SEMINAR NASIONAL SAINSTEK KE-3 UNDANA TAHUN 2016
Hotel Swiss-Berlin , Kupang – 28-29 Oktober 2016
PEMODELAN KEDIP TEGANGAN LISTRIK (FLICKER) DENGAN
MENGGUNAKAN FUNGSI ALIH JARINGAN LISTRIK
Sri Kurniati1, Abdul Wahid2 dan Sudirman3
1
Program Studi Teknik Elektro, Fak. Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl.Adisucipto, Kupang
Email: sri_kurniatia@yahoo.com
2
Program Studi Fisika, Fak. Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl.Adisucipto, Kupang
Email: awundana@gmail.com
3
Program Studi Teknik Elektro, Fak. Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl.Adisucipto, Kupang
Email: sudirmansyam11@yahoo.com
ABSTRAK
Kedip tegangan (flicker voltage atau voltage dips) adalah suatu fenomena atau gejala dari kuat penerangan yang
berfluktuasi. Gangguan ini sangat terasa pada penglihatan akibat adanya lonjakan dari lampu penerangan yang
menggunakan cahaya dari lampu pijar. Tujuan penelitian ini adalah bagaimana melakukan simulasi kedip tegangan
dengan menggunakan program simulink / matlab. Simulasi dilakukan dengan menggunakan analisis matematis dari
fungsi alih jaringan listrik yaitu, perbandingan tegangan beban dan tegangan sumber. Hasil simulasi menunjukkan
bahwa dengan menggunakan fungsi alih jaringan listrik dapat memperlihatkan bentuk gelombang kedip tegangan
yang terjadi. Penggunaan model ini sangat sederhana dan mudah diaplikasikan dalam penelitian mengenai kedip
tegangan yang terjadi dalam suatu jaringan listrik.
Kata kunci: matlab, simulink, bentuk gelombang
1.
PENDAHULUAN
Kedip tegangan (flicker voltage atau voltage dips) adalah suatu kesan subyektif dari kuat penerangan yang
berfluktuasi. Gangguan ini sangat terasa pada penglihatan akibat adanya lonjakan dari lampu penerangan yang
menggunakan cahaya dari lampu pijar. Selain itu, jika keadaan ini sering terjadi, maka perubahan tegangan yang
terus menerus akan mengganggu peralatan yang dipakai oleh konsumen seperti televisi, instalasi komputer dan lainlain. Kemudian konsumen listrik yang paling merasakan gangguan kedip tegangan adalah jaringan listriknya
tersambung bersama dalam suatu titik pada jaringan suplay (busbar) atau titik percabangan. Susanto J., dkk (1992)
mengatakan kedip tegangan merupakan salah satu parameter yang menentukan keandalan fasilitas listrik instalasi
industri. Proses kendali modern seringkali sangat sensitif terhadap gejala tersebut. Dampak kedip tegangan atas
peralatan yang sensitif seringkali mengakibatkan terhentinya proses produksi di suatu industri. Beban-beban yang
menimbulkan fluktuasi tegangan (kedip tegangan) antara lain, mesin las listrik., tanur listrik, mesin penggiling
(rolling mill), mine winder, dan motor-motor listrik penggerak kompressor udara, pompa dan mesin pendingin.
Beban-beban tersebut menyerap daya listrik dalam jumlah banyak secara berubah-ubah dengan sangat cepat,
sehingga menimbulkan kedip tegangan yang bisa merusak kualitas tegangan listrik. Akibat adanya kedip tegangan
ini akan mempengaruhi kinerja semua beban sistem yang terpasang pada suatu sumber tenaga yang sama
dengannya. Karena setiap kali, saat mulai dioperasikan akan menyerap arus listrik mencapai 5 sampai dengan 13,6
kali arus nominalnya.
Kemudian Nur Pamuji, dkk (2000) mengungkapkan prosentase kedip tegangan (voltage dip) yang ditimbulkan
oleh tanur busur, besarnya antara 8% sampai dengan 17% dari tegangan nominal, dengan waktu antara 100 mili
detik sampai dengan 900 mili detik. Ini dapat menyebabkan trip dari pemutus daya motor-motor listrik yang
dikendalikan oleh thyristor (thyristor controlled motor drive) dan kesalahan data (data error) pada komputer.
Kejadian waktu yang singkat ini merupakan salah satu kendala yang dihadapi dalam melakukan suatu penelitian
mengenai dampak kedip tegangan dalam suatu jaringan listrik. Kendala yang dimaksud seperti, pengukuran
besarnya kedip tegangan yang terjadi, bentuk gelombang tegangan pada saat terjadinya kedip tegangan tersebut.
Oleh karena itu, dalam melakukan penelitian mengenai kedip tegangan biasanya digunakan simulasi program seperti
program EMTP (Satrianto N., dkk , 2001), ETAP dan MATLAB (SIMULINK). Dalam penelitian ini akan mencoba
melakukan pemodelan bagaimana bentuk gelombang kedip tegangan dengan menggunakan fungsi alih jaringan
listrik. Model fungsi alih jaringan listrik dibuat berdasarkan perbandingan tegangan beban (Eb) dan tegangan
sumber (Es).
2.
METODE PENELITIAN
2.1 Metode yang Digunakan
Metode yang digunakan dalam penelitan ini adalah melakukan simulasi untuk mendapatkan bentuk gelombang
kedip tegangan yang dibuat berdasarkan model fungsi alih jaringan listrik. Fungsi alih jaringan listrik dibuat
berdasarkan analisis matematis antara perbandingan tegangan beban dan tegangan masukan.
2.2 Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian menggunakan program SIMULINK/MATLAB 6.5. Sedangkan alat analisis yang digunakan
untuk melihat hasil analisis kedip tegangan menggunakan satu perangkat Laptop Merk Azus I5.
2.3 Prosedur Penelitian
Tujuan dari penelitian ini untuk melihat bentuk gelombang kedip tegangan dengan melalui suatu simulasi
SIMULINK. Adapun desain jaringan listriknya sesuai dengan Gambar 1. Untuk mencapai tujuan dari penelitian
ini, maka dibuatlah tahapan-tahapan penelitian sebagai berikut:
-
3.
membuat fungsi alih jaringan listrik tanpa kompensator seri dalam kondisi tegangan normal sesuai dengan
Gambar 1.
membuat fungsi alih jaringan listrik tanpa kompensator seri dengan nilai Rb yang berubah-ubah, yaitu dalam
kondisi terjadi kedip tegangan.
membuat program simulink untuk mensimulasikan tegangan beban dalam kondisi normal.
membuat program simulink untuk mensimulasi tegangan beban dalam kondisi tegangan normal dan terjadi
kedip tegangan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Penelitian
Fungsi Alih Jaringan Listrik Tanpa Kompensator Seri
Model fungsi alih jaringan listrik dibuat berdasarkan perbandingan tegangan beban (Eb) dan tegangan sumber
(Es). Rangkaian ekivalen suatu saluran transmisi pendek, kurang dari 80 kilometer (50 mile) mengabaikan pengaruh
kapasitansi saluran ke bumi, sehingga pada kondisi (steady state), arus pada ujung penerima dan arus pada ujung
pengirim adalah sama, seperti yang terlihat pada Gambar 1.
Saluran distribusi
I(s)
R
L
Rb
Beban
Es(s)
Eb(s)
Lb
Gambar 1. Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Pendek
Persamaan tegangan (Hukum Kirchoff) :
E s (s) = I(s) . (R + s.L + R b + s . L b )
(1)
E b (s) = I(s). (R b + s .L b )
(2)
Penurunan fungsi alih suatu jaringan listrik tanpa kompensator seri dari Pers. (1) dan Pers. (2) adalah:
E b (s)
E s (s)
=
R b + s .L b
s . (L + L b ) + R + R b
(3)
atau
Eb
Es
Rb
=
(R
+ Rb
2
2
)
+ ω
2
Lb
+ ω
2
(L
2
(4)
+ Lb
)2
dimana:
R = tahanan pada saluran transmisi
L = induktansi pada saluran transmisi
Zb = impedansi beban
= Rb + s.Lb
Dalam simulasi ini digunakan spesifikasi teknik sebagai berikut:
-
Resistansi kawat = 2,28 Ohm/km
Resistansi kawat dengan panjang kabel listrik 1 km = 2,28 X 1 = 2,28 Ohm
Induktansi kawat = 0,00737 H/km
Induktansi kawat dengan panjang kabel listrik 1 km = 0.00737 x 1 = 0,00737 H
Panjang kabel listrik = 1 km
Sedangkan data spesifikasi jaringan diambil salah satu sampel (data sekunder) yang terdapat dalam Stevenson,
JR,W, D., (1994), sebagai berikut:
-
Daya = 194.166,67 VA / phasa.
Tegangan = 220 Volt / phasa
Frekuensi = 50 Hz
Faktor daya = 0,8
Impedansi = 40 + j 9,4671 Ohm atau
Zb = Rb + j2πXLb
Kemudian diperoleh nilai Rb = 40 Ohm da Lb dari rumus XLb = 2πfLb, yakni:
Lb =
9,4671
2 × π × 50
= 0,03015 H
dengan:
T =
∆t =
20 milidetik
0,1478 milidetik
Data-data teknik ini digunakan untuk menghitung besarnya nilai kapasitansi dan besarnya fungsi alih jaringan
listrik. Selanjutnya, nilai dari R, L, Rb, dan Lb dimasukkan ke dalam Pers. (3).
Dimana:
Rb
Lb
L
R
F
Eb
ω
ω
= 40 Ω
= 0,03015
= 0.00737H
= 2,28 Ω
= 50 Hz
= 220 Volt
= 2πf
= 2 x 3,14 x 50 = 314 Hz
E b (s)
E s (s)
E b (s)
=
E s (s)
s .L b + R b
s . (L + L b ) + ( R + R b )
0,03015
s + 40
0,03752s
+ 42.28
=
dengan membuat nilai Rb bervariasi, maka diperoleh fungsi alih jaringan listrik seperti yang diperlihatkan dalam
Tabel 1.
Tabel 1. Fungsi Alih Jaringan Listrik
Rb( Ohm)
17
Fungsi Alih
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
0,03015
0,03752s
15,55
14,24
12,96
11,8
10,67
9,54
8,41
7,2
5,8
s + 17
+ 19.28
s + 15 , 55
+ 17.83
s + 14 , 24
+ 16.52
s + 12 , 96
+ 15.24
s + 11 , 8
+ 14.08
s + 10 , 67
+ 12.95
s + 9 , 54
+ 11.82
s + 8 , 41
+ 10.69
s + 7 ,2
+ 9.48
s + 5 ,8
+ 8.08
Tabel 1 memperlihatkan fungsi alih jaringan listrik dimana Rb yang berubah ubah antara 17 Ohm hingga 5,8 Ohm
yang mewakili terjadinya kedip tegangan antara 8% hingga 17%. Hal ini dapat dibuktikan dengan menggunakan
Pers. (3) yang dapat dituliskan menjadi:
Eb
Es
Rb
=
(R
2
+ ω2 Lb
2
(5)
2
2
+ R b ) + ω 2 (L + L b )
Kemudian dari Pers. (5), diperoleh tegangan sumber E(s) :
Es
(R
=
2
Rb
Es
+ ω2 Lb
2
× Eb
2
2
40) + 3142 (0,00737 + 0,03015)
2
2
2
× 220
40 + 314 0,03015
=
s
2
(2,28 +
Es =
E
2
+ R b ) + ω 2 (L + L b )
1787,5984
1600
1926,39696
=
1689,62598
+ 1 38 , 79856
+ 89 , 62598
× 220
× 220
= 234,909 Volt
Dengan tegangan Es = 234,909 Volt dapat diperoleh persentasi kedip tegangan sesuai dengan perubahan nilai Rb.
- Untuk Rb = 17 Ohm
-
Rb
Eb =
(R
2
2
+ ω2 Lb
2
2
+ R b ) + ω 2 (L + L b )
× Es
Eb =
17 2 + (314 2 × 0,030152)
(2,28 + 17) 2 + 314 2 (0,00737+ 0,03015) 2
× 234,9093
E
b
3 78 , 6259824
=
× 234,909
5 10 , 5169584
= 202,302
Volt
Sehingga diperoleh % kedip tegangan :
=
•
220 − Eb
220− 202,302
× 100% =
x100% = 8,04 %
220
220
Untuk Rb = 5,8 Ohm
5,8 2 + (3142 × 0,030152 )
Eb =
(2,28 + 5,8) 2
Eb =
+ 314 2 (0,00737+ 0,03015 ) 2
123,2659
204,0849
× 234,909
× 234,9093
= 182 , 5645 Volt
Sehingga diperoleh % kedip tegangan:
% =
220 − E b
× 100 %
220
=
220 − 182,5645
x 100 % = 17,02 %
220
Sedangkan untuk nilai Rb yang lain dengan rentang kedip tegangan antara 8% hingga 17% dapat dilihat pada Tabel
2.
Tabel 2. Kedip Tegangan Tanpa Kompensator Seri
Rb
17
15.55
14.24
12.96
11.8
10.67
9.54
8.41
7.2
5.8
Eb
202.3021
200.1134
197.9687
195.7235
193.574
191.399
189.1835
186.989
184.7663
182.5645
Rb2+w2LB2
378.6259824
331.4284824
292.4035824
257.5875824
228.8659824
203.4748824
180.6375824
160.3540824
141.4659824
123.2659824
(R+Rb)2+(w2(L+Lb)2
510.5169584
456.7074584
411.7089584
371.0561584
337.0449584
306.5010584
278.5109584
253.0746584
228.6689584
204.0849584
Es
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
234.9093
%kd
8.044%
9.039%
10.014%
11.035%
12.012%
13.000%
14.008%
15.005%
16.015%
17.016%
Simulasi Penelitian
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan, maka dibuatlah simulink pada kondisi normal dan kondisi
kedip tegangan. Untuk kedip tegangan dibuat pada kondisi 8% dan 17 %. Selanjutnya model simulink dan hasil
bentuk gelombang tegangan normal dengan range 1 detik diperlihatkan dalam Gambar 2 dan 3.
Gambar 2. Blok Diagram Simulasi Sistem Tenaga Listrik dalam Kondisi Tegangan Normal
Gambar 3. Grafik Hasil Simulasi Jaringan Sistem Tenaga Listrik dalam Kondisi Tegangan Normal
Kemudian pada Gambar 4 dan 6 merupakan sistem simulasi yang diberi sinyal masukan, yaitu amplitudo dan
frekuensi pada blok Es, dan interval waktu pada komparator pengurang blok A1 dan A2. Kedua sinyal masukan
tersebut dijumlahkan masing-masing pada komparator blok B1 dan B2. Sinyal keluaran dari blok B1 dan B2 sudah
memiliki alokasi interval waktu masing-masing, selanjutnya dimasukkan pada blok fungsi alih sistem. Keluaran
kotak B1 dimasukkan pada fungsi alih sistem yang dalam kondisi tegangan normal blok G1(s). B2 dimasukkan pada
fungsi alih sistem dalam kondisi terjadi kedip tegangan blok G1(s). Untuk kondisi kedip tegangan 8% diperlihatkan
dalam Gambar 4, sedangkan untuk kedip tegangan 17% diperlihatkan dalam Gambar 6.
Selanjutnya, dengan menggabungkan kembali komparator jumlah blok C, hasilnya dapat dilihat pada blok display 1.
Untuk hasil simulasi Gambar 4 dengan kondisi kedip tegangan yang terjadi sebesar 8 % dapat kita lihat pada
Gambar 5. Pada kondisi 0 hingga 0,3 detik, tegangan di set dalam kondisi normal yaitu sebesar 220 Vrms, antara 0,3
hingga 0,6 detik terlihat terjadi kedip tegangan sebesar 8 % yaitu tegangan menjadi 202,457 Vrms dan waktu antara
0,6 detik hingga 1 detik tegangan kembali ke kondisi normal. Demikian pula untuk hasil simulasi Gambar 6
diperlihatkan dalam Gambar 7 dengan kondisi kedip tegangan yang terjadi sebesar 17 % pada waktu 0,3 hingga 0,6
detik dengan tegangan 182,922 Vrms.
Gambar 4. Blok Diagram Simulasi Jaring Sistem Tenaga Listrik dalam Kondisi Tegangan Normal dan Kedip Tegangan 8 %
Gambar 5. Grafik Hasil Simulasi Jaring Sistem Tenaga Listrik dalam Kondisi Tegangan Normal dan Kedip Tegangan 8%
Gambar 6. Blok Diagram Simulasi Jaring Sistem Tenaga Listrik dalam Kondisi Tegangan Normal dan Kedip
Tegangan 17 %.
Gambar 7. Grafik Hasil Simulasi Jaring Sistem Tenaga Listrik dalam Kondisi Tegangan Normal dan Kedip Tegangan 17%
3.2 Pembahasan Hasil Penelitian
Menurut Mahmudsyah S. dan Pujiantara M., (2000) mutu tenaga listrik yang diterima oleh konsumen selalu
berhubungan dengan beberapa parameter listrik baik dalam keadaan steady-state maupun dalam keadaan peralihan.
Parameter listrik yang dimaksud adalah, variasi tegangan, variasi frekuensi, ketidak-seimbangan dan harmonik.
Kedip tegangan (flicker voltage atau voltage dips) merupakan fluktuasi tegangan dalam waktu yang relatif singkat
yang merupakan gangguan mutu pelayanan. Kedip tegangan adalah suatu fenomena fluktuasi tegangan terhadap
harmonisa nominalnya dengan laju perubahan yang cepat.
Selanjutnya, hasil penelitian Wardani (1996) mengungkapkan, terjadinya kedip tegangan ini akan
mempercepat proses kerusakan komponen sistem dan mengganggu penglihatan terutama apabila menggunakan
cahaya dari lampu pijar. Semakin besar fluktuasi tegangan, berarti semakin besar pula kedip tegangan yang terjadi
.Gangguan tegangan pada suatu beban akan dirasakan oleh konsumen lain, terutama yang terpasang pada feeder atau
saluran yang sama. Pengamatan terhadap kedip tegangan merupakan aspek yang penting dalam perencanaan dan
pelayanan tenaga listrik. Apabila hal ini diabaikan akan berakibat cukup serius yang akhirnya dapat menimbulkan
masalah antara perusahaan pemasok listrik dengan konsumennya, karena memperpendek umur penggunaan
peralatan serta merusak kesehatan mata.
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan menunjukkan adanya perubahan yang berubah-ubah akan
memberikan peluang terjadinya kedip tegangan yang terjadi. Hasil pemodelan yang telah dibuat telah membuktikan
bahwa semakin tinggi persentase (17%) kedip tegangan yang terjadi, maka semakin besar pula fluktuasi tegangan
yang terjadi. Kemudian penggunaan fungsi alih tegangan untuk memodelkan kedip tegangan merupakan salah satu
solusi yang dapat digunakan untuk membuat simulasi dalam penelitian yang berhubungan dengan kedip tegangan.
Model ini sangat sederhana, tetapi mempunyai akurasi yang tinggi, asalkan tidak terdapat kesalahan dalam analisis
matematika yang digunakan.
4.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.
2.
Penggunaan fungsi alih jaringan listrik dapat digunakan untuk memodelkan kedip tegangan dengan mengubahubah nilai tahanan beban (Rb).
Semakin tinggi persentase perubahan kedip tegangan yang terjadi pada jaringan listrik, akan menyebabkan
semakin besar fluktuasi tegangan yang terjadi dalam jaringan listrik.
DAFTAR PUSTAKA
Mahmudsyah S., dan Pujiantara M.. 2000, ”Fenomena Kedip Tegangan pada Sistem Tenaga Listrik dan Usaha
Pebaikannya” Workshop Kedip Tegangan 2000 PT PLN (Persero) Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban
Jawa Bali.
Nur Pamuji, dkk. (2000). ”Kedip Tegangan di Sistem Tenaga Listrik Jawa Bali”, Workshop Kedip Tegangan 2000,
PT PLN (Persero) Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Jawa Bali.
Susanto J., dkk. (1992). “Pengukuran dan Analisa Kedip Tegangan di Gardu Induk Gunung Garuda yang Mensuplai
Tanur Busur Listrik PT. Gunung Garuda”., Laporan Teknik LMK No. 012 DSL 007 J/92.
Susanto J. (1993). “Survey Kedip Tegangan dengan Pengukuran Tegangan pada Kelistrikan Jawa Bali”, Energi dan
Listrik Vol. 2 No. 2/3.
Satrianto N., dkk. (2001). ”Studi Masalah Kedip Tegangan (Flicker) pada Sistem Tenaga Listrik”, Proceeding
Seminar Nasional dan Workshop Tegangan Tinggi IV. Universitas Tanjung Pura.
Stevenson, JR,W, D. (1994). Analisa Sistem Tenaga Listrik. Edisi Keempat . Erlangga, Jakarta.
Wardani. (1996). “ Pengaruh Beban Industri pada Mutu Tenaga Listrik”. Energi dan Listrik, .Volume VI. No.2 Juni.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih sebesar-besaranya disampaikan kepada Direktorat Jenderal Kementerian Ristek dan
Pendidikan Tinggi yang telah membiayai penelitian ini. Penelitian ini merupakan sebagian dari hasil penelitan
Unggulan Perguruan Tinggi (UPT) Tahun I yang sementara dilaksanakan pada Tahun 2016 dibawa koodinasi
Lembaga Penelitian Undana Kupang.