Penjelasan Logis Fenomena Arus Netral Lebih Besar dari Arus Phasa

⚠️ Penjelasan Logis Fenomena Arus Netral Lebih Besar dari Arus Phasa

Secara normal, arus netral (In) pada sistem 3 phase simetris dan beban seimbang seharusnya:

= 0 (atau sangat kecil).

Namun pada kenyataannya di lapangan, terutama di gedung-gedung modern:

Arus netral bisa lebih besar dari arus di salah satu atau bahkan semua phasa.

🔎 Kenapa Ini Bisa Terjadi?

Jawabannya: harmonisa dari beban non-linear.

---

🧠 Beban Non-Linear & Harmonik: Akar Masalahnya

Beban seperti:

• Komputer, UPS, server

• Lampu LED

• Inverter (VFD), rectifier

• Charger elektronik

adalah beban non-linear yang tidak menarik arus sinusoidal murni, melainkan arus berbentuk “cacat” yang mengandung harmonik.

---

🔢 Apa Itu Harmonik?

Harmonik adalah komponen arus/tegangan pada frekuensi kelipatan dari frekuensi dasar (50 Hz):

• 3rd harmonic = 150 Hz

• 5th harmonic = 250 Hz

• 7th harmonic = 350 Hz
  dan seterusnya…

---

📈 Fenomena Penting: Harmonik Urutan Ke-3 dan Kelipatannya (Triplen Harmonics)

Dalam sistem 3 phase 4 kawat (yang umum di gedung), harmonik orde ke-3 dan kelipatannya (3rd, 9th, 15th…) dari tiap phasa justru tidak saling meniadakan di netral—melainkan menumpuk secara langsung (in-phase).

Itu artinya:

Arus netral (In) = 3 × arus 3rd harmonic dari masing-masing phasa

---

📐 Rumus (Simplifikasi)

Jika hanya mempertimbangkan harmonik orde ke-3:

In=(IR+IS+IT)2I_n = \sqrt{(I_{R} + I_{S} + I_{T})^2}In​=(IR​+IS​+IT​)2​

Namun untuk harmonik triplen (in-phase), maka bisa disederhanakan:

Inetral≈3×Iharmonic−3I_{netral} ≈ 3 × I_{harmonic-3}Inetral​≈3×Iharmonic−3​

---

🧪 Contoh Kasus

Misal:

• Arus R/S/T masing-masing = 30 A

• Terdapat 20% konten harmonik ke-3

Maka:

• I harmonic-3 per phase ≈ 6 A

• I netral ≈ 3 × 6 = 18 A (tanpa reduksi)

Jika beban tidak seimbang atau ada harmonik tambahan dari 5th, 7th, dll → total arus netral bisa melebihi 30 A, apalagi jika disuperposisikan dengan ketidakseimbangan phase.

---

📉 Efek dari Arus Netral Berlebih

• Overheating kabel netral

• Kerusakan isolasi

• Gangguan sistem proteksi (MCB, ELCB tidak trip)

• Resiko kebakaran

---

✅ Solusi Monitoring dan Mitigasi

1. Energy Monitoring System: Pantau arus netral & THD (Total Harmonic Distortion)

2. Audit Harmonik: Lihat profil beban dan analisis sumber harmonik

3. Filter aktif (AHF) atau pasif (filter LC): untuk reduksi harmonik spesifik

4. Redisain distribusi netral dan grounding untuk antisipasi

 

 

 

Diagram di atas menunjukkan bagaimana arus netral (garis putus-putus hitam) terbentuk dari penjumlahan arus tiga fasa (R, S, T) yang mengandung harmonik ke-3 (triplen harmonics).

Walaupun arus fasa tampak hampir seimbang, komponen harmonik ke-3 yang in-phase dari setiap fasa saling menumpuk di netral, menghasilkan arus netral yang jelas signifikan—bahkan bisa lebih besar dari salah satu arus fasa.

Diagram vektor (phasor diagram) di atas menunjukkan dua hal penting:

1. Arus Fundamental (Phase R, S, T): Ditunjukkan oleh vektor berwarna merah, hijau, dan biru, masing-masing berjarak 120 derajat, saling meniadakan di netral jika simetris.

2. Harmonik ke-3 (Triplen Harmonic): Ditunjukkan oleh tiga vektor ungu yang searah (in-phase)—artinya ketiganya akan menumpuk di kabel netral, menyebabkan arus netral meningkat signifikan.

Inilah alasan logis dan grafis kenapa arus netral bisa lebih besar dari arus phasa dalam sistem modern dengan banyak beban non-linear.