi konstruksinya dan dari segi jumlah penghantar dalam satu kabel.

Berikut ini adalah jenis kabel dilihat dari jenis konstruksinya :

a. Penghantar pejal (solid); yaitu penghantar yang berbentuk kawat pejal

yang berukuran sampai 10 mm². Tidak dibuat lebih besar lagi dengan

maksud untuk memudahkan penggulungan maupun pemasangannya.

b. Penghantar berlilit (stranded); penghantarnya terdiri dari beberapa urat

kawat yang berlilit dengan ukuran 1 mm² - 500 mm².

c. Penghantar serabut (fleksibel); banyak digunakan untuk tempat yang

sulit dan sempit, alat-alat portabel, alat-alat ukur listrik dan pada

kendaraan bermotor. Ukuran kabel ini antara 0,5 mm² - 400 mm².

13

d. Busbar; penampang penghantar ini biasanya digunakan pada PHB

(Papan Hubung Bagi) sebagai rel-rel pembagi atau rel penghubung.

Penghantar ini tidak berisolasi.

4. Jumlah Penghantar

Adapun bila ditinjau dari jumlah penghantar dalam satu kabel,

penghantar dapat diklasifikasikan menjadi:

a. Penghantar simplex; ialah kabel yang dapat berfungsi untuk satu macam

penghantar saja (misal: untuk fasa atau netral saja). Contoh penghantar

simplex ini antara lain: NYA 1,5 mm²; NYAF 2,5 mm² dan sebagainya.

b. Penghantar duplex; ialah kabel yang dapat menghantarkan dua aliran

(dua fasa yang berbeda atau fasa dengan netral). Setiap penghantarnya

diisolasi kemudian diikat menjadi satu menggunakan selubung.

Penghantar jenis ini contohnya NYM 2×2,5 mm², NYY 2×2,5mm².

c. Penghantar triplex; yaitu kabel dengan tiga pengantar yang dapat

menghantarkan aliran 3 fasa (R, S dan T) atau fasa, netral dan

pentanahan. Contoh kabel jenis ini: NYM 3×2,5 mm², NYY 3×2,5 mm²

dan sebagainya.

d. Penghantar quadruplex; kabel dengan empat penghantar

untuk mengalirkan arus 3 fasa dan netral atau 3 fasa dan pentanahan.

Susunan hantarannya ada yang pejal, berlilit ataupun serabut. Contoh

penghantar quadruplex misalnya NYM 4×2,5 mm², NYMHY 4×2,5

mm² dan sebagainya. Jenis penghantar yang paling banyak digunakan

pada instalasi rumah tinggal yang dibangun permanen saat ini adalah

kabel rumah NYA dan kabel NYM.

5. Kegunaan dan Fungsi Penghantar

Adapun bila ditinjau dari kegunaan dan fungsi penghantar dapat

diklasifikasikan menjadi:

a. Kabel Fleksibel

Kabel yang disyaratkan untuk mampu melentur pada waktu digunakan,

dan yang struktur dan bahannya memenuhi persyaratan. (flexible cable).

14

b. Kabel Tanah

Jenis kabel yang dibuat khusus untuk dipasang di permukaan atau

dalam tanah, atau dalam air. (underground cable).

c. Keadaan Darurat

Keadaan yang tidak biasa atau tidak dikehendaki yang membahayakan

keselamatan manusia dan keamanan bangunan serta isinya, yang

ditimbulkan oleh gangguan suplai utama listrik.

d. Kabel Kedap

Sifat tidak dapat dimasuki sesuatu; misalnya kedap air atau kedap debu.

e. Penghantar Aktif

Setiap penghantar dari sistem suplai yang mempunyai beda potensial

dengan netral atau dengan penghantar yang dibumikan. Dalam sistem

yang tidak memiliki titik netral, semua penghantar harus dianggap

sebagai penghantar aktif (active conductor).

f. Penghantar Bumi

Penghantar dengan impedansi rendah, yang secara listrik

menghubungkan titik yang tertentu pada suatu perlengkapan (instalasi

atau sistem) dengan elektrode bumi (earth conductor).

g. Penghantar Netral (N)

Penghantar yang dihubungkan ke titik netral sistem dan mampu

membantu mengalirkan energi listrik (neutral conductor).

h. Penghantar PEN

Penghantar netral yang dibumikan dengan menggabungkan fungsi

sebagai penghantar proteksi dan penghantar netral. Catatan singkatan

PEN dihasilkan dari penggabungan lambang PE untuk penghantar

proteksi dan N untuk penghantar netral.(PEN conductor).

i. Penghantar Pembumian

- Penghantar berimpedansi rendah yang dihubungkan ke bumi,

- Penghantar proteksi yang menghubungkan terminal pembumi utama

atau batang ke elektrode bumi (earthing conductor).

15

j. Penghantar Pilin

Penghantar yang terdiri atas satu pilinan, atau sejumlah pilinan yang

dipintal jadi satu tanpa isolasi di antaranya.

k. Penghantar Proteksi (PE)

Penghantar untuk proteksi dari kejut listrik yang menghubungkan

bagian berikut: bagian konduktif terbuka, bagian konduktif ekstra,

terminal pembumian utama, elektrode bumi, titik sumber yang

dibumikan atau netral buatan (protective conductor).

6. Hubungan Kabel Penghantar Dengan Harmonisa

Penghantar merupakan hal yang penting dalam mendistribusikan daya

listrik. Selama ini penghantar di setting sesuai dengan standar pemakaian

beban dan ketahanan penghantar tersebut dalam menghadapi sebuah arus

beban. Dengan menghitung kuat hantar arus, maka penampang kabel dapat

ditentukan sebagai berikut :

....................................................................... (2.1.)

Tetapi, apabila sistem mengandung harmonisa, arus efektif pada

sistem akan mengalami peningkatan. Karena setting awal dari penentuan

penampang berdasarkan arus nominal, maka setelah sistem dilalui arus yang

mengandung harmonisa, tidak lagi sesuai dengan hasil perhitungan awal.

Harmonisa arus menyebabkan kabel mengalami pemanasan berlebih.

Efek kulit (skin effect) dan efek proximity menyebabkan mengalami

resistansi bolak-balik terlebih pada konduktor besar. Kedua efek ini

merupakan fungsi dari frekuensi. Apabila arus yang mengalir banyak

mengandung harmonisa frekuensi tinggi, rugi-rugi yang dibangkitkan

juga akan semakin besar.

Pada sistem tiga fasa empat kawat, beban-beban nonlinear

menyebabkan arus urutan nol mengalir pada konduktor netral, walaupun

ketiga beban seimbang. Arus-arus fasa sistem seimbang yang mengandung

harmonisa dapat dinyatakan sebagai :

16

∑ ............................................. (2.2.)

∑ ................(2.3.)

∑ ................(2.4.)

Arus netral adalah penjumlahan dari arus-arus fasa, dinyatakan sebagai :

∑ .............................................. (2.5.)

Dari persamaan di atas terlihat bahwa pada penghantar netral akan

mengalir arus-arus harmonisa yang mempunyai urutan nol, yaitu harmonisa

ketiga, kesembilan, kelima-belas dan seterusnya. Dari persamaan ini juga,

ada peluang bahwa arus netral dapat berharga lebih besar dari arus fasanya.

Padahal dalam kebanyakan desain instalasi, kawat netral hanya dibuat

sedikit lebih besar dari kawat fasa atau bahkan lebih kecil dari kawat fasa

bila instalatur mengasumsikan beban seimbang. Akibatnya, kawat netral

akan mengalami pemanasan yang sangat berlebih. Panas yang dibangkitkan

dapat memutuskan konduktor, menimbulkan kebakaran atau merusak

komponen lain seperti isolator busbar dan sebagainya.

Pada gambar di bawah ini adalah menunjukkan suatu gelombang sinus

yang kaya akan kandungan harmonisa pada sistem tiga fasa empat kawat

yang mensupply beban penyearah dengan beban seimbang yang terhubung

bintang. Arus hasil percobaan memiliki nilai arus efektif sebesar 10,2 A.

(a) Kurva arus fasa R (b) Spektrum frekuensi arus fasa R

Gambar 2.1. Kurva Arus dan Spektrum mengandung Harmonisa

Sedangkan pada kawat netral terukur arus sebesar 17,7 A. Dari

spektrum frekuensi pada gambar di bawah tampak bahwa arus yang

mengalir pada kawat netral adalah arus-arus harmonisa urutan nol seperti

17

yang dijelaskan di atas, yaitu arus harmonisa ketiga, kesembilan, dan

kelima-belas. Berarti frekuensi fundamental arus netral adalah frekuensi

harmonisa orde ketiga dari arus fasa, yaitu 3 50 Hz.

(b) Kurva arus netral (b) Spektrum frekuensi arus netral

Gambar 2.2. Kurva dan Spektrum Arus Netral

Permasalahan kelistrikan yang terjadi di atas merupakan permasalahan

yang cukup besar. Beberapa peneliti permasalahan kelistrikan berasumsi

bahwa penyebab kebakaran yang banyak terjadi pada instalasi listrik

dikarenakan oleh besarnya arus pada penghantar netral, daripada hubung

singkat. Karena apabila terjadi hubung singkat, maka paling tidak salah satu

dari komponen proteksi arus lebih (MCB dan Fuse) akan mengalami trip,

sehingga mencegah arus lebih pemanasan lebih lanjut. Lain halnya arus

lebih dan pemanasan lebih yang terjadi pada penghantar netral yang tidak

memiliki pengaman. Bila sampai terjadi, pengantar netral putus akibat

pemanasan berlebih, maka dapat terjadi hunting pada tegangan beban.

Penyelesaian masalah pada kasus ini adalah penggantian kabel netral

dengan penghantar yang lebih besar, sehingga penghantar tersebut mampu

untuk dapat dialiri arus harmonisa urutan nol tersebut.

2.3. Jenis Kabel Pada Instalasi Listrik

Jenis kabel pada instalasi listrik di Indonesia adalah sebagai berikut:

1. Kabel NYA

Kabel NYA berinti tunggal, berlapis bahan isolasi PVC, untuk

instalasi luar/ kabel udara. Kode warna isolasi ada warna merah, kuning,

18

biru, kuning loreng hijau dan hitam. Kabel tipe ini umum dipergunakan di

perumahan karena harganya yang relatif murah. Lapisan isolasinya hanya 1

lapis sehingga mudah cacat, tidak tahan air (NYA adalah tipe kabel udara)

dan mudah digigit tikus. Agar aman memakai kabel tipe ini, kabel harus

dipasang dalam pipa/ conduit jenis PVC atau saluran tertutup. Sehingga

tidak mudah menjadi sasaran gigitan tikus, dan apabila ada isolasi yang

terkelupas tidak tersentuh langsung oleh orang.

Gambar 2.3. Bentuk Kabel NYA

2. Kabel NYM

Kabel NYM memiliki lapisan isolasi PVC (biasanya warna putih

atau abu-abu), ada yang berinti 2, 3 atau 4. Kabel NYM memiliki lapisan

isolasi dua lapis, sehingga tingkat keamanannya lebih baik dari kabel NYA

(harganya lebih mahal dari NYA). Kabel ini dapat dipergunakan di

lingkungan yang kering dan basah, namun tidak boleh ditanam.

Gambar 2.4. Bentuk Kabel NYM

19

3. Kabel NYAF

Kabel NYAF merupakan jenis kabel fleksibel dengan penghantar

tembaga serabut berisolasi PVC. Digunakan untuk instalasi panel-panel

yang memerlukan fleksibelitas yang tinggi.

Gambar 2.5. Bentuk Kabel NYAF

4. Kabel NYY

Kabel NYY memiliki lapisan isolasi PVC (biasanya warna hitam), ada

yang berinti 2, 3 atau 4. Kabel NYY dipergunakan untuk instalasi tertanam

(kabel tanah), dan memiliki lapisan isolasi yang lebih kuat dari kabel NYM

(harganya lebih mahal dari NYM). Kabel NYY memiliki isolasi yang

terbuat dari bahan yang tidak disukai tikus.

Gambar 2.6. Bentuk Kabel NYY

5. Kabel NYFGbY

Kabel NYFGbY ini digunakan untuk instalasi bawah tanah, di dalam

ruangan di dalam saluran-saluran dan pada tempat-tempat yang terbuka

dimana perlindungan terhadap gangguan mekanis dibutuhkan, atau untuk

tekanan rentangan yang tinggi selama dipasang dan dioperasikan.

20

Gambar 2.7. Bentuk Kabel NYFGbY

6. Kabel ACSR

Kabel ACSR merupakan kawat penghantar yang terdiri dari

aluminium berinti kawat baja. Kabel ini digunakan untuk saluran-saluran

transmisi tegangan tinggi, dimana jarak antara menara/ tiang berjauhan,

mencapai ratusan meter, maka dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi,

untuk itu digunakan kawat penghantar ACSR.

Gambar 2.8. Bentuk Kabel ACSR

7. Kabel AAAC

Kabel ini terbuat dari aluminium-magnesium-silicon campuran

logam, keterhantaran elektris tinggi yang berisi magnesium silicide, untuk

memberi sifat yang lebih baik. Kabel ini biasanya dibuat dari paduan

aluminium 6201. AAAC mempunyai suatu anti karat dan kekuatan yang

baik, sehingga daya hantarnya lebih baik.

Gambar 2.9. Bentuk Kabel AAAC

21

8. Kabel ACAR

Kabel ACAR yaitu kawat penghantar aluminium yang diperkuat

dengan logam campuran, sehingga kabel ini lebih kuat daripada kabel

ACSR.

Gambar 2.10. Bentuk Kabel ACAR

9. Kabel BC (Bar Cable)

Kabel ini dipilin/ stranded, disatukan. Ukuran/ tegangan maksimal =

6-500 / 500 V. Pemakaian = saluran diatas tanah dan penghantar

pentanahan.

Gambar 2.11. Bentuk Kabel BC

2.4. Kuat Hantar Arus (KHA)

Kemampuan Hantar Arus suatu kabel dapat dinyatakan sebagai

kemampuan maksimum kabel untuk dilalui arus secara terus-menerus tanpa

menyebabkan kerusakan pada kabel tersebut.

Menurut Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 pasal 5.5.3.1

penghantar sirkit akhir yang menyuplai motor tunggal tidak boleh

mempunyai KHA kurang dari 125% arus pengenal beban penuh. Untuk

menentukan besarnya KHA dapat menggunakan persamaan :

KHA = 1,25 In.

Jika KHA telah diketahui maka untuk menentukan luas penampang

dipilih kabel yang memiliki nilai yang diatasnya (pada tabel 2.2). Untuk

kabel daya diperhatikan juga rating MCB yang dipilih. Jika nilai KHA

22

masih dibawah rating MCB, maka ditetapkan rating MCB sebagai nilai

KHA minimal yang digunakan. Dengan tujuan apabila terjadi gangguan,

kabel masih dapat menghantarkan arus sebelum MCB memutuskan

rangkaian.

Dibawah ini adalah tabel untuk menentukan luas penampang

penghantar. Diambil dari tabel 7.3-1 pada PUIL 2000.

Tabel 2.2. Tabel Menentukan Luas Penampang Penghantar

2.5. Aplikasi Penghantar Pada Distribusi Listrik

Selama ini ada pemahaman bahwa yang dimaksud transmisi adalah

proses penyaluran energi listrik dengan menggunakan tegangan tinggi saja.

Bahkan ada yang memahami bahwa transmisi adalah proses penyaluran

energi listrik dengan menggunakan tegangan tinggi dan melalui saluran

udara (over head line). Namun sebenarnya, transmisi adalah proses

penyaluran energi listrik dari satu tempat ketempat lainnya, yang besaran

23

tegangannya adalah Tegangan Ultra Tinggi (UHV), Tegangan Ekstra Tinggi

(EHV), Tegangan Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan

Tegangan Rendah (LV). Sedangkan Transmisi Tegangan Tinggi, adalah:

1. Berfungsi menyalurkan energi listrik dari satu gardu induk ke gardu

induk lainnya.

2. Terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang (tower)

melalui isolator-isolator, dengan sistem tegangan tinggi.

3. Standar tegangan tinggi yang berlaku di Indonesia adalah: 30 KV, 70

KV dan 150 KV.

Beberapa hal yang perlu diketahui:

1. Transmisi 30 KV dan 70 KV yang ada di Indonesia, secara berangsur-

angsur mulai ditiadakan (tidak digunakan).

2. Transmisi 70 KV dan 150 KV ada di Pulau Jawa dan Pulau lainnya

diIndonesia. Sedangkan transmisi 275 KV dikembangkan di Sumatera.

3. Transmisi 500 KV ada di Pulau Jawa.

Di Indonesia, kosntruksi transmisi terdiri dari:

1. Menggunakan kabel udara dan kabel tanah, untuk tegangan rendah,

tegangan menengah dan tegangan tinggi.

2. Menggunakan kabel udara untuk tegangan tinggi dan tegangan ekstra

tinggi.

Berikut ini disampaikan pembahasan tentang transmisi ditinjau dari

klasifikasi tegangannya:

1. Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 200 Kv - 500 Kv

2. Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30 Kv – 150 Kv

3. Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 30 Kv – 150 Kv

4. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 6 Kv – 30 Kv

5. Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) 6 Kv – 20 Kv

6. Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) 40 Volt – 1000 Volt

7. Saluran Kabel Tegangan Rendah (SKTR) 40 Volt – 1000 Volt

24

2.6. Karakteristik Beban

Beban perumahan/ gedung umumnya teridiri dari kombinasi beban-

beban linier dan beban nonlinier, yakni :

a. Karakteristik Beban Linier

Beban linier merupakan beban listrik yang digunakan jika tidak

berpengaruh pada bentuk gelombang (sinus) sumbernya, karena naik dan

turunnya arus (gelombang) sesuai atau proposional dengan bentuk

gelombang tegangan. Bila tegangan sumber sinusoidal maka arus yang

melewati beban harus sinusoidal juga. Beban linier tidak mempengaruhi

karakteristik pada tegangan, arus, frekuensi, dan bentuk gelombang, artinya

bentuk tidak berubah (tetap).

Untuk mengetahui karakteristik beban linier dapat diwakili dengan

beban R, L seperti pada Gambar 2.13.

Gambar 2.12. Rangkaian Pengganti untuk Beban Linier (Masri, Syafrudin, 2004 : 1)

Gambar 2.13. Bentuk Gelombang dan Arus Beban Linier (Masri, Syafrudin, 2004 : 1)

25

Gambar 2.14. Spektrum Arus Harmonisa Beban Linier (Masri, Syafrudin, 2004 : 2)

Contoh-contoh beban listrik linier:

1. Pemanasan Resistif

2. Lampu-lampu Pijar

3. Motor-motor induksi dengan putaran konstan

4. Motor-motor sinkron

b. Karakteristik Beban Nonlinier

Beban nonlinier adalah beban yang bentuk gelombang keluarannya

tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengah siklus sehingga

bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan

gelombang masukannya. Beban nonlinier menarik arus dengan bentuk

nonsinusoidal, walaupun disuplai dari sumber tegangan sinusoidal.

Untuk mengetahui karaktristik beban nonlinier satu fasa dapat diambil

suatu pendekatan dengan menggunakan rangkaian penyearah satu fasa

gelombang penuh yang dilengkapi dengan kapasitor perata tegangan DC

seperti pada Gambar 2.16. Adanya kapasitor C ini dimaksudkan untuk

mendapatkan tegangan DC yang relatif murni yang dikehendaki untuk

operasi komponen elektronik. Namun akibatnya arus pada jala-jala sistem Is

hanya akan mengalir pada saat terjadi pengisian muatan kapasitor C, yaitu

di daerah puncak gelombang tegangan jala-jala, sehingga bentuk gelombang

arus Is tidak proporsional lagi terhadap tegangannya (non-linier) dan

26

mengalami distorsi (non-sinusoidal), seperti yang diperlihatkan pada

Gambar 2.17.

Gambar 2.15. Rangkaian Pengganti untuk Beban Non-linier (Masri, Syafrudin, 2004 : 2)

Gambar 2.16. Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Beban Non-linier

(Masri, Syafrudin, 2004 : 2)

Gambar 2.17. Spektrum Arus Harmonisa Beban Non-linier (Masri, Syafrudin, 2004 : 2)

27

Secara teoritis, besarnya arus harmonisa orde h berbanding terbalik

dengan orde harmonisa, yaitu :

…....……………………............................................... (2.6.)

Dengan demikian arus dari beban elektronik satu fasa akan terdiri dari

arus fundamental IF yang sama dengan Is1 dan sejumlah komponen arus

harmonisa Ish. Spektrum arus harmonisa dari beban elektronik ini

diperlihatkan pada Gambar 2.17. Karena arus jala-jala Is berbentuk

gelombang bolak-balik yang simetris, maka hanya komponen arus

harmonisa orde ganjil (harmonisa orde ke 3, 5, 7,…) saja yang

dibangkitkannya.

Contoh-contoh Beban Listrik Nonlinier:

1. Static power converter

2. Electronic ballast

3. Variabel Frekuensi

4. Arc furnace

5. Komputer, printer, semikonduktor switching

Beban non linier terbagi atas 2 (dua) beban:

a. Beban non linier yang di industri :

1. Tiga fasa power converter

2. DC-Drive

3. AC-Drive

b. Beban nonlinier umum/komersil :

1. Electronic ballast

2. Lampu hemat energi (LHE)

3. Komputer

4. Alat-alat elektronik

5. Alat-alat ukur

6. Air Condition (AC)

7. Penerangan gedung pada umumnya

28

2.7. Harmonisa

Harmonisa atau harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem

distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan

tegangan [Nanan Tribuana dan Wanhar, 1999]. Distorsi gelombang arus dan

tegangan ini disebabkan adanya pembentukan gelombang-gelombang

dengan frekuensi kelipatan bulat dengan frekuensi dasarnya (fundamental).

Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang

aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka

urutan harmonik [Jon Marjuni Kadang, 2006].

Harmonisa juga biasanya didefinisakan sebagai distorsi yang bersifat

periodik serta steady state pada gelombang arus dan gelombang tegangan

yang terjadi dalam sistem tenaga [Gary W Chang dan Paulo F. Ribeiro, ---]

Pasokan arus dan tegangan dari sistem transmisi umumnya berupa

gelombang sinusoidal murni, namun dengan keanekaragaman beban saat

ini, pasokan tegangan dan arus yang semula sinusoidal murni dapat

terdistorsi. Cacat gelombang arus atau tegangan ini disebut cacat harmonik,

cacat gelombang arus disebabkan oleh beban yang nonlinier seperti Lampu

(selain lampu pijar), Automatic/Variable speed drive (ASD), DC-drive,

Power rectifier, Pemanas Induksi, Furnaces, UPS, Computer dan lain-lain.

Arus harmonik yang melalui impedansi dari sistem akan dapat

menyebabkan tegangan harmonik pada titik beban tersebut [Jemjem

Kurnaen dan Sidik Prasetyo, ---].

Bentuk gelombang arus dan tegangan sinusoidal murni ditunjukkan

berikut ini:

Gambar 2.18. Gelombang Sinus Arus dan Tegangan [C. Sankaran, 2002]

29

Dan gambar berikut ini memperlihatkan gelombang sinus yang

terdistorsi oleh harmonik ke 3.

Gambar 2.19. Gelombang Harmonik [Jemjem Kurnen dan Sidik Prasetyo, ---]

2.8. Standar Harmonisa

Standar harmonisa berdasarkan stardar IEEE 519-1992. Ada dua

kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa. Yang

pertama adalah batasan untuk harmonisa arus. Dan yang kedua adalah

batasan untuk harmonisa tegangan. Untuk standar harmonisa arus,

ditentukan oleh rasio Isc/IL. Isc adalah arus hubung singkat yang ada pada

PCC (Point of Common Coupling), sedangkan IL adalah arus beban

fundamental nominal. Sedangkan untuk standar harmonisa tegangan

ditentukan oleh tegangan sistem yang dipakai. (Ned Mohan, 1994).

Standar harmonisa arus dapat dilihat pada Tabel 2.3. sedangkan

standar harmonisa tegangan dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.3. Maximum Harmonics Current Distortion

Isc / IL

Harmonic Orde (Odd Harmonic)

THD

(%)

<11 11=<h<23 17=<h<23 23=<h<35 35=<h

<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20-50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50-100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

100-1000 12 5.5 5 2 1 15

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

30

Dimana :

Isc = Arus Maksimum Hubung Singkat pada PCC ( Point of Common

Coupling )

IL = Arus Beban Maksimum ( fundamental frequency ) pada PCC.

(Ned Mohan.1994)

Tabel 2.4. Maximum Harmonics Voltage Distortion

Maximum Voltage Distortion

Maximum Distortion System Voltage

Below 69 kV 69 - 138 kV >138

Individual Harmonics ( % ) 3 1.5 1

Total Harmonics ( % ) 5 2.5 1.5

2.9. Deret Fourier

Dalam menganalisa besarnya nilai jumlah gelombang antara

gelombang asli dan harmonisanya dapat digunakan analisis deret fourier.

Gelombang dikatakan memenuhi syarat jika gelombang tersebut periodik

dengan perioda T bila f(t) =f (t + T) untuk semua (t). Jika f(t) periodik,

maka deret fourier adalah [Jusmin Susanto dan Hernadi Buhron, ---]

∑ ................ (2.7.)

dengan koefisien masing masing adalah:

∫

................................................................... (2.8.)

∫

.............................................. (2.9.)

∫

............................................. (2.10.)

Dimana n adalah orde harmonisa, yaitu bilangan 1, 2, 3…dst. Pada

kasus di sistem tenaga listrik, umumnya orde yang dominan adalah orde

ganjil saja (1, 3, 5, dst.). Orde n=1 menyatakan komponen dasar atau

fundamental dari gelombang. Suku a0 menyatakan komponen dc atau nilai

rata-rata dari gelombang, yang mana umumnya komponen ini tidak muncul

31

dalam jaringan sistem arus bolak-balik. Bila gelombang arus atau tegangan

berbentuk sinusoidal sempurna, maka orde n=1 saja yang ada. Gelombang

yang cacat (terdistorsi) memiliki koefisien-koefisien dengan indeks h.

Amplitudo harmonisa biasa dinyatakan sebagai: [Jusmin Susanto dan

Hernadi Buhron, ---]

√

.................................................... (2.11.)

Nilai-nilai c sebagai fungsi n seringkali dikenal dengan „spektrum

frekuensi gelombang. Tingkat kecacatan seringkali dinyatakan dengan Total

Harmonic Disotortion (THD), yang dinyatakan sebagai (pada contoh ini

misalkan untuk arus): [Jusmin Susanto dan Hernadi Buhron, ---]

√∑

..................................................... (2.12.)

Dan untuk tegangan: [Jusmin Susanto dan Hernadi Buhron, ---]]

√∑

................................................... (2.13.)

Dengan Irms dapat dinyatakan dengan identitas Parseval: [Jusmin

Susanto dan Hernadi Buhron, ---]

√∑

................................................................... (2.14.)

2.10. Istilah-Istilah Harmonik

Berikut ini adalah pengertian dan persamaan yang terdapat dalam

analisis harmonik :

2.10.1. Komponen Harmonik

Komponen harmonik adalah gelombang sinusoida yang mempunyai

frekuensi perkalian antara bilanagan bulat dengan frekuensi dasar.

2.10.2. Orde Harmonik

Orde Harmonik adalah perbandingan frekuensi harmonik dengan

frekuensi dasar, dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :

32

....................................................................................... (2.15.)

Keterangan: n = orde harmonik

= frekuensi harmonik ke-n

F = frekuensi dasar

Gelombang dengan frekuensi dasar tidak dianggap sebagai harmonik,

yang dianggap sebagai harmonik adalah orde ke-2 sampai ke-n.

2.10.3. Spektrum

Spektrum adalah distribusi dari semua amplitudo komponen harmonik

sebagai fungsi dari orde harmoniknya, dan diilustrasikan menggunakan

histogram. Jadi spektrum merupakan perbandingan arus dan tegangan

frekuensi harmonik terhadap arus atau tegangan frekuensi dasar.

2.10.4. Total Harmonic Distortion (THD)

THD menyatakan besarnya distorsi yang ditimbulkan oleh semua

komponen harmonik, dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :

√∑

................................................................ (2.16.)

Keterangan: THD = Total Harmonic Distortion

= nilai rms arus atau tegangan harmonik Ke-n

= nilai rms arus atau tegangan pada frekuensi dasar

THD dapat dinyatakan sebagai suatu nilai potensi pemanasan akibat

harmonik relatif terhadap gelombang frekuensi dasar.

2.10.5. Total Demand Distortion (TDD)

Tingkat distorsi arus dapat dilihat dari nilai THD, namun hal tersebut

dapat saja salah saat diinterpretasikan. Aliran arus yang kecil dapat memiliki

nilai THD yang tinggi namun tidak menjadi ancaman yang dapat merusak

sistem. Beberapa analisis mencoba untuk menghindari kesulitan seperti ini

dengan melihat THD pada arus beban puncak frekuensi dasar dan bukan

33

melihat sampel sesaat pada frekuensi dasar. Hal ini disebut total demand

distortion atau distorsi permintaan total (TDD) dan masuk dalam Standar

IEEE 519-1992, tentang “Recommended Practices and Requirements for

Harmonic Control in Electrical Power Systems”. TDD dapat didefinisikan

dengan persamaan berikut :

√∑

................................................................ (2.17.)

Keterangan: = arus harmonik orde ke-n

= arus beban puncak pada frekuensi dasar yang

diukur pada PCC (Point of Common Coupling)

Terdapat dua cara untuk mengukur , pertama yaitu pada beban yang

telah terpasang pada sistem lalu dihitung nilai rata-rata dari arus beban

maksimum dari 12 bulan pengukuran. Sedangkan untuk sistem yang baru,

harus diperkirakan berdasarkan profil beban yang akan dipasang.

2.10.6. Nilai rms

Niilai rms yang dihasilkan oleh gelombang arus /tegangan yang

terdistorsi harmonik dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :

√∑

√ .................... (2.18.)

Keterangan: = nilai rms dari arus atau tegangan ke-h

2.11. Kuantitas Listrik Pada Kondisi Non-Sinusoida

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa distorsi harmonik dapat

menghasilkan gelombang non-sinusoida hasil superposisi gelombang pada

frekuensi dasar dengan gelombang harmoniknya. Oleh karena itu, kuantitas

listrrik seperti arus dan tegangan pada kondisi non-sinusoida juga harus

diperhitungkan komponen harmoniknya. Untuk nilai rms dan tegangan saat

kondisi non-sinusoida dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :

34

√

∫

√∑

√

…...… (2.19.)

Keterangan: = tegangan atau arus pada kondisi non sinusoida

T = periode v(t) dan i(t) (detik)

= tegangan atau arus rms pada frekuensi dasar

Pada dasarnya, daya listrik yang dikirimkan dari sumber ke beban

adalah daya kompleks. Dalam daya kompleks itu terdapat komponen daya

aktif (daya nyata) yaitu daya yang diserap oleh beban untuk melakukan

kerja yang sesungguhnya dan daya reaktif yaitu daya yang tidak terlihat

sebagai kerja nyata dan biasanya dipengaruhi oleh komponen reaktif seperti

induktor.

Daya aktif (P), daya rektif (Q), dan daya kompleks (S) pada kondisi

non-sinusoida dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :

∑ ∑

....... (2.20.)

∑ ∑

......... (2.21.)

√

........................................................ (2.22.)

Keterangan: P = daya aktif pada kondisi non-sinusoida (Watt)

Q = daya reaktif pada kondisi non-sinusoida (VAR)

S = daya kompleks pada kondisi non-sinusoida (VA)

= daya aktif pada frekuensi dasar (Watt)

= daya reaktif pada frekuensi dasar (VAR)

D = distorsi daya akibat harmonik (VA)

Untuk faktor daya pada kondisi non-sinusoida dapat didefinisikan

dengan persamaan berikut :

.................................................................................... (2.23.)

Untuk menunjukan hubungan antara daya-daya pada kondisi non-

sinusoida tersebut, dapat digunakan diagram vektor tiga dimensi seperti

berikut :

35

D

P

Q S

Gambar 2.20. Hubungan Komponen Daya pada Kondisi Non-Sinusoida

P dan Q mewakili komponen S yang biasa terdapat pada kondisi

sinusoida murni, sedangkan D menunjukkan kontribusi tambahan terhadap

daya kompleks akibat harmonik.

2.12. Penyebab Timbulnya Harmonik

Pada sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier

dan beban nonlinier. Beban linier memberikan bentuk gelombang keluaran

linear artinya arus yang mengalir sebanding dengan perubahan tegangan.

Sedangkan beban nonlinier memberikan bentuk gelombang keluaran arus

yang tidak sebanding dengan tegangan dasar sehingga gelombang arus

maupun tegangannya tidak sama dengan gelombang masukannya.

Beban nonlinier umumnya merupakan komponen semikonduktor yang

pada proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap

setengah siklus gelombang atau beban yang membutuhkan arus yang tidak

tetap pada setiap periode waktunya. Proses kerja ini akan menghasilkan

gangguan/ distorsi gelombang arus yang tidak sinusoida. Bentuk gelombang

ini tidak menentu dan dapat berubah menurut pengaturan pada parameter

beban-beban nonlinier yang terpasang. Perubahan bentuk gelombang ini

tidak berkaitan dengan sumber tegangannya.

(a) (b)

Gambar 2.21. Permodelan beban nonlinier sebagai sumber harmonik

(a). Model gelombang dasar, (b). Model gelombang harmonik

36

Sumber harmonik secara garis besar terdiri dari 2 jenis yaitu peralatan

yang memiliki kondisi saturasi dan peralatan elektronika dasar. Peralatan

yang memiliki kondisi saturasi biasanya memiliki komponen yang bersifat

megnetik seperti transformator, mesin-mesin listrik, tanur busur listrik,

peralatan yang menggunakan power supply, dan magnetic ballast. Peralatan

elektronika daya seperti tiristor, dioda, dan lain-lain. Contoh peralatan yang

menggunakan komponen elektronika daya adalah konverter statik, konverter

PWM, inverter, pengendali motor listrik, electronic ballast, dan sebagainya.

Pada rumah tangga, beban nonlinier terdapat pada peralatan seperti lampu

hemat energi, televisi, video player, AC, komputer, dan kulkas/ dispenser.

2.13. Akibat Yang Ditimbulkan Harmonik

Setiap komponen sistem distribusi dapat dipengaruhi oleh harmonik

walaupun dengan akibat yang berbeda. Namun demikian komponen tersebut

akan mengalami penurunan kinerja dan bahkan akan mengalami kerusakan.

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. Pada keadaan

normal, arus beban setiap phase dari beban linier yang seimbang pada

frekuensi dasarnya akan saling mengurangi sehingga arus netralnya menjadi

nol. Sebaliknya beban tidak linier satu phase akan menimbulkan harmonik

kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen harmonik (harmonik ke-3, ke-9,

ke-15 dan seterusnya) yang sering disebut zero sequence harmonik.

Harmonik ini tidak menghilangkan arus netral tetapi dapat menghasilkan

arus netral yang lebih tinggi dari arus phase [Nanan Tribuana dan Wanhar,

1999].

Tabel 2.5. Polaritas dari Komponen Harmonik [Nanan Tribuana dan Wanhar, 1999].

Harmonik 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frekuensi (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Urutan + - 0 + - 0 + - 0

37

Akibat yang dapat ditimbulkan oleh urutan polaritas komponen

harmonik antara lain tingginya arus netral pada sistem 3 phase 4 kawat (sisi

sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) dan arus ini

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. Pengaruh harmonik pada transformator

sering tanpa disadari dan diantisipasi keberadaannya sampai terjadi

gangguan yang penyebabnya tidak jelas. Hal ini dapat juga terjadi bila

perubahan konfigurasi atau jenis beban yang dipasok. Transformator dan

peralatan induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh harmonik karena trafo itu

sendiri dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya. selain itu transformator

juga merupakan media utama antara pembangkit dengan beban. Frekuensi

harmonik yang lebih tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan

penurunan efisiensi atau terjadi kerugian daya [Nanan Tribuana dan

Wanhar, 1999].

Umumnya harmonisa pada arus membawa dampak lebih jika

dibandingkan dengan harmonisa pada tegangan. Pada sistem distribusi

listrik, dampak utama yang ditimbulkan dari pengaruh harmonisa pada arus

adalah mengakibatkan bertambahnya harga nilai rms fundamental. [DA

Bradley, 1985]

Masing-masing elemen membangkitkan distorsi yang spesifik. Nilai

rms lebih besar dapat menyebabkan pemanasan yang lebih tinggi pada

konduktor. Nilai puncak lebih besar dapat mengganggu kerja alat ukur

sehingga terjadi kesalahan pembacaan. Sedangkan frekuensi mempengaruhi

impedansi kabel dimana semakin tinggi frekuensi (biasanya pada frekuensi

diatas 400 Hz) berarti semakin sering kabel menerima tegangan puncak

sehingga semakin besar tegangan jatuh yang terjadi. Fenomena resonansi

dapat terjadi pada frekuensi tertentu dan dapat menyebabkan arus

meningkat.

38

2.14. Efek Khusus Harmonik Pada Sistem Tenaga Listrik

Secara khusus, efek yang ditimbulkan oleh harmonik pada sistem

tenaga listrik dapat dibagi menjadi :

1. Efek Negatif Jangka Pendek

a. Tegangan harmonik dapat mengganggu kontrol yang digunakan pada

sistem elektronik. Sebagai contoh, harmonik mengganggu controller

yang digunakan pada elektronika daya. Yang terganggu adalah pada

saat kondisi putus hubungan dari tiristor.

b. Harmonik dapat menyebabkan kesalahan pada peralatan pengukuran

listrik yang menggunakan prinsip induski magnetik. Sebagai contoh,

kesalahan dari alat ukur kelas 2 akan meningkat 0,3 % sebagai akibat

dari harmonik ke-5 dengan ratio tegangan dan arus 5 %. Sebuah alat

ukur di desain dan disesuaikan untuk beroperasi pada rangkaian yang

mempunyai frekuensi dan tegangan standar dengan sedikit atau tidak

ada distorsi bentuk gelombang.

Pengaruh harmonik terhadap akurasi alat ukur adalah ;

- Alat ukur menjadi sensitif terhadap frekuensi.

- Medan magnet dari koil tegangan dalam sebuah alat ukur nonlinier

dan mengandung beberapa komponen harmonik yang seharusnya

dari kompensasi alat. Diyakini bahwa torsi tambahan akan

terbentuk, meskipun tidak ada tegangan dan arus harmonik pada

jaringan distribusi.

- Alat ukur tidak mengukur komponen energi DC yang seharusnya.

c. Harmonik juga dapat mengganggu alat-alat pengaman dalam sistem

tenaga listrik seperti relay. Kerena sifat relay yang sensitif terhadap

perubahan arus dan frekuensi maka relay bisa salah beroperasi karena

terjadi perubahan frekuensi ataupun arus walaupun tidak ada gangguan.

Selain itu, harmonik dapat menyebabkan perubahan impedansi, arus

dan tegangan dari sistem. Sedangkan relay jarak bekerja berdasarkan

prinsip impedansi dan arus.

39

d. Pada mesin-mesin berputar seperti generator dan motor, torsi mekanik

yang diakibatkan oleh arus harmonik dapat menyebabkan getaran dan

suara pada mesin-mesin tersebut. Torsi sesaat dihasilkan oleh interaksi

antara fluks celah udara (sebagian besar komponen dasar) dan fluks

yang dihasilkan oleh arus harmonik di dalam rotor. Torsi ini dapat

mempengaruhi bentuk kurva torsi kecepatan pada motor.

e. Bila ada sistem komunikasi yang dekat dengan sistem tenaga listrik

maka sistem tersebut dapat terganggu oleh harmonik. Biasanya sistem

kontrol dari sistem telekomunikasi yang terganggu oleh harmonik.

2. Efek Yang Bersifat Kontinu

Efek yang bersifat kontinu ini dapat menyebabkan pemanasan pada

peralatan listrik.

a. Pemanasan Kapasitor

Kapasitor sangat sensitif terhadap perubahan beban. Jika terjadi

harmonik maka rugi-rugi daya meningkat. Ketika harmonik terjadi,

beban akan semakin reaktif sehingga kapasitor harus memacu lebih

banyak daya reaktif kepada sistem. Dan satu lagi yang harus

diperhatikan adalah terjadinya resonansi. Saat terjadi resonansi,

impedansi sistem hanya resistif yang sangat kecil. Sehingga arus yang

masuk akan sangat besar dan dapat mengakibatkan kerusakan.

b. Pemanasan pada Mesin-mesin Listrik

Tegangan non-sinusoida yang ditetapkan pada mesin listrik dappat

menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut :

- Meningkatkan rugi inti dan rugi belitan

- Pemanasan lebih

Tegangan atau arus harmonik meningkatkan rugi daya pada gulungan

stator dan rotor. Rugi pada penghantar stator dan rotor lebih besar

daripada resistansi DC-nya, karena adanya efek arus eddy dan efek

kulit. Rugi daya tambahan merupakan efek harmonik yang paling serius

40

dalam mesin arus bolak-balik. Rugi-rugi ini tergantung pada spektrum

frekuensi dari tegangan yang ditetapkan.

Arus harmonik menimbulkan panas lebih. Bila mesin dioperasikan

terus-menerus pada kondisi ini, maka umur mesin akan berkurang dan

lebih jauh dapat mengakibatkan kerusakan.

c. Pemanasan pada Transformator

Transformator sangat rentan terhadap pengaruh harmonik.

Transformator dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya. Frekuensi

harmonik yang lebih tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan

penurunan efisiensi dan pada akhirnya mengakibatkan kerugian daya.

Pengaruh utama harmonik pada transformator adalah :

- Panas lebih yang dibangkitkan oleh arus beban yang mengandung

harmonik.

- Kemungkinan resonansi paralel transformator dengan kapasitansi

sistem.

Transformator distribusi yang mencatu daya ke beban non-linear

menimbulkan arus harmonik kelipatan tiga ganjil. Harmonik ini dapat

menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari satu fasa. Akibatnya

terjadi peningkatan temperatur pada kawat netral. Sebagai dampak

lanjutnya, akan terjadi sirkulasi arus urutan nol pada beliatan delta

transformator sehingga temperaturnya akan meningkat. Peningkatan

temperatur ini akan menurunkan efisiensi transformator dan lebih jauh

lagi dapat mengakibatkan kerusakan.

Rugi-rugi yang terjadi pada transformator adalah rugi-rugi inti dan

rugi-rugi belitan. Rugi-rugi inti karena fluks yang dibangkitkan di

dalam inti bila transformator dieksitasi. Rugi-rugi belitan yang terdiri

dari R dan stay losses dibangkitkan oleh arus yang mengalir melalui

transformator.

41

d. Pemanasan pada Kabel dan Peralatan lainnya

Rugi-rugi kabel yang dilewati oleh arus harmonik akan semakin besar.

Hal ini disebabkan meningkatnya resistansi dari tembaga akibat

meningkatnya frekuensi (efek kulit). Akibatnya akan terjadi pemanasan

pada kawat penghantar. Ada dua mekanisme dimana arus harmonik

dapat menyebabkan pemanasan dalam penghantar yang lebih besar dari

nilaai arus RMS yang diharapkan. Mekanisme pertama disebabkan

distribusi arus dalam penghantar, termasuk efek kulit (Skin Effect) dan

efek kedekatan (Proximity Effect). Skin Effect disebabkan distribusi arus

dipermukaan lebih besar daripada di dalam penghantar, sehingga

resistansi efektif meningkat, skin effect meningkat dengan kenaikan

frekuensi dan diameter penghantar. Sedangkan Proximity Effect

disebabkan medan magnet penghantar mengganggu distribusi arus pada

penghantar-penghantar yang berdekatan.

Mekanisme kedua disebabkan arus yang tinggi pada penghantar netral

pada sistem distribusi satu fasa. Beberapa beban seperti power supply

switch mode menghasilkan arus harmonik ketiga yang cukup berarti.

Untuk beban konverter, arus harmonik ketiga dalam rangkaian satu fasa

menghasilkan arus netral yang lebih besar dari arus fasanya. Karena

penghantar netral biasanya sama ukurannya dengan penghantar fasa,

maka penghantar netral menjadi berbeban lebih dan akhirnya terjadi

panas lebih. Cara yang paling umum untuk mengatasi hal ini adalah

dengan memperbesar ukuran penghantar netral dua kali atau lebih besar

dari penghantar fasanya.

2.15. Dasar Pengontrolan Harmonik

Ketika sebuah sistem tenaga listrik mengalami permasalahan distorsi

harmonik, ada beberapa cara dasar untuk mengatasinya, yaitu dengan :

1. Mengurangi arus harmonik yang dihasilkan oleh beban.

2. Menambahkan filter untuk mengalihkan arus harmonik dari sistem,

memblok arus yang memasuki sistem, atau melokalisir arus harmonik.

42

3. Merubah respon frekuensi dengan menggunakan induktor, dan

kapasitor.

2.15.1. Mengurangi Arus Harmonik Pada Beban

Sedikit sekali yang dapat dilakukan terhadap peralatan beban yang ada

untuk mengurangi kuantitas harmonik yang dihasilkan. Suatu transformator

yang overeksitasi dapat dikembalikan kepada kondisi normal dengan

menurunkan tegangan yang diberikan kepadanya, sedangkan peralatan

arcing dan kebanyakan converter elektronika daya sudah fix kondisinya

sesuai dengan karakteristik rancangannya. Berbeda dengan PWM drives

yang men-charge DC bus kapasitor langsung dari line tanpa ada impedansi

tambahan, menambahkan suatu reaktor pada line secara seri dapat secara

signifikan mengurangi harmonik.

Hubungan transformator dapat digunakan untuk mengurangi

harmonik pada sistem tiga fasa. Hubungan delta pada transformator dapat

memblok aliran arus urutan nol harmonik (khususnya triplen harmonik) dari

line.

2.15.2. Filter Harmonik

Filter Shunt bekerja dengan menshort-circuitkan arus harmonik

sedekat mungkin kepada sumber distorsi secara praktis. Hal ini menjaga

agar tetap jauh dari sistem. Ini merupakan tipe filter yang banyak

diaplikasikan karena pertimbangan ekonomis dan juga karena filter

cenderung memperhalus tegangan pada sisi beban sebaik cara

memindahkan/ meredam arus harmonik.

Pendekatan lain adalah dengan filter seri yang dapat memblok arus

harmonik. Cara semacam ini merupakan rangkaian paralel-tuned yang

memberikan impedansi yang besar kepada arus harmonik. Filter semacam

ini jarang digunakan karena sulit untuk mengisolasinya dari jalur listrik dan

tegangan pada sisi beban dapat sangat terdistorsi. Aplikasi yang umum

digunakan adalah pada sisi netral kapasitor terhubung bintang yang

ditanahkan yang dapat memblok aliran dari arus triplen harmonik.

43

2.15.3. Memodifikasi Respon Frekuensi Sistem

Respon sistem yang merugikan terhadap harmonik dapat dimodifikasi

dengan beberapa metoda :

1. Menambah filter shunt. Filter ini tidak hanya meredam arus harmonik,

tetapi juga seringkali merubah respom sistem.

2. Menambah reaktor untuk memperbaiki. Resonansi yang merugikan

biasanya terjadi antara induktansi sistem dengan kapasitor yang

digunakan sebagai perbaikan faktor daya sistem. Reaktor harus

diletakkan di antara kapasitor dan sistem. Metoda untuk meletakkan

reaktor secara seri dengan kapasitor dapat menghindari terjadinya

resonansi sistem tanpa menyetel kapasitor untuk membuat filter.

3. Mengubah ukuran dari kapasitor. Hal ini merupakan pilihan terakhir

yang mahal bagi kedua sisi, penyedia listrik dan pelangggan industri.

4. Memindahkan kapasitor pada titik dengan impedansi hubung singkat

yang berbeda atau pada titik dengan losses terbesar. Bagi penyedia

listrik hal ini dapat menimbulkan masalah yakni menimbulkan

interferensi telepon walaupun hal ini dapat mengatasi masalah respon

sistem.

2.16. Identifikasi Harmonik

Untuk mengantisipasi harmonik, perlu dilakukan langkah-langkah

pengidentifikasian maslah dengan peralatan ukur yang memadai. Ada dua

cara untuk membentuk transformasi fourier dari gelombang tegangan dan

arus pada sistem tenaga listrik. Cara pertama adalah dengan menggunakan

penganalis spektrum (spectrum analyzer) dan mengukur harmonik pada

kondisi online. Namun cara ini tidak meberikan informasi sudut fasa

harmonik. Metode lain adalah dengan mengukur contoh gelombang dan

menyimpan gelombang tersebut dalam daerah waktu (time domain) sebagai

data diskrit dan menghitung komponen harmonik secara digital dengan

menggunakan mikroprosessor dalam kondisi offline.

44

Selain cara-cara lain di atas, keberadaan harmonik dapat diidentifikasi

dengan cara sederhana, yaitu :

1. Identifikasi jenis beban

2. Pemeriksaan arus sekunder transformator

3. Pemeriksaan tegangan netral-tanah

Bila banyak peralatan yang mempunyai komponen utama terbuat dari

bahan semikonduktor seperti: komputer, pengatur kecepatan motor, dan

peralatan lain yang menggunakan arus searah, maka diperkirakan masalah

harmonik ada di instalasi itu.

Pengukuran arus sekunder transformator perlu dilakukan, baik fasa

maupun netral. Bila arus netral lebih besar dari arus fasa, maka dapat

diperkirakan adanya triplen harmonik dan kemungkinan turunnya efisiensi

transformator.

Dengan melakukan pengukuran tegangan netral-tanah pada keadaan

berbeban maka terjadinya arus lebih pada kawat netral (untuk sistem 3 fasa

4 kawat) dapat diketahui. Bila tegangan terukur lebih besar dari dua volt,

maka terdapat indikasi adanya masalah harmonik pada beban.

2.17. Sumber-Sumber Harmonisa

Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier

dan beban nonlinier. Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk

gelombang keluaran yang linier artinya arus yang mengalir sebanding

dengan impedensi dan perubahan tegangan. Sedangkan beban non linier

adalah bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan

dalam setiap setengan siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun

tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya

(mengalami distorsi). Beban nonlinier yang umumnya merupakan peralatan

elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semikonduktor,

dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap

siklus gelombang dari sumber tegangan. Proses kerja ini akan menghasilkan

45

gangguan atau distorsi gelombang arus yang tidak sinusoidal [Nanan

Tribuana dan Wanhar, 1999].

Berikut adalah sumber-sumber yang menghasilkan harmonisa:

1. Lampu Flourescent

Lampu fluorescent sering juga disebut lampu TL. Pada dasarnya

lampu fluorescent termasuk dalam kelompok lampu merkuri tekanan

rendah. Hal ini disebabkan dalam tabung lampu fluoresen dimasukkan

merkuri, dan gas didalam tabung saat lampu bekerja adalah rendah, hanya

kira-kira 0,0039 atm, sedangkan tekanan gas dalam tabung lampu merkuri

kira-kira 10 atm. Lampu fluoresen tidak bekerja berdasarkan pemijaran

filament sebagaimana halnya dalam lampu pijar, tetapi lampu fluoresen

menghasilkan cahaya berdasarkan terjadinya pelepasan electron dalam

tabung lampu [R.Panjaitan, ---].

Gambar 2.22. Lampu Flourescent (TL)

Konstruksi tabung lampu fluorescent terdiri dari gelas dimana dinding

bagian dalam dilapisi serbuk phosphor sehingga tabung kelihatan berwarna

putih susu. Bentuk tabung lampu fluoresen ada yang memanjang dan

melingkar. Panjang tabung tergantung dari besar daya, mulai dari panjang

35 cm untuk 10 W sampai dengan panjang 150 cm untuk 60 W. Pada kedua

ujung tabung dipasang filamen tungsten yang dilapisi suatu bahan yang

dapat beremisi, biasanya terdiri dari barium, strontium, dan calcium. Untuk

lampu tabung (Discharge Lamp) filamen ini disebut juga elektroda, karena

salah satu dari filamen harus berfungsi katoda dan yang lainnya anoda.

Kedalam tabung diisikan merkuri dan gas argon dimana merkuri akan

46

berfungsi untuk menghasilkan radiasi ultraviolet sedangkan gas argon

befungsi sebagai keperluan start [R.Panjaitan, ---].

Gambar 2.23. Konstruksi lampu fluorescent [R.Panjaitan, ---].

Berdasarkan cara kerjanya, rangkaian lampu fluorescent terdiri dari

dua macam yaitu : rangkaian dengan starter (Switch start circuit) dan

rangkaian tanpa starter (Starterless circuit). Lampu fluorescent jenis switch-

start masih terbagi lagi, yaitu jenis glow yang bekerja berdasarkan tegangan

dan jenis termis yang bekerja berdasarkan arus. Lampu fluorescent yang

sering digunakan di masyarakat adalah dalam rangkaian switch-start jenis

glow karena dianggap lebih praktis dan murah [R.Panjaitan, ---].

Gambar 2.24. Rangkaian lampu fluorescent [R.Panjaitan, ---].

Starter terdiri dari bimetal yang diletakkan di dalam tabung gelas kecil

dan diisi dengan gas argon. Dalam keadaan tidak bekerja (off) bimetal

starter membuka. Oleh karena itu, starter ini berfungsi sebagai tombol NO

(Normally Open). Kapasitor C dan resistor R yang ditempatkan dalam

tabung luar starter berfungsi untuk mengurangi interferensi radio (gangguan

gelombang radio) [R.Panjaitan, ---].

47

Gambar 2.25. a) Konstruksi starter b) Rangkaian starter c) Bentuk starter

Ballast yang digunakan dalam lampu fluorescent terdiri dari induktor

yang dihubungkan seri dengan salah satu elektroda. Ballast berfungsi untuk

membatasi arus apabila lampu sudah menyala normal [R.Panjaitan, ---].

Gambar 2.26. Konstruksi Ballast [R.Panjaitan, ---].

Untuk memperbaiki faktor daya (cos φ) lampu fluorescent digunakan

kapasitor AC dengan kapasitansi tergantung pada besar daya lampu. Untuk

mendapatkan faktor daya daya lagging (terbelakang), kapasitor

dihubungkan paralel dengan lampu. Sedangkan kalau dihubungkan seri

dengan lampu akan menghasilkan faktor daya leading (terdahulu)

[R.Panjaitan, ---].

2. Lampu Hemat Energi

Lampu hemat energi (LHE) atau compact flourescent adalah salah

satu bentuk pengembangan dari lampu flourescent. Lampu hemat energi ini

terdiri dari ballast elektronik dan tabung gelas [Jon Marjuni Kadang, 2006].

48

Gambar 2.27. Lampu Hemat Energi (LHE)

Lampu hemat energi ini memiliki bentuk yang lebih kecil dan lebih

sederhana jika dibandingkan dengan lampu flourescent. Dikatakan lebih

kecil karena ukuran tabung lampu yang digunakan relatif lebih kecil dan

lebih sederhana kerena pada umumnya pada sebuah rangkaian lampu ini

telah terdapat ballast dengan bentuk yang lebih kecil dan praktis (integral

ballast) baik itu magnetis maupun elektronik, dan ballast tersebut dipasang

permanent dengan lampu [Jon Marjuni Kadang, 2006].

Gambar 2.28. Konstruksi Lampu Hemat Energi [Jon Marjuni Kadang, 2006].

Proses kerja ballast elektronik dimana menggunakan prinsip switching

akan menghasilkan gangguan atau distorsi gelombang arus yang tidak

sinusoidal. Yaitu arus/ elektron-elektron yang mengalir dari sisi elektroda

”positif” menuju elektroda ”negatif” yang bebrbenturan dengan gas argon

49

dan merkuri yang terionisasi tentulah mempunyai besaran-besaran yang

berubah-ubah setiap saat sesuai kondisi benturan sehingga impedansi lampu

yang terdiri dari unsur-unsur R-L-C merupakan fungsi waktu yang tidak

linier [Jon Marjuni Kadang, 2006].

3. Peralatan Elektronik

Terdapat banyak peralatan elektronik yang termasuk beban nonlinier

dan menjadi penyebab timbulnya harmonisa. Peralatan-peralatan elektronik

tersebut sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari, baik itu yang

digunakan untuk keperluan rumah tangga, perkantoran, pertokoan, maupun

industri.

Berikut ini beberapa contoh peralatan elektronik yang digunakan

dalam rumah tangga, pertokoan, perkantoran, maupun industri.

Gambar 2.29. Komputer (kiri) dan Laptop (kanan)

Gambar 2.30. Televisi (kiri) dan Printer (kanan)

Gambar 2.31. Lemari Es (kiri) dan Air Conditioner (kanan)

50

4. Uninterruptible Power Supply (UPS)

Uninterruptible power supply atau biasa disingkat UPS adalah

perangkat yang biasanya menggunakan baterai backup sebagai catuan daya

alternatif, untuk dapat memberikan suplai daya yang tidak terganggu untuk

perangkat elektronik yang terpasang. UPS merupakan sistem penyedia daya

listrik yang sangat penting dan diperlukan sekaligus dijadikan sebagai

benteng dari kegagalan daya serta kerusakan sistem dan hardware. UPS

akan menjadi system yang sangat penting dan sangat diperlukan pada

banyak perusahaan penyedia jasa telekomunikasi, jasa informasi, penyedia

jasa internet dan banyak lagi. [Wikipedia, 2012]

Gambar 2.32. Uninterruptible Power Supply tampilan depan (kiri) dan belakang (kanan)

UPS bekerja berdasarkan kepekaan tegangan. UPS akan menemukan

penyimpangan jalur voltase (line voltage) misalnya kenaikan tajam,

kerendahan, gelombang dan juga penyimpangan yang disebabkan oleh

pemakaian dengan alat pembangkit tenaga listrik yang murah. Karena gagal,

UPS akan berpindah ke operasi on-battery atau baterai hidup sebagai reaksi

kepada penyimpangan untuk melindungi bebannya (load). Jika kualitas

listrik kurang, UPS mungkin akan sering berubah ke operasi on-battery.

Kalau beban bisa berfungsi dengan baik dalam kondisi tersebut, kapasitas

dan umur baterai dapat bertahan lama melalui penurunan kepekaan UPS.

51

5. Penyearah

Pada saat ini penyearah adalah merupakan sumber utama dari

timbulnya harmonisa. Peralatan elektronik yang dijumpai di rumah tinggal

menggunakan penyearah satu fasa gelombang penuh tak terkendali. Semua

peralatan elektronik, yang meliputi televisi, printer, scanner, UPS,

komputer, monitor, lampu fluorescent dengan ballast elektronik, lampu

hemat energi dll. menggunakan penyearah jenis satu fasa gelombang penuh

tak terkendali [Hera Heriani, 2008].

Sebuah penyearah adalah rangkaian yang dapat mengkonversikan

sinyal AC menjadi sinyal DC. Penyearah tak terkendali adalah suatu sistem

penyearahan sinyal yang memiliki karakteristik gelombang keluaran hanya

bergantung pada komponen itu sendiri, Contoh dari rangkaian penyearah tak

terkendali adalah rangkaian penyearah satu fasa gelombang penuh. Pada

gambar di bawah ini diperlihatkan penyearah tak terkendali [Hera Heriani,

2008].

Gambar 2.33. Penyearah tak-terkendali satu fasa gelombang penuh [Hera Heriani, 2008].

Dengan bentuk gelombang seperti gambar di bawah ini :

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

Gambar 2.34. Bentuk gelombang DC [Hera Heriani, 2008].

Bentuk gelombang diatas memiliki efek pada cacat gelombang arus pada

sisi input penyearah. Berikut ini adalah bentuk gelombang dan spektrum

52

yang dihasilkan oleh penyearah pada sisi input penyearah [Hera Heriani,

2008].

(a) Arus input penyearah (b) spektrum arus input penyearah

Gambar 2.35. Arus input (a) dan spektrum harmonisa (b) [Hera Heriani, 2008].

Untuk penyearah tak terkendali tiga fasa banyak dijumpai dalam

sektor industri. Penyearah ini sangat lazim dijumpai pada pengendali

putaran motor-motor asinkron tiga fasa dalam semua sektor industri [Hera

Heriani, 2008].

2.18. Rugi Daya Pada Penghantar

Rugi-rugi pada penghantar tidak dapat dihilangkan karena setiap

penghantar mempunyai nilai tahanan jenis yang menyebabkan adanya daya

terserap pada penghantar.

Nilai rugi-rugi pada penghantar dapat dihitung dengan rumus :

................................................................(2.24.)

..........................................(2.25.)

................(2.26.)

Dimana R dapat dihitung dengan rumus :

.........................................................(2.27.)

Dengan : = L meter kabel pada suhu t derajat C, dalam ohm

= resistans pada 70º C, dalam ohm/km

t = suhu penghantar, dalam derajat C

L = panjang penghantar, dalam m

53

Dibawah ini adalah tabel untuk resistansi penampang penghantar pada

suhu 70º. Diambil dari SNI 04-6629.6-2006.

Tabel 2.6. Data Umum Konduktor untuk Resistan Insulasi Minimum pada 70º C

Luas Penampang Nominal Konduktor

( )

Resistan Insulasi Minimum pada 70º C

(MΩ/km)

0,75

1

1,5

2,5

4

6

10

16

25

0,011

0,010

0,010

0,009

0,007

0,006

0,0056

0,0046

0,0044

Rugi-rugi penghantar dapat ditekan dengan menggunakan penggunaan

penampang yang sesuai sehingga rugi-rugi yang terjadi tidak melebihi nilai

standar yang ditentukan. Selain itu penyeimbangan beban juga akan

mempengaruhi nilai rugi-rugi yang terjadi pada penghantar.

2.19. Alat Ukur Dalam Pengukuran Harmonisa

Alat ukur Power Quality Analyzer Hioki 3286-20 Clamp On

merupakan sebuah alat ukur yang dapat mengukur parameter-parameter

listrik utama seperti KVA, KVAR, kW, pf, frekuensi, tegangan dan arus.

Alat ini juga dapat mengukur kandungan harmonisa. Pengukuran dengan

menggunakan alat ini tergolong mudah dan cepat karena dapat dibawa

dengan tangan dan dapat dihubungkan dengan personal komputer ataupun

laptop.

Gambar 2.36. Power Quality Analyzer Hioki 3286-20 Clamp On

54

Berikut ini adalah berbagai macam rangkaian penggunaan Power

Quality Analyzer Hioki 3286-20 Clamp On :

Gambar 2.37. Rangkaian Penggunaan Power Quality Analyzer Hioki 3286-20 Clamp On

untuk Pengukuran Satu Fasa

Gambar 2.38. Rangkaian penggunaan Power Quality Analyzer Hioki 3286-20 Clamp On

untuk Pengukuran Tiga Fasa Tiga Kawat

Gambar 2.39. Rangkaian Lain Penggunaan Power Quality Analyzer Hioki 3286-20 Clamp

On Untuk Pengukuran Tiga Fasa Tiga Kawat

55

Gambar 2.40. Tampilan di Komputer