Apa itu Harmonik dalam Sistem Listrik? Cara Menghilangkan Harmonic Menggunakan Filter Harmonic Aktif dan Pasif

Apa itu Harmonik dalam Sistem Listrik?

Dalam sistem tenaga, harmonik didefinisikan sebagai kelipatan bilangan bulat positif dari frekuensi dasar. Harmonik adalah tegangan atau arus yang terjadi pada kelipatan frekuensi dasar. Hal ini sering dianggap sebagai kebisingan di saluran listrik.

Harmoni pada sistem tenaga listrik dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu harmonik arus dan harmonik tegangan.

Harmoni arus yang diinduksi oleh beban non-linier seperti VSD (variable speed drive). Beban nonlinier menarik arus dari saluran listrik yang tidak dalam bentuk gelombang sinusoidal yang sempurna. 

Bentuk gelombang arus nonsinusoidal dapat berupa rangkaian kompleks sinusoidal sederhana yang dapat berosilasi pada bilangan bulat, kelipatan dari frekuensi dasar saluran listrik.

Dalam kebanyakan kasus, harmonik tegangan disebabkan oleh harmonik arus. Harmoni tegangan terjadi karena tegangan terdistorsi yang dihasilkan oleh pengaruh harmonisa arus dengan impedansi sumber.

Gambar di atas menunjukkan bentuk gelombang arus tertekan melintasi beban non-linier. Di sini bentuk gelombang arus yang terdistorsi tidak mengikuti gelombang sinusoidal. Hal ini menunjukkan harmonisa arus pada sistem tenaga listrik.

Mengapa Harmonik pada Sistem Tenaga Listrik perlu dihilangkan?

Harmoni arus dan tegangan berbanding lurus dengan transfer daya bising ke Beban. Berbagai peralatan rumah tangga dan kantor bertanggung jawab atas harmonik dalam sistem tenaga listrik. Harmoni sistem tenaga seringkali meningkatkan arus beban, untuk mengetahui lebih lengkap mengenai motor listik silahkan baca Motor listrik pengertian dan prinsipkerja

Berbagai instrumen, seperti lampu Fluorescent di pabrik atau di rumah atau kantor, terpengaruh oleh harmonik dan mengalami berbagai malfungsi. Motor sangat dipengaruhi oleh harmonik sistem tenaga.

Kadang-kadang harmonik dalam sistem tenaga bisa sangat berbahaya dan meningkatkan daya yang dikirim ke instrumen yang menyebabkan kenaikan suhu pada Beban dan dapat memperpendek umur instrumen.

Untuk mengatasi harmonik sistem tenaga ini, perlu dilakukan rekonstruksi sambungan daya untuk menggerakkan beban nonlinier dan memperkenalkan filter harmonik pada sistem tenaga.

Jenis Filter Harmonik

Filter harmonik sangat efektif untuk melindungi peralatan listrik yang mahal dari keluaran daya yang terdistorsi akibat harmonik. 

Ada berbagai jenis filter harmonik yang tersedia di pasar listrik dan elektronik tergantung pada daya pengenal, tegangan yang diterapkan, fase tunggal atau tiga fase, dan parameter bergantung beban lainnya.

Namun, ada dua jenis utama filter harmonik yang tersedia yaitu Filter Harmonic Pasif dan Filter Harmonic Aktif.

Perbedaan utama antara kedua jenis filter harmonik ini adalah komponen yang digunakan untuk desain filter. Filter harmonik pasif menggunakan komponen pasif sederhana terutama resistor, induktor, dan kapasitor. 

Sedangkan filter harmonik aktif menggunakan komponen aktif seperti berbagai jenis BJT, IGBT, MOSFET dan sirkuit terpadu.

Karena filter harmonik adalah peralatan keselamatan saluran listrik,filter ini harus memenuhi standar keselamatan internasional seperti IEEE, EN, AS, BS dan tanda UL laboratorium penjamin emisi.

Juga, filter harmonik dapat dirancang dalam urutan yang berbeda. Seperti filter harmonik orde ketiga dapat menyaring frekuensi yang merupakan kelipatan ketiga dari frekuensi dasar.

Filter Harmonic Pasif

Filter harmonik pasif adalah filter harmonik yang paling umum dan mudah didapat. Ini adalah filter yang terjangkau untuk menekan gangguan harmonik pada saluran listrik.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, filter harmonik pasif menggunakan komponen pasif standar seperti resistor induktor dan kapasitor. Komponen pasif tersebut digunakan untuk membentuk rangkaian tangki. 

Rangkaian tangki dirancang dengan cara khusus sehingga dapat dioperasikan pada frekuensi resonansi yang sama terhadap harmonik yang tidak diinginkan. Filter harmonik pasif memblokir harmonik yang tidak diinginkan untuk lewat. 

Filter harmonik pasif mengubah arus harmonik menjadi panas dan melindungi perangkat akhir atau beban. Filter dapat disetel ke frekuensi tertentu yang perlu dihilangkan sebagai harmonik.

Ada empat jenis filter harmonik pasif yang digunakan:

1. Filter lolos tinggi
2. Filter bandpass
3. Filter tipe C dan
4. Filter seri.

Pass filter tinggi

Filter harmonik pasif lolos tinggi digunakan untuk menghilangkan harmonik orde tinggi dan memiliki kontrol fleksibel pada rentang frekuensi yang luas. Desain dasar filter harmonik high pass menggunakan tiga komponen pasif, resistor, kapasitor, dan induktor.

Pada gambar di atas, kita dapat melihat konstruksi dasar filter harmonik pasif high pass. Konstruksi menunjukkan resistor dan induktor dalam hubungan paralel kapasitor secara seri. 

Filter menghasilkan karakteristik impedansi datar dalam rentang frekuensi tinggi. Frekuensi tinggi mengurangi kehilangan daya.

Jenis filter ini terutama digunakan untuk memfilter arus urutan ke-5 / ke-6 atau lebih tinggi. Seringkali filter yang berbeda digabungkan dengan filter harmonik lolos tinggi untuk menghilangkan kehilangan daya saat digunakan dalam aplikasi orde rendah atau frekuensi rendah.

Kurva impedansi dengan frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Filter bandpass

Filter harmonik bandpass adalah filter yang disetel ganda. Filter harmonik bandpass terdiri dari dua kapasitor, dua induktor, dan satu resistor. 

Ini juga digunakan untuk tujuan filtrasi harmonik orde tinggi. Filter ini bekerja dengan menggabungkan resonansi paralel dari filter bandpass standar bersama dengan resonansi seri induktor dan kapasitor yang digabungkan.

Pada gambar di atas, skema filter bandpass dasar ditampilkan. Rangkaian filter memiliki dua bagian, pada bagian pertama kapasitor C2 dan induktor L2 dihubungkan secara seri sedangkan pada bagian kedua resistor, induktor, dan kapasitor dihubungkan secara paralel. Bagian pertama dan bagian kedua juga dihubungkan secara seri.

Karakteristik impedansi dengan frekuensi dapat ditunjukkan pada grafik di bawah ini.

Filter tipe C

Filter tipe C digunakan untuk tujuan filtrasi harmonik orde rendah seperti urutan kedua atau ketiga. Filter tipe C memiliki kerugian yang lebih rendah daripada bandpass yang setara atau filter seri.

Filter tipe C terdiri dari 4 komponen pasif - dua kapasitor, induktor, dan resistor tunggal.

Pada gambar di atas, konstruksi dasar filter tipe c ditampilkan. Sebuah kapasitor dihubungkan secara seri dari sebuah induktor yang lagi-lagi dihubungkan secara paralel dengan resistor. Sambungan paralel tiga komponen dihubungkan lagi secara seri dengan kapasitor kedua.

Resistor menekan arus fundamental yang diciptakan oleh induktor dan kapasitor berosilasi.

Kurva Impedansi ditunjukkan pada gambar di bawah ini-

Filter seri

Filter seri disebut sebagai filter pasif penekan harmonik yang disetel tunggal. Filter ini memiliki sifat konstruksi paling sederhana. 

Hanya tiga komponen pasif - kapasitor tunggal, induktor, dan resistor digunakan secara seri. Filter ini menghilangkan frekuensi tunggal.

Konstruksi filter ini dapat ditunjukkan pada gambar di atas ini dimana 3 komponen pasif dihubungkan secara seri untuk membentuk filter harmonik seri yang disetel tunggal.

Karakteristik Impedansi ditunjukkan pada gambar di bawah ini –

Filter Harmonic Aktif

Seperti dibahas sebelumnya, filter harmonik pasif baik untuk menghilangkan harmonik yang terkait dalam saluran listrik. Namun, desain filter harmonik pasif sangat kompleks dan perancang harus merancang filter harmonik pasif sesuai dengan kebutuhan daya reaktif beban. 

Dalam kasus seperti itu, desain filter pasif sangat sulit dan menyebabkan operasi faktor daya yang buruk untuk kondisi beban tertentu.

Dalam hal ini, filter aktif lebih baik untuk menangani harmonik saluran listrik tanpa ketergantungan daya reaktif dari frekuensi dasar.

Filter harmonik aktif menggunakan metode yang sangat baik di mana filter menggunakan komponen harmonik yang diproduksi sendiri dan menyuntikkan ini ke saluran listrik yang membatalkan harmonik yang tidak diinginkan.

Ada berbagai jenis filter aktif yang tersedia yang menggunakan topologi berbeda untuk menghilangkan harmonik di saluran listrik.

Desain filter harmonik aktif yang paling umum menggunakan hal-hal dasar berikut seperti:

1. Inverter sumber tegangan menggunakan berbagai sakelar daya
2. Sampling dan referensi kontrol dari saluran listrik
3. Sistem PWM yang menginjeksi pulsa pengapian PWM ke dalam sistem sebagai harmonik.

Filter Harmonic Aktif menggunakan jenis sakelar semikonduktor yang berbeda yang membutuhkan daya untuk beroperasi.

Bagaimana memilih Filter Harmonic

Menentukan filter harmonik yang sempurna cukup rumit. Seseorang perlu mengidentifikasi frekuensi harmonik di mana filter perlu disetel. 

Dalam beberapa kasus, operasi filter gagal memenuhi tujuan hanya karena penyetelan yang salah pada frekuensi dasar tertentu di mana tidak ada harmonik.

Langkah penting pertama adalah mengidentifikasi urutan harmonik dan tergantung pada urutan harmonik filter perlu dipilih. 

Untuk menghilangkan distorsi harmonik frekuensi tunggal filter harmonik seri efisien tetapi dalam beberapa kasus filter harmonik disetel ganda perlu digunakan.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini