IEEE didirikan pada tahun 1963 oleh dua organisasi: American Institute of Electrical Engineers (AIEE) dan Institute of Radio Engineers (IRE). Standar kualitas daya IEEE berurusan terutama dengan limit gangguan kualitas daya pada titik sambungan umum atau common coupling (titik dimana utilitas terhubung ke pelanggan atau pengguna akhir).
Lima perkumpulan teknik dan tiga badan pemerintah mendirikan ANSI pada tahun 1918. ANSI memiliki tanggung jawab resmi untuk mengadopsi standar di Amerika Serikat. ANSI tidak mengembangkan standar, tetapi memfasilitasi pengembangan standar oleh kelompok yang memenuhi syarat, seperti IEEE.
IEC lahir pada tahun 1890 di pameran dan konferensi listrik yang diadakan di St. Louis oleh beberapa perintis kelistrikan terkenal. Kelompok kerja standar kualitas daya IEC sangat memperhatikan standar yang berhubungan dengan perdagangan internasional. Referensi IEC untuk standar kualitas daya sebagai standar kompatibilitas elektromagnetik menggambarkan bahwa perhatian utama IEC adalah kompatibilitas peralatan pengguna akhir terhadap suplai listrik utilitas sistem.
- Organisasi Standar Domestik Lainnya
Di Amerika Serikat, organisasi lain, seperti EPRI, UL, NEMA, NFPA, dan NIST, juga telah mengembangkan standar kualitas daya. Bahkan komisi utilitas publik di kota-kota besar juga mengadopsi standar kualitas dayanya sendiri.
- Organisasi Standar Internasional Lainnya
Selain IEC dan ESKOM, standar utilitas Afrika Selatan, European Standards Community Standards Organization (CENELEC) telah mengembangkan standar kualitas daya yang disebut Euronorms. The International Union of Producers and Distributors of Electrical Energy (UNIPEDE) menerbitkan panduan pengukuran untuk karakteristik tegangan. Organisasi standar Prancis, Union Internationale d’Electrothermie (UIE), sedang mempersiapkan panduan kualitas daya tentang penurunan tegangan, interupsi durasi pendek, harmonisa, dan ketidakseimbangan.
2. Tujuan Standar Kualitas Daya
Standar kualitas daya memberikan perlindungan peralatan dari kegagalan atau kesalahan pengoperasian dengan menetapkan batas terukur sejauh mana tegangan, arus, atau frekuensi dapat menyimpang dari kondisi normalnya. Dengan menetapkan batasan ini, standar kualitas daya membantu utilitas dan pengguna akhir mendapatkan kesepakatan tentang tingkat layanan yang dapat diterima dan tidak dapat diterima.
3. Jenis Standar Kualitas Daya
Ada begitu banyak jenis standar kualitas daya sehingga utilitas dan pengguna akhir perlu melindungi peralatan mereka dari kerusakan. Tabel 3.1, dari Standar IEEE 1159-1995, memberikan ringkasan berbagai jenis standar kualitas daya IEEE. Tabel 3.2 memberikan panduan pengguna sederhana untuk standar IEC dengan mengaturnya menurut kategori umum, lingkungan, batasan, pengujian dan pengukuran, serta instalasi dan mitigasi. Tabel 3.3, membandingkan standar Amerika Serikat dan standar internasional menurut gangguan dan tujuan standar yang sesuai. Dan Tabel 3.4 menggunakan pendekatan ini untuk mengkategorikan berbagai standar kualitas daya Amerika Serikat.
- Standar Voltage Sag (Dip)
Penurunan tegangan biasanya merupakan variasi kualitas daya terpenting yang mempengaruhi pelanggan industri dan komersial. Standar IEEE 493-1990, hal. 38 sudah memasukkan penurunan tegangan dalam definisi keandalan. Indeks paling dasar untuk kinerja penurunan tegangan adalah rata-rata sistem rms (variasi) tegangan indeks frekuensi atau System Average rms variation Frequency Index Voltage (SARFIx).
Standar diperlukan untuk menentukan efek penurunan tegangan pada peralatan elektronik sensitif, yang disebut pada IEEE Standard P1346. Standar ini berisi indeks yang akan memungkinkan insinyur industri untuk mengevaluasi seberapa sensitif proses industri mereka terhadap penurunan tegangan.
ANSI/IEEE C62.41-1991, menangani transien pada sebuah gedung. Standar ini berkaitan dengan pengaruh transien pada sisi beban meteran. Standar ini mengkategorikan lokasi transien dan jenis bentuk gelombang transien. Ketiga lokasi tersebut adalah: kategori A, apapun yang ada di sisi beban stop kontak dinding; kategori B, sistem distribusi bangunan; dan kategori C, apapun yang ada di luar gedung atau di sisi suplai dari sistem distribusi utama gedung tersebut.
- Standar Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS)
Cara paling populer untuk melindungi peralatan komputer dan peralatan elektronik sensitif lainnya adalah dengan menggunakan penekan lonjakan tegangan transien atau TVSS. Perangkat ini melindungi voltase dari transien atau lonjakan dan menjaganya agar tidak merusak peralatan elektronik. Standar utama untuk TVSS adalah Underwriters Laboratories Standard UL1449.
- Sistem Catu Daya Uninterruptible Power Supply (UPS)
Tujuan dari sistem catu daya UPS adalah untuk melindungi peralatan sensitif dari lonjakan tegangan dan hilangnya daya. UPS sering kali berisi perangkat penekan lonjakan arus dan beberapa jenis catu daya, seperti baterai atau genset motor. Untuk alasan keamanan, Underwriters Laboratories telah mengembangkan standar khusus untuk UPS, UL 1778.
Standar utama untuk ketidakseimbangan tegangan serta persyaratan tegangan kondisi mapan (steady state) adalah ANSI C84.1-1995. Standar ini menentukan bagaimana peralatan dirancang untuk beroperasi pada tegangan tidak melebihi +6% atau kurang dari -13% dari tegangan sistem nominal 120/240V. Gambar 3.1 merangkum standar tegangan ini. Rentang A berlaku untuk kondisi normal. Rentang B berlaku untuk durasi pendek atau kondisi tidak biasa.
- Fluktuasi Tegangan atau Standar Flicker
Standar utama Amerika Serikat untuk fluktuasi tegangan terdapat pada IEEE 519-1992, dan IEEE 141-1995. Standar internasional untuk mengukur flicker adalah IEC 1000-4-15, dan untuk menetapkan batas flicker peranti individu adalah IEC 1000-3-3. Semua standar ini berusaha untuk membatasi flicker pencahayaan sehingga tidak mengganggu orang yang melihatnya.
Peralatan elektronik tidak sanggup menahan lebih dari 5% faktor distorsi tegangan harmonik, dengan satu harmonik tidak lebih dari 3% dari tegangan dasar. Standar harmonik untuk Amerika Serikat, IEEE 519-1992, mengakui bahwa sumber utama arus harmonik adalah beban nonlinier yang terletak di sisi meteran pengguna akhir (pelanggan utilitas). IEEE 519-1992 menetapkan batas arus pada titik kopling umum atau point of common coupling (PCC), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.
ANSI / IEEE Standar C57 mengungkapkan permasalahan harmonisa yang menyebabkan transformator menjadi terlalu panas. IEEE dan UL telah mengadopsi standar untuk membuat trafo biasa atau merancang trafo khusus yang dapat menahan efek harmonisa. Transformator yang dirancang khusus ini disebut transformator faktor-K.
Trafo faktor-K memiliki fitur tertentu yang memungkinkannya menangani panas tambahan akibat arus harmonisa. Underwriters Laboratories, UL 1561, mengembangkan konstanta faktor K untuk memperhitungkan efek harmonisa pada pembebanan dan rugi-rugi transformator. Langkah untuk menghitung faktor K dari sebuah transformator ditunjukkan pada Gambar 3.3. Singkatnya, tujuan pemeringkatan faktor-K adalah untuk menentukan rangking transformator terhadap harmonisa, mengurangi kerugian efek kulit (skin-effect), dan mengurangi kemungkinan saturasi inti.
Beban elektronik nonlinier fase tunggal akan mengalirkan arus pada saat titik puncak gelombang tegangan. Beban-beban ini digabungkan dalam rangkaian tiga fasa menghasilkan harmonik triplen (kelipatan dari harmonik orde ketiga). Harmonik triplen tidak membatalkan harmonik satu dan yang lain tetapi bersifat aditif dan kembali secara eksklusif melalui konduktor netral. Dengan demikian, arus netral dapat melebihi kapasitas konduktor netral. IEC 1000 3-2, telah menetapkan batasan untuk harmonik triplen yang dihasilkan oleh berbagai peralatan pada fase tunggal.
Listrik statis seringkali menjadi penyebab tersembunyi dari kualitas daya yang buruk. National Institute of Standards and Technology menyadari masalah ini ketika menerbitkan Federal Information Processing Standards Publication (FIPS Pub.) 94, pada tahun 1983. Gambar 3.4 dikutip dari FIPS Pub. 94 menunjukkan pelepasan muatan statis dari jari ke saklar. Pub FIPS. 94 menyebutkan bahwa dengan menjaga kelembapan setidaknya 50%, meningkatkan konduktivitas karpet, furnitur, serta merawat sepatu dan pakaian dengan preparat antistatis, pengguna dapat mengurangi muatan listrik statis secara signifikan.
Komputer sensitif terhadap variasi kualitas daya pada aplikasi lain, misalnya terhadap telepon. Tabel 3.5 mencantumkan beberapa standar yang sangat penting untuk melindungi kelancaran peralatan telepon. Selain standar telepon ini, perusahaan utilitas memiliki Standar IEEE 487, Recommended Practice for the Protection of Wire Line Communications Facilities Serving Electric Power Stations.
Standar utama untuk pemasangan kabel dan pentanahan adalah Standar IEEE 446, IEEE 141-1993, IEEE 142-1991, IEEE 1100, Pub FIPS. 94, NEC, dan ANSI / NFPA 70. Standar NEC berkaitan dengan penyediaan pentanahan yang memadai untuk melindungi publik dari sengatan listrik. Standar ini juga berkaitan dengan pengaturan standar pentanahan yang melindungi peralatan sensitif dari kerusakan atau kesalahan pengoperasian yang disebabkan oleh arus pentanahan dari luar sistem.
Peningkatan penggunaan peralatan elektronik sensitif pada industri kesehatan untuk memantau, mendiagnosis, dan mempertahankan fungsi vital pasien menyebabkan IEEE, NFPA, dan IEC ikut mengembangkan standar. Beberapa dari standar kualitas tenaga peralatan kesehatan ini tercantum pada Tabel 3.6. Industri lain, seperti industri kayu dan kertas, mengandalkan standar kualitas daya umum untuk sistem kelistrikan, IEEE-519-1992.
Selama bertahun-tahun, berbagai organisasi telah mengembangkan standar kualitas daya setiap kali masalah kualitas daya tertentu muncul. Salah satu hasil dari deregulasi utilitas adalah kebutuhan untuk menentukan siapa yang bertanggung jawab atas masalah kualitas daya tertentu dan apa yang diharapkan dari mereka untuk mengurangi masalah tersebut. Gambar 3.5 mengilustrasikan tren historis ini.
