Kualitas Daya Listrik

oleh:

Dr. Ir. Marzan A. Iskandar, IPUKepala BPPT

Disampaikan pada Seminar Peningkatan Kualitas Daya Menuju Kelistrikan yang Efisien

Jakarta, 25 Juni 2012

Pendahuluan• Isu-isu yang terkait dengan kualitas daya sangat menjadi

perhatian sekarang ini.• Penggunaan peralatan elektronik yang semakin meluas

seperti peralatan teknologi informasi, adjustable speed drive (ASD), programmable logic controllers (PLC), lampu hemat energi mengakibatkan terjadinya perubahan sifat beban listrik.

• Beban-beban non-linier tersebut menyebabkan terjadinya gangguan pada bentuk gelombang tegangan.

Pendahuluan (Lanjutan)• Peningkatan sensitifitas kualitas daya pada berbagai

proses di industri, pelayanan, dan bahkan pada rumah tangga menjadikan ketersediaan tenaga listrik yang berkualitas sebagai suatu faktor krusial.

• Area yang paling kritis adalah pelayanan berkelanjutan pada proses industri dan teknologi informasi.

• Ketika suatu gangguan terjadi, kerugian finansial besar dapat terjadi, dengan konsekuensi kehilangan produktifitas dan daya saing.

Karakteristik Kualitas Daya• Pada 1992-1997, EPRI (Electric Power Research Institute)

melakukan studi di AS untuk mengkarakterisasi durasi rata-rata gangguan dengan hasil sbb:

• Terlihat bahwa gangguan yang paling sering adalah yang kurang dari 1 detik, dan gangguan yang lebih lama dari 1 menit hanya 12 kali kejadian.

Dampak Permasalahan Kualitas Daya pada Industri

• Permasalahan terbesar pada sektor industri adalah kerdip tegangan (Dip/voltage sag)

• Hanya karena durasi gangguan beberapa ms tsb dapat menyebabkan produksi berhenti

• EPRI (Electric Power Research Institute) memperkirakan cost of power interruptions termasuk power-quality events di AS adalah $79 billion per year. (Indonesia belum ada rekap yang jelas). Cost akibat gangguan sesaat (momentary interruption) lebih besar dari gangguan permanen (sustained interruption) (EPRI, 2001)

Lokasi dan Penyebab Gangguan(Faktor Eksternal Pelanggan)

1. Petir2. Insulator Flashovers3. Pekerjaan Galian4. Kecelakaan Lalu lintas5. Burung, Hewan

lainnya atau layang-layang

6. Tumbuhan7. Angin kencang8. Vandalisme9. Equipment Failures10. Switching &

Maintenance11. Gangguan Pembangkit

Penyebab Gangguan(Faktor Internal Pelanggan)

• Beban non linear, seperti Variable Speed Drive dan konverter power electronic lainnya (menyebabkan meningkatnya arus harmonisa)

• Ketidakseimbangan beban• Sistem pembebanan yang kurang baik• Sistem pengkabelan• Kualitas peralatan yang digunakan

Biaya Permasalahan Kualitas Daya

• Biaya langsung, biaya yang terkait langsung dengan gangguan seperti: kerusakan peralatan, kehilangan produksi, kerugian bahan baku, dll.

• Biaya tidak langsung, seperti perusahan tidak dapat menyelesaikan order atau pesanan, dan akan kehilangan order berikutnya.

• Ketidaknyamanan non-material (tidak dapat dinayatakan dalam materi), seperti hilangnya kesempatan mengikuti acara TV yang menarik, dll.

Estimasi Biaya Kualitas DayaDari Beberapa Studi

• Business Week (1991): Biaya PQ diestimasi US$ 26.000 juta/tahun di AS.

• EPRI (1994): Biaya PQ diestimasi US$ 400.000 juta/tahun di AS.• US Department of Energy (1995): Biaya PQ diestimasi US$

150.000 juta pertahun di AS. • Fortune Megazine (1998): Biaya PQ diestimasi US$ 10.000

juta/tahun di AS.• E Source (2001): Biaya PQ diestimasi US$ 60.000-80.000 juta

pertahun di AS.• EU (2001): Biaya PQ diestimasi EUR 10.000 juta/tahun di Eropa

Perkiraan Interruption Costs(menurut tipe industri dalam Euro /kilowatts beban puncak tahunan)

Sumber : Leonardo Energy, 2008

Solusi Permasalahan Kualitas Daya• Mitigasi Permasalahan Kualitas daya dapat terjadi pada

beberapa level yang berbeda: transmisi, distribusi, dan pelanggan (konsumen) seperti dapat dilihat pada gambar berikut.

Solusi Permasalahan Kualitas Daya (Lanjutan)

• Kecukupan jaringan: Untuk meminimalkan permasalahan di transmisi dan distribusi diperlukan adanya perencanaan dan pemeliharaan yang cukup.

• Sistem penyimpan energi terdistribusi (seperti Flywheels, Supercapacitors, Superconducting magnetic energy storage) dan Pembangkit terdistribusi serta implementasi Teknologi Smart Grid .

• Kurva CBEMA (Computer and business Equipment Manufacturer’s Association). Dan kurva ITIC (Information Technology Industry Council)

• DVR (Dynamic Voltage Restorer, TVSS (Transient Voltage Surge Suppressor), Constant Voltage Tranformers, Noise Filters, Isolation Transformers, Static VAR Compensators, Harmonic Filters.

• Gunakan peralatan yang kurang sensitif

Codes and Standards• Kurva CBEMA (Computer and

business Equipment Manufacturer’s Association).

• ITIC (Information Technology Industry Council)

• Nilai parameter oleh European Norm 50160-2001

Beberapa survei dampak Kualitas Daya

Struktur Biaya Gangguan PQ pada Sektor Industri dan Jasa

(Survei di Negara-negara Eropa) Kedip tegangan = 23,6%Short interruption = 18,8%Long interruption = 12,5%Harmonics = 5,45Transien dan surja = 29%Lain-lain = 10,7%

Kedip tegangan sumber berdampak pada manufaktur

Transien dan surja sangat membahayakan sektor telekominikasi

Long interruption sangat membebani hotel-hotel.

Frekuensi gangguan PQpada Sektor Industri dan Jasa

Dampak Gangguan PQ Pada Peralatan (survei dilakukan oleh BPPT 2009 )

CBF = Kegagalan capacitor bankCBT = Circuit breaker tripCLUR = Computers lock up atau reboot dengan sendirinyaCED = Komputer dan alat elektronik lainnya rusakLED = Data elektronik hilangES = Electric shock pada tenaga kerjaLFBD = Lampu flicker, blink atau dimLS = Loss of synchronization dari alat proses

MM = Motor atau alat proses lainnya berhenti berfungsiMD = Motor atau alat proses lainnya rusakNI = Noise interference pada jalur telekomunikasiRCT = Relays dan contactors nuisance trippingTCO = Transformer dan kabel panas

Kasu

s

Sumber Gangguan

NC = Faktor alam (petir, banjir, badai, dll)N = Fasilitas tetanggaOI = Instalasi sendiriPLN = Pasokan daya listrik PLN

Kasu

s

Jenis Gangguan

VD = Voltage Dip SI = Short interruption N= NoiseLI = Long interruption ST = Surge dan transientH = Harmonic F = Flicker

Kasu

s

Peralatan Yang Dimiliki Industri Untuk Mengatasi Problem PQ

BG = Back up generatorDVR = Dynamic voltage restorersHF = Harmonic filterIT = Isolation transformersLC = Line conditioners atau active filtersMIF = Multiple independent feederOE = Oversizing equipment

STS = Static transfer switches

SVC = Static var compensatorSP = Surge protectionUPS = Uninterruptible Power SupplyVS = Voltage stabilizersS&G = Shielding dan groundingSG = Site generation

Jum

lah

unit

Kesimpulan• Ketersediaan tenaga listrik dengan kualitas yang tinggi adalah sangat krusial untuk

memenuhi kebutuhan masyarakat modern, peningkatan investasi dan daya saing sektor industri dan jasa.

• Penyebab gangguan banyak dipengaruhi oleh faktor eksternal dan internal industri, yang tidak begitu dipahami oleh konsumen.

• BPPT, Ditjen Ketenagalistrikan, PLN perlu melakukan sinergi peningkatan PQ.• BPPT membuat panduan penanganan gangguan PQ secara umum dan secara khusus

dengan benchmarking PQ untuk sektor industri dan jasa• Untuk mencapai PQ yang baik Ditjen Ketenagalistrikan membuat standard pada

beberapa level yang berbeda: transmisi, distribusi, dan pelanggan (konsumen) terutama untuk menjadi acuan pada sektor Industri dan jasa.

• Untuk mencegah kerugian yang tinggi terkait dengan permasalahan kualitas daya, PLN membuat acuan instalasi untuk konsumen yang paling diperlukan sehingga dapat mengambil tindakan untuk mencegah permasalahan.

• Upaya peningkatan kehandalan dan perbaikatan PQ serta sistem kelistrikan yang lebih efisien maka perlu diterapkan Teknologi Smart Grid

LAMPIRAN

Frekuensi gangguan (Kerdip, Short inter., Long inter., surja dan transien)

Frekuensi kejadian dalam setahun (Harmonisa, Flicker)

Kehadiran gangguan PQ

Solusi PQ Yang Diterapkan Dalam % Kasus

Fenomena gangguan sistem tenaga listrik : kedip tegangan (Dip/sag)

• Merupakan fenomena yang paling banyak terjadi • Definisi kerdip tegangan (Dip),

– turunnya tegangan tiba-tiba dalam waktu kurang dari 0,5 cycle hingga beberapa cycle.

• Walaupun durasi gangguan hanya beberapa ms dapat menyebabkan produksi berhenti.

• Penyebab kerdip tegangan – 80% adalah karena faktor alam, seperti petir, pohon tumbang atau

ranting yang mengenai jaringan distribusi dsbnya. – adanya beban-beban besar yang masuk ke jaringan

• Solusinya adalah Dynamic Voltage Restorer (DVR)

Metoda Mengatasi Dip Tegangan

System Improvemen

t

Mitigation Equipment Improvement of

equipment imunity

DVR

- Pemilihan peralatan yang

memenuhi kurva CBEMA

atau ITIC

TERIMA KASIH