Harmonic analysis on emergency busbar BNA, BNB and BNC in RSG GA. Siwabessy

(1)

ANALISA HARMONISA PADA BUSBAR DARURAT BNA, BNB, DAN BNC DI RSG GA. SIWABESSY

Koes Indrakoesoema¹, Adin Sudirman², Jazid Uchti Namir³

1) BATAN, PRSG, Tangerang Selatan, Indonesia, [email protected]

1) BATAN, PRSG, Tangerang Selatan, Indonesia, [email protected] 1) BATAN, PRSG, Tangerang Selatan, Indonesia, [email protected]

ABSTRAK

ANALISA HARMONISA PADA BUSBAR DARURAT BNA, BNB, DAN BNC DI RSG GA. SIWABESSY. Beban tak linier seperti catu daya tak putus (uninterruptible power systems), merupakan beban yang banyak digunakan pada jaringan tenaga listrik. Hal ini menimbulkan efek pada sistem tenaga listrik yaitu timbulnya arus harmonik sebagai akibat perubahan energi listrik. Harmonisa adalah gelombang yang terdistorsi secara periodik yang terjadi pada gelombang tegangan, arus, atau daya terdiri dari gelombang-gelombang sinus yang frekuensinya merupakan kelipatan bulat frekuensi sumber/fundamental, sehingga bentuknya tidak sinusoidal. Beban-beban yang dicatu oleh busbar darurat yaitu motor-motor listrik, rectifier, inverter, dan Sistem Pengaman Reaktor (SPR). Beban-beban tidak linier tersebut merupakan penyumbang harmonisa pada busbar darurat. Pengukuran harmonisa dilakukan dengan menggunakan Power Quality Analyzer Hioki 3169-20 dan dilakukan pada masing-masing busbar selama 15 menit dengan interval waktu 1 (satu) menit. Harmonisa rata-rata tegangan (THDV) untuk BNA adalah 1,59%(R), 1,46%(S), dan 1,65%(T). Untuk BNB adalah 1,56%(R), 1,45%(S), dan 1,60%(T). Untuk BNC adalah 1,79%(R), 1,75%(S), dan 1,60%(T). Harmonisa rata-rata arus (THDI) untuk BNA adalah 10,30%(R), 11,37%(S), dan 9,67%(T).

Untuk BNB adalah 5,70%(R), 4,97%(S), dan 3,41%(T). Untuk BNC adalah 6,03%(R), 7,72%(S), dan 5,93%(T). Total harmonisa tegangan dan arus pada bus bar darurat masih di bawah batas aman seperti yang disyaratkan oleh IEEE 519-1992.

Kata kunci: Harmonisa, busbar darurat, beban tak linier, THD

ABSTRACT

HARMONIC ANALYSIS ON EMERGENCY BUSBAR BNA, BNB AND BNC IN RSG GA. SIWABESSY. Nonlinear loads such as continuous power supply (uninterruptible power systems), are loads that are widely used in the electric power network. This causes effects on the electric power system that is the emergence of harmonic currents as a result of the conversion of electrical energy. Harmonics are periodically distorted waves that occur in voltage, current, or power waves consisting of sine waves whose frequency is a multiple of the source/fundamental frequency, so that the shape is not sinusoidal. The loads supplied to the emergency busbar include electric motors, rectifiers, inverters, and Reactor Safety Systems (SPR). These non-linear loads are contributors of harmonics to emergency busbars. Harmonics measurements were carried out using Hioki Power Quality Analyzer 3169-20 and carried out on each busbar for 15 minutes at intervals of 1 (one) minute. Average of voltage harmonics (THDV) for BNA are 1.59% (R), 1.46% (S), and 1.65% (T). For BNB is 1.56% (R), 1.45% (S), and 1.60% (T). For BNC is 1.79% (R), 1.75% (S), and 1.60% (T).

Average of harmonic currents (THDI) for BNA are 10.30% (R), 11.37% (S), and 9.67% (T). For BNB is 5.70%

(R), 4.97% (S), and 3.41% (T). For BNC is 6.03% (R), 7.72% (S), and 5.93% (T). The total harmonic voltage and current in the emergency busbar is still below the safe limit as required by IEEE 519-1992.

Keywords: Harmonics, emergency busbar, non-linear load, THD

[ 297 ]

(2)

PENDAHULUAN

Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy adalah reaktor riset yang mendapat catu daya listrik dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) dan dari Genset. Ke dua catu daya tersebut terhubung paralel, dimana saat catu daya PLN terputus secara otomatis Genset terhubung ke beban melalui busbar darurat.

Busbar yang terhubung dengan ke dua catu daya tersebut adalah busbar darurat yang terbagi dalam 3 buah busbar, yaitu BNA, BNB, dan BNC dengan beban-beban yang independen pada tiap-tiap busbar.

Beban-beban yang terhubung dengan busbar darurat adalah beban yang terkait dengan keselamatan reaktor, dimana salah satunya adalah modul-modul elektronik pada Sistem Pengaman Reaktor (Reactor Protection System).

Beban-beban non linier seperti perangkat elektronik dan juga beban-beban induktif merupakan penyumbang harmonisa terbesar pada sistem tenaga listrik yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi pada komponen-komponen lain yang terhubung dengan busbar darurat tersebut. Gambar 1 menunjukan sistem kelistrikan di RSG-GAS .

Pada makalah ini dilakukan pengukuran harmonisa pada busbar darurat BNA, BNB, dan BNC dengan Power Quality Analyzer (PQA) dan dilakukan analisa seberapa besar pengaruhnya terhadap komponen- komponen lain dan membandingkan nilai-nilai harmonisa dengan standar IEEE 519-1992.

BHA

BHD BHT01

G 3~

BRV10

BNA M M

+-

- +

BRA BTD01 BTP01

BRU01 +- +-

BTJ11 BTJ12

BTU11 BTU12 M

800A

800A 800A 800A 1400A 1400A M

M 2500A 20kV 1400kVA 400V BUS BAR

380/220V; 3/PE/N~50Hz BHB

BHE BHT02

G 3~

BRV20

BNB M M

+-

- +

BVA BTD02 BTP02

+- +-

BTJ21 BTJ22

BTU21 BTU22 M

800A

800A 800A 800A 1400A 1400A M

M 2500A 20kV 1400kVA 400V

380/220V; 3/PE/N~50Hz BHC

BHF BHT03

G 3~

BRV30

BNC M M

+-

- +

BRB BTD03 BTP03

BRU03 +- +-

BTJ31 BTJ32

BTU31 BTU32 M

800A

800A 800A 800A 1400A 1400A M

M 2500A 20kV 1400kVA 400V

380/220V; 3/PE/N~50Hz

220V 1/PE ~50Hz BWE

24V, L+/L-/PE/A 220V ; L+/L-/PE

BWF

220V ; L+/L-/PE 220V 1/PE ~50Hz

BWG 220V ; L+/L-/PE

24V, L+/L-/PE/A 24V, L+/L-/PE/A

M GS00

380/220V; 50Hz 380/220V; 50Hz 380/220V; 50Hz

100A150A 25A

160A

100A

430A 140A

100A 150A

25A

160A

100A

430A 140A

1250A 250A

100A

1250A 250A

BRU02

RPS RED.III RPS RED.II

RPS RED.I

EMERGENCY CONTROL ROOM

DIAGRAM SEGARIS SISTEM LISTRIK RSG-GAS

GS001 GS001 GS001

SR5E PT.PLN

Gambar. 1. Diagram segaris sistem listrik RSG-GAS

METODE

Power Quality Analyzer

Analisa harmonisa pada busbar darurat BNA, BNB dan BNC menggunakan alat ukur Power Quality Analyzer (PQA) HIOKI 3169-20 seperti ditunjukan pada Gambar 2.

Gambar. 2. Power Quality Analyzer HIOKI 3169-20

Alat ini dapat menampilkan tiap-tiap orde harmonisa hingga orde harmonisa ke-40 dalam bentuk tabel dan grafik dengan disertai nilai Total Harmonic Distortion (THD) dalam bentuk persentase. Harmonisa yang diukur pada alat ini adalah harmonisa tegangan dan arus.

Set up PQA

Langkah pertama dalam melakukan pengukuran harmonisa tegangan dan arus menggunakan PQA yaitu melakukan set up

(3)

pada alat PQA. Terdapat 4 tahapan dalam melakukan set up PQA yaitu:

(1) measurement, data output, save print items dan system. Dalam pengaturan measurement, yang harus diperhatikan adalah metode wiring dan jenis sensor dari flexible clamp. Metode wiring yang digunakan bergantung pada sistem yang akan diukur. Pada system busbar darurat BNA, BNB dan BNC menggunakan metode wiring 3P3W3M yaitu pengukuran tiga fasa pada tiga konduktor/busbar (RST). Jenis sensor dari flexible clamp yang digunakan adalah 9667-500A karena arus yang melalui busbar kurang dari 500 A.

(2) Selanjutnya tahapan set up data output diatur waktu mulai dan berhenti pengukuran secara manual dengan interval waktu pengukuran 1 menit.

(3) Kemudian tahapan set up save print items diatur pengukuran harmonisa menjadi on.

(4) Langkah terakhir adalah set up system diatur tampilan harmonisa menjadi all orders.

Wiring check

Dalam melakukan wiring alat PQA dengan busbar perlu mengetahui arah arus dari sumber ke beban disertai urutan fasa RST untuk pemasangan clamp arus dan tegangan. Gambar wiring ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar. 3. Wiring PQA dengan busbar

Wiring PQA dengan busbar dapat diperiksa kesesuaiannya pada alat PQA dengan tampilan wiring check. Wiring dikatakan benar jika indikator kesesuaian dalam tampilan wiring check menunjukkan OK pada setiap indikator.

Indikator tersebut adalah voltage input, current input, voltage phase, current phase, phase I1- U1, phase I2-U2, phase I3-U3 dan voltage balance. Tampilan contoh wiring check ditunjukan pada Gambar 4.

Gambar. 4. Tampilan wiring check

Pengukuran harmonisa

Pengukuran harmonisa dilakukan selama 15 menit pada setiap sistem. Terdapat tiga system yang dilakukan pengukuran yaitu system darurat BNA, BNB dan BNC.

Selanjutnya hasil pengukuran menggunakan alat ini dapat dibandingkan dengan standar harmonisa yang diperkenankan berdasarkan standar IEEE 519. 1992. Setelah itu, dilakukan analisa hasil perbandingan pengukuran harmonisa pada busbar BNA, BNB dan BNC dengan strandar IEEE 519-1992 yang ditunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.

[ 299 ]

(4)

Tabel. 1. Standar harmonisa arus (IEEE Standard, 1992)

Tegangan Sistem Isc/I Load THDi (%)

Vrms ≤ 69 kV

< 20 5.0

20 - 50 8.0

50 - 100 12.0

100 - 1000 15.0

> 1000 20.0

69 kV <Vrms ≤ 161 kV

< 20 2.5

20 - 50 4.0

50 - 100 6.0

100 - 1000 7.5

> 1000 10.0

Vrms> 161 kV < 50 2.5

≥ 50 4.0

Tabel. 2. Standar harmonisa tegangan (IEEE Standard, 1992)

Tegangan Sistem IHDv (%) THDv (%)

Vrms ≤ 69 kV 3.0 5.0

69 kV <Vrms ≤ 161 kV 1.5 2.5

Vrms> 161 kV 1.0 1.5

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran harmonisa pada busbar darurat BNA, BNB dan BNC menggunakan PQA Hioki 3169-20 ditunjukkan pada Tabel 3, Tabel 4 dan Tabel 5.

Tegangan (V) THDv (%) Arus (A) THDi (%) Tegangan (V) THDv (%) Arus (A) THDi (%) Tegangan (V) THDv (%) Arus (A) THDi (%)

09.15 397,78 1,56 100,89 6,21 399,19 1,43 96,73 6,84 395,14 1,63 99,41 5,85

09.16 397,96 1,56 101,21 6,27 399,41 1,43 96,93 6,93 395,42 1,62 100,00 5,86

09.17 397,80 1,53 99,22 6,23 399,27 1,40 94,44 6,97 395,25 1,59 97,14 5,96

09.18 397,83 1,55 98,85 6,25 399,36 1,42 97,25 6,49 395,30 1,60 97,15 5,86

09.19 397,50 1,55 98,28 6,56 398,88 1,42 96,93 6,49 394,81 1,61 96,17 6,09

09.20 397,90 1,59 98,76 6,31 399,37 1,44 94,28 7,05 395,30 1,65 97,42 5,93

09.21 397,53 1,55 98,31 6,56 399,04 1,44 93,63 7,00 395,02 1,61 96,42 6,06

09.22 397,70 1,56 98,67 6,34 399,12 1,42 94,13 6,94 395,01 1,61 97,12 5,91

09.23 398,41 1,62 43,22 15,19 399,77 1,50 39,41 16,04 395,90 1,69 40,77 14,46

09.24 397,93 1,58 43,81 15,13 399,24 1,43 40,03 16,24 395,35 1,63 41,32 14,33

09.25 397,67 1,59 42,82 15,38 398,98 1,46 36,61 18,44 395,16 1,65 41,01 14,42

09.26 397,85 1,67 42,81 15,23 399,22 1,51 36,67 18,35 395,32 1,72 41,11 14,28

09.27 397,66 1,63 42,52 15,72 399,10 1,49 36,41 18,61 395,24 1,68 40,62 14,80

09.28 397,53 1,65 48,04 13,63 398,93 1,51 44,76 14,12 395,05 1,69 46,22 12,79

09.29 397,79 1,67 48,25 13,48 399,08 1,54 45,30 14,02 395,24 1,72 46,25 12,40

Rata-rata 397,79 1,59 73,71 10,30 399,20 1,46 69,57 11,37 395,23 1,65 71,88 9,67

Waktu Pengukuran Parameter Pengukuran Fasa R

Tabel. 3. Data PQA sistem darurat BNA

Parameter Pengukuran Fasa S Parameter Pengukuran Fasa T

09.44 395,75 1,60 295,12 7,30 397,34 1,47 304,56 6,12 393,21 1,60 307,91 3,93

09.45 395,75 1,57 304,93 3,18 397,20 1,46 307,87 2,88 393,02 1,61 310,46 2,22

09.46 395,75 1,58 363,01 6,15 397,17 1,49 356,74 5,10 392,91 1,65 353,75 3,39

09.47 395,75 1,59 363,70 6,44 397,19 1,49 356,52 5,25 392,97 1,64 351,93 4,12

09.48 395,75 1,57 345,53 6,91 396,93 1,47 341,55 5,68 392,76 1,63 334,66 4,36

09.49 395,75 1,57 351,25 6,15 396,93 1,45 366,01 5,14 392,70 1,67 362,36 3,42

09.50 395,75 1,61 327,95 3,62 397,08 1,51 341,41 3,54 392,78 1,62 331,73 2,28

09.51 395,75 1,60 340,04 7,67 397,31 1,49 341,68 6,55 392,99 1,63 335,11 3,80

09.52 395,75 1,59 356,01 7,00 397,06 1,48 357,30 5,82 392,69 1,64 355,66 4,07

09.53 395,75 1,61 316,56 2,27 396,83 1,50 330,14 2,59 392,49 1,66 322,24 1,84

09.54 395,75 1,53 314,73 6,55 396,18 1,41 331,28 5,66 391,85 1,53 327,02 3,07

09.55 395,75 1,59 319,41 6,61 396,08 1,46 332,62 6,41 391,79 1,58 326,59 4,01

09.56 395,75 1,42 335,94 7,38 395,86 1,32 331,11 5,77 391,65 1,48 326,91 3,44

Tabel. 4. Data PQA sistem darurat BNB

Waktu Pengukuran Parameter Pengukuran Parameter Pengukuran Fasa S Parameter Pengukuran Fasa T

(5)

THD total tegangan pada busbar BNA untuk fasa R, S, dan T memperlihatkan di bawah nilai 2% dimana nilai ini masih di bawah standar IEEE 519-1992 yang mensyaratkan maksimum 5%. Begitu pula THD total arus masih di bawah standar IEEE yang mensyaratkan di bawah 12% pada arus beban (I load) 50 – 100 A seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3, 6, dan 7).

THDv pada busbar BNB dan BNC relatif sama dengan busbar BNA dimana hal ini menunjukkan ke tiga busbar darurat tersebut tidak menunjukkan gangguan harmonisa tegangan. Harmonisa arus (THDi) memperlihatkan perbedaan pada masing- masing fasa di tiap-tiap busbar, THDi pada busbar BNA lebih besar dari busbar BNB dan BNC dan busbar BNC lebih besar dari busbar BNB.

Perbedaan harmonisa arus pada masing- masing busbar disebabkan adanya perbedaan arus beban pada masing-masing busbar.

Arus tertinggi ada pada busbar BNB, yaitu di atas 300 A seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4), tetapi karena tidak terjadi lonjakan arus yang tinggi pada masing-masing fasa maka THDi-nya lebih kecil dibandingkan dengan THDi pada busbar BNA dan BNC.

Pada Tabel 3 (busbar BNA), di menit ke-23 terlihat adanya penurunan arus yang cukup besar, yaitu 50 A akibat perubahan beban yang menyebabkan kenaikan THDi. Perubahan arus beban yang terjadi pada busbar BNC (Tabel 5) juga memperlihatkan kenaikan THDi

dibandingkan dengan busbar BNB tetapi tidak sebesar busbar BNA.

Tabel 6 dan Tabel 7 menunjukkan perbandingan harmonisa tegangan dan harmonisa arus hasil pengukuran dengan standar IEEE 519-1992.

10.10 392,62 1,84 154,44 6,50 396,14 1,77 147,98 7,27 396,40 1,63 164,49 6,55

10.11 392,26 1,81 153,05 6,69 395,85 1,78 146,44 7,38 396,11 1,62 162,12 6,26

10.12 392,88 1,85 153,97 6,80 396,57 1,83 147,68 7,40 396,84 1,66 157,23 6,82

10.13 392,72 1,78 153,78 6,74 396,42 1,76 147,42 7,39 396,64 1,61 157,44 6,87

10.14 392,14 1,77 206,64 9,07 395,89 1,70 201,79 9,30 395,87 1,58 212,00 8,64

10.15 391,97 1,77 201,25 5,22 395,68 1,75 194,10 5,98 395,67 1,60 205,24 5,44

10.16 392,11 1,77 201,55 5,67 395,88 1,76 194,52 6,37 395,78 1,57 208,67 5,93

10.17 391,91 1,77 198,52 5,43 395,66 1,71 189,40 6,21 395,51 1,58 213,32 5,19

10.18 391,84 1,80 198,70 5,40 395,64 1,77 189,92 6,12 395,47 1,61 215,39 5,24

10.19 391,46 1,77 198,81 5,28 395,26 1,74 188,96 6,04 395,09 1,58 213,42 4,97

10.20 391,30 1,82 196,05 5,47 395,08 1,78 186,78 6,37 395,02 1,64 208,56 5,36

10.21 391,55 1,78 197,89 5,44 395,33 1,75 188,80 6,19 395,21 1,59 210,82 5,35

10.22 391,38 1,73 197,52 5,33 395,11 1,68 187,99 6,09 394,99 1,53 210,89 5,25

10.23 391,55 1,77 193,62 5,99 395,25 1,72 189,86 6,59 395,17 1,58 212,15 5,90

10.24 391,44 1,80 191,45 5,42 395,14 1,76 187,77 6,14 395,02 1,59 209,85 5,17

Rata-rata 391,94 1,79 186,48 6,03 395,66 1,75 179,29 6,72 395,65 1,60 197,44 5,93

Parameter Pengukuran Fasa S Parameter Pengukuran Fasa T

Tabel. 5. Data PQA sistem darurat BNC

Waktu Pengukuran Parameter Pengukuran

[ 301 ]

(6)

Tabel. 6. Analisa harmonisa tegangan dengan standar IEEE 519-1992

Sistem F a s a

Tegangan Rata-rata (V)

THDv Rata-rata

(%)

THDv Standar

(%)

Ketera ngan

BNA

R 397,79 1,59 5,00 OK

S 399,20 1,46 5,00 OK

T 395,23 1,65 5,00 OK

BNB

R 395,75 1,56 5,00 OK

S 396,75 1,45 5,00 OK

T 392,49 1,60 5,00 OK

BNC

R 391,94 1,79 5,00 OK

S 395,66 1,75 5,00 OK

T 395,65 1,60 5,00 OK

Tabel. 7. Analisa harmonisa arus dengan standar IEEE 519-1992

Sistem F a s a

Arus Rata- rata (I)

THDi Rata- rata (%)

THDi Standar

(%)

Ketera ngan

BNA

R 73,71 10,30 12,00 OK

S 69,57 11,37 12,00 OK

T 71,88 9,67 12,00 OK

BNB

R 331,31 5,70 15,00 OK

S 335,63 4,97 15,00 OK

T 331,83 3,41 15,00 OK

BNC

R 186,48 6,03 15,00 OK

S 179,29 6,72 15,00 OK

T 197,44 5,93 15,00 OK

KESIMPULAN

Tegangan pada busbar darurat BNA, BNB dan BNC stabil sehingga harmonisa tegangan (THDv) kecil di bawah 2%. Arus beban pada masing-masing busbar tidak sama karena bebannya berbeda dan tidak bersamaan saat beroperasi tetapi total harmonisa arus (THDi) masih di bawah 15%. Nilai THDv dan THDi masih di bawah nilai seperti yang dipersyaratkan standar IEEE 519-1992 sehingga busbar darurat masih aman.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Ir. Edison, M.Si dan Supervisor reaktor RSG-GAS sehingga dapat menyelesaikan makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Aris Suryadi, “Studi Harmonisa Arus dan Tegangan Listrik Pada Kampus Politeknik Enjinering Indorama,” Sinergi, vol. 20, nomor 3, pp. 213-222, 2016

2. Hadi Sugiarto, "Kajian Harmonisa Arus Dan Tegangan Listrik di Gedung Administrasi Politeknik Negeri Pontianak,"

Jurnal Vokasi, vol. 8, nomor 2, pp. 80-89, 2012.

3. Hanifah Nur Kumala N. dan Asih Setiarini,

“Kajian Harmonisa Arus pada Gedung M.Nuh Lantai 3 Politeknik Negeri Madiun,” JEECAE, vol. 1, nomor 1, pp. 13- 18, 2016.

4. Noname. (1 Agustus 2018). Clamp On Power HiTester HIOKI 3169-20 Manual.

Available:

https://www.atecorp.com/ATECorp/media/

pdfs/data-sheets/Hioki-3169- 20_Manual.pdf

5. Noname. (1 Agustus 2018). IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems. Available:

http://www.coe.ufrj.br/~richard/Acionamen tos/IEEE519.pdf

(7)

FORMULIR PERTANYAAN DAN JAWABAN SIDANG PARALEL

PERTANYAAN:

1. Apa kegunaan harmonisa sehingga perlu diketahui ?

2. Berapa Watt beban yang mempengaruhi harmonisa ?

JAWABAN:

1. Harmonisa perlu diketahui karena terkait dengan keselamatan alat, baik dari sisi sumber (PLN) maupun dari sisi beban (konsumen). Dengan timbulnya harmonisa akan menghasilkan arus urutan nol/urutan negatif pada sisi transformator dan generator yang akan membahayakan belitan transformator dan generator, sedangkan pada sisi beban akan menimbulakan panas (over heated) pada peralatan.

2. Harmonisa akan timbul bila ada beban- beban non linier dan akan menghasilkan daya reaktif (Var). Daya aktif (Watt) tidak akan menimbulkan harmonik.

[ 303 ]