Inverter on-grid string: mode kerja dan indikator, kode alarm, resistansi isolasi dan arus sisa, proteksi jaringan, dan pemantauan produksi

Sebuah hotel memasang PLTS atap di gedung laundry: satu inverter string tiga fasa 20 kW dengan empat string 14 modul. Pada musim hujan, aplikasi pemantau mengirim alarm resistansi isolasi rendah hampir setiap pagi, dan alarm itu hilang sendiri sekitar pukul sembilan. Supervisor ingin menurunkan ambang proteksi isolasi di aplikasi, karena manual inverter menyebut kemungkinan itu. Teknisi membaca kalimat lengkapnya: ambang baru disetel setelah impedansi string ke PE dan kabel PE inverter diperiksa, dan setelah dipastikan bahwa impedansi memang di bawah ambang karena cuaca berawan atau hujan. Seminggu kemudian alarm yang sama muncul pada siang terik dan tidak hilang. Lokasi gangguan otomatis menunjuk 34 persen pada satu string; menurut rumus manual, gangguan berada di sekitar modul 4 beserta modul sebelum dan sesudahnya. Pemasang menemukan kabel antarmodul yang tergores rel di dekat modul 5. Satu kode ternyata punya dua sebab, dan hanya uji yang tepat yang memisahkannya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas inverter string on-grid tanpa trafo dari sisi teknisi hotel. Manual yang dibandingkan adalah tiga dokumen pabrik: manual pengguna inverter string 12 sampai 25 kW, manual pengguna inverter string 75 sampai 115 kW yang teksnya terpotong, dan manual pemasangan dan operasi inverter hibrida 11 sampai 30 kW. Setiap angka, kode, dan pola lampu adalah contoh dari satu manual pabrik; inverter lain dibaca dari manualnya sendiri.

Dirujuk ke bab lain: keselamatan sisi DC dan cara mematikan di Bab 90 tentang keselamatan sisi DC PLTS atap; batas string dan uji sebelum disambung di Bab 91 tentang string PV dan batas masukan inverter; larik dan pembumian rangka di Bab 93 tentang pemasangan dan perawatan larik modul surya di atap; tipe RCD di Bab 22; uji RCD di Bab 18; uji resistansi isolasi di Bab 17; sistem TN, TT, dan IT di Bab 20; genset dan produksi lokal di Bab 36; surja sisi AC di Bab 35; dan topologi inverter di Bab 8 · Otomotif & Mobilitas Listrik tentang motor traksi dan inverter dan Bab 86 tentang catu daya papan kendali.

Di luar wewenang teknisi hotel: menyetel kode jaringan, ambang proteksi, ambang isolasi, dan batas ekspor; memperbarui perangkat lunak; bekerja pada kabel DC; membuka inverter; serta mengurus izin dan SLO. Manual menyerahkan pemasangan, komisioning, dan penggantian komponen kepada profesional berwenang. Persyaratan instalasi PV di Indonesia ada di PUIL 2020 bagian 7-712 (SNI 0225-7-712:2021); isinya belum dapat dipastikan, sehingga tidak dibahas di bab ini.

Inverter string on-grid dan mode kerjanya

Inverter string on-grid (on-grid string inverter) adalah inverter yang menerima daya searah dari beberapa string modul surya dan menyalurkannya sebagai arus bolak-balik ke instalasi yang tersambung dengan jaringan listrik. Optimizer, meter daya, dan dongle komunikasi adalah perlengkapan pilihan. Inverter tanpa trafo tidak memiliki pemisahan galvanis antara sisi DC dan jaringan.

Pelacakan titik daya maksimum (maximum power point tracking, MPPT) adalah fungsi inverter yang terus menyetel tegangan kerja string agar daya keluarannya paling besar. Inverter 12 sampai 25 kW menerima empat string pada dua MPPT, inverter 75 sampai 115 kW 20 string pada 10 MPPT.

Manual inverter hibrida memberi ambangnya: di atas 160 V DC layar menampilkan "No AC connection" sampai pemutus AC dinyalakan; inverter bekerja bila tegangan DC di atas 200 V dan jaringan dalam batas; di bawah 160 V inverter lepas dan tersambung kembali otomatis. Keluar-masuk Standby pada pagi dan sore karena itu wajar.

Kode jaringan bawaan manual 12 sampai 25 kW adalah "N/A", sehingga inverter baru tidak menyala otomatis; parameter itu disetel profesional sebelum operasi pertama karena setelan salah dapat melanggar syarat sambungan jaringan. Daftar 30 kode jaringan manual itu tidak memuat kode Indonesia. Inverter hibrida memakai kode bawaan AS/NZS 4777.2 atau VDE 0126-1-1 bila kode negara tidak disetel dalam 30 detik. Kode yang terpasang dicatat sebagai data komisioning; pemilihannya urusan pemasang bersama operator jaringan. Inverter 12 sampai 25 kW mendukung sistem TN-S, TN-C, TN-C-S, TT, dan IT, yang dibahas di Bab 20, dengan tegangan netral ke PE di bawah 30 V pada sistem TT.

Membaca lampu indikator

Manual 12 sampai 25 kW memakai LED1 untuk sisi DC dan LED2 untuk sisi AC. Kedip lambat berarti 1 detik nyala dan 1 detik mati; kedip cepat 0,2 detik nyala dan 0,2 detik mati.

Bila LED1, LED2, dan LED3 merah tetap, perangkat keras rusak dan inverter harus diganti.

Pabrik yang sama memberi arti lain pada inverter 75 sampai 115 kW: lampu PV hijau tetap berarti paling sedikit satu string tersambung dengan tegangan MPPT paling sedikit 200 V; lampu PV atau jaringan berkedip hijau cepat saat lampu alarm merah menandakan gangguan lingkungan; lampu alarm merah tetap, kedip cepat, dan kedip lambat berarti alarm mayor, minor, dan peringatan. Inverter hibrida memakai satu lampu: hijau berkedip 0,5 detik nyala dan 2 detik mati untuk standby, hijau tetap normal, merah tetap gangguan. Pola "hijau berkedip" punya tiga arti pada tiga inverter; tempel tabel lampu unit yang terpasang di dekatnya.

Kode alarm: dari kode ke uji pembeda

Manual 12 sampai 25 kW membagi alarm menjadi tiga tingkat: mayor berarti daya turun atau produksi berhenti, minor berarti ada komponen rusak tanpa mengganggu produksi, dan peringatan berarti inverter normal tetapi daya turun karena faktor luar. Kode dua pabrik dapat dikelompokkan menurut sisi yang terganggu:

Kode menunjuk tempat mencari, bukan bagian yang rusak. Urutan berpikirnya:

1. Baca tingkat dan sisi. Alarm sisi DC berada di wilayah Bab 90 dan Bab 91; alarm sisi AC di wilayah sakelar, kabel, dan jaringan.
2. Bedakan sesaat dan menetap. Untuk tegangan jaringan kurang, alarm sesekali berarti jaringan abnormal sementara dan inverter pulih sendiri; yang menetap baru diperiksa.
3. Pilih satu uji pembeda, yaitu pengamatan yang memisahkan dua dugaan. Untuk jaringan hilang, dugaannya jaringan padam atau sakelar AC mati, dan pembedanya tegangan di sisi jaringan sakelar AC. Untuk arus balik string, pembedanya perbandingan jumlah modul dan tegangan rangkaian terbuka antar-string.
4. Tentukan siapa yang mengukur. Pekerjaan sisi DC milik pemasang menurut Bab 90.

Resistansi isolasi larik dan arus sisa

Resistansi isolasi larik (insulation resistance) adalah resistansi antara konduktor sisi DC string dan bumi. Pada inverter tanpa trafo, keluaran string tidak boleh dibumikan dan harus terisolasi baik terhadap bumi, sedangkan rangka dudukan modul harus dibumikan; tanpa pembumian rangka, inverter hibrida melaporkan isolasi rendah. Konsep sistem terapung dan pemantau isolasi ada di Bab 9 · Otomotif & Mobilitas Listrik tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan.

Manual 12 sampai 25 kW memberi dua sebab alarm isolasi rendah: larik terhubung singkat ke PE, atau string lama berada di lingkungan lembap sehingga isolasinya terhadap bumi buruk. Sebab kedua menjelaskan pola pagi hujan di kasus pembuka. Ambang isolasi bawaan inverter tidak tercantum di manual yang dibahas. Angka yang ada adalah uji pemasang: manual 75 sampai 115 kW menguji kabel PV negatif ke bumi pada 1.500 V DC; paling sedikit 1 MΩ normal, dan di bawahnya gangguan isolasi dicari. Cara kerja alat uji ada di Bab 17 tentang uji resistansi isolasi.

Alarm isolasi rendah memicu lokasi gangguan otomatis. Terminal PV negatif dinyatakan 0 persen dan PV positif 100 persen, sehingga

$n_\text{g} = N \times p$

dengan $n_\text{g}$ posisi dugaan gangguan (nomor modul), $N$ jumlah modul dalam string, dan $p$ persentase yang ditampilkan. Ketelitiannya plus minus satu modul dan lokasi hanya sampai tingkat MPPT; bila resistansi isolasi lebih dari 0,001 MΩ, gangguannya bukan hubung singkat dan modul diperiksa satu per satu. Langkah lanjutannya, yaitu menyambung string satu per satu dan melepas modul dugaan setelah inverter dimatikan dan sakelar DC OFF, adalah pekerjaan pemasang; teknisi hotel menghitung posisi dan mencatat cuaca serta jam.

Arus sisa (residual current) adalah selisih antara arus yang masuk dan arus yang kembali melalui konduktor aktif suatu sirkit, yang mengalir ke bumi lewat jalur yang tidak semestinya. Pemantau arus sisa terpadu (residual current monitoring unit, RCMU) adalah rangkaian di dalam inverter yang mengukur arus sisa dan memutus inverter dari jaringan bila nilainya melewati batas. Ketiga manual menyatakan fungsi itu, dan manual inverter hibrida memberi angkanya: lonjakan arus sisa lebih dari 300 mA selama lebih dari 300 ms menghasilkan Error 201. Pada manual 12 sampai 25 kW, alarm arus sisa abnormal berarti impedansi isolasi sisi masukan turun saat bekerja; bila menetap, impedansi string ke bumi diperiksa.

RCD di sisi AC inverter dan aturan Bab 22

Manual 12 sampai 25 kW meminta satu sakelar AC untuk setiap inverter, tanpa beban di antara inverter dan sakelarnya, dan melarang sakelar pisau. Bila sakelar AC berproteksi arus sisa, arus trip pengenalnya paling sedikit 300 mA; bila beberapa inverter melewati satu pengaman bocor utama, paling sedikit jumlah inverter kali 300 mA. Manual inverter hibrida tidak menyarankan pengaman bocor eksternal karena inverter sudah memiliki pendeteksi arus sisa presisi tinggi; bila tetap wajib, dipakai tipe A 300 mA atau lebih di antara inverter dan jaringan, dan beberapa pengaman bocor tidak berbagi satu netral agar tidak trip keliru.

Bab 22 tentang RCD menulis bahwa penyearah tiga fasa seperti VFD tiga fasa memerlukan RCD tipe B, dan manual pabrik diikuti bila meminta tipe yang lebih tinggi. Inverter PV tiga fasa juga konverter tiga fasa, sehingga keduanya tampak bertentangan. Konteksnya berbeda: anjuran tipe A 300 mA berasal dari pabrik inverter tanpa trafo yang menyebut pemantau arus sisa internalnya sebagai alasan, untuk RCD yang khusus melindungi sirkit inverter itu. Aturan Bab 22 tetap berlaku untuk VFD dan konverter yang manualnya tidak memberi pernyataan seperti itu. Manual tidak menjelaskan teknis mengapa tipe A cukup. Akibat praktisnya:

• tipe dan arus trip RCD sirkit inverter ditentukan perancang dan pemasang menurut manual inverter yang terpasang, dan teknisi hotel tidak menukarnya;
• bila arus inverter juga melewati RCD hulu, misalnya RCD 300 mA proteksi kebakaran di PHB utama, kecocokan tipenya ditanyakan ke perancang, karena Bab 22 menjelaskan bahwa arus bocor searah dapat membutakan RCD hulu bertipe lebih rendah.

RCD 300 mA itu bukan proteksi tambahan bagi orang; kotak kontak tetap memakai RCD 30 mA menurut Bab 22, dan RCD diuji menurut Bab 18 tentang uji pembumian, impedansi lingkar gangguan, dan uji RCD.

Proteksi jaringan, anti-islanding, dan aturan Indonesia

Untuk alarm tegangan jaringan kurang dan lebih, manual 12 sampai 25 kW memberi urutan: alarm sesekali dibiarkan pulih; bila menetap, tegangan jaringan diperiksa; bila di luar rentang, operator jaringan setempat dihubungi; ambang proteksi hanya diubah dengan persetujuan operator jaringan setempat; bila tetap lama, pemutus dan kabel AC diperiksa. Pola yang sama berlaku untuk frekuensi. Tegangan nominal dan toleransi jaringan Indonesia ada di Bab 13 tentang sistem suplai tegangan rendah di Indonesia.

Islanding (islanding) adalah keadaan pembangkit lokal tetap mencatu bagian jaringan yang sudah terputus dari sumber listrik utamanya. Spesifikasi kedua inverter hanya menulis anti-islanding "didukung", tanpa cara kerja atau waktu deteksi. Yang dapat diamati: saat jaringan padam inverter melaporkan jaringan hilang atau tidak ada AC, berhenti mengekspor, dan pulih otomatis setelah jaringan kembali.

Ketiga manual tidak membahas inverter bersama genset hotel. Bab 36 tentang genset, sakelar alih, dan suplai cadangan tidak mencakup inverter fotovoltaik, tetapi mencatat bahwa PUIL 2020 Bagian 8-2 untuk instalasi dengan produksi lokal meminta setiap sumber mempunyai sakelar utama yang cocok untuk isolasi, dengan peringatan permanen atau silih kunci. Perilaku inverter saat genset mencatu instalasi ditanyakan ke perancang sebelum terjadi.

Menteri ESDM meneken Permen ESDM No. 2 Tahun 2024 tentang PLTS atap pada 29 Januari 2024 dan menghapus skema jual-beli listrik. Kelebihan energi PLTS atap yang masuk ke jaringan tidak diperhitungkan dalam tagihan pelanggan, dan kapasitas pemasangan tidak lagi dibatasi seperti sebelumnya tetapi mengikuti kuota.

Peraturan itu mendefinisikan SLO sebagai bukti pengakuan formal bahwa instalasi berfungsi sesuai persyaratan dan laik dioperasikan. Pasal kewajiban SLO dan syarat teknis sambungan belum dapat dipastikan; tanyakan ke pemasang dan PLN setempat.

Pembatasan ekspor, pemantauan produksi, dan perawatan

Manual 12 sampai 25 kW menyediakan tiga mode di titik sambung: tanpa batas, daya nol (anti-aliran balik), dan daya terbatas dalam kW atau persen, dengan meter daya. Bila meter tidak terbaca atau komunikasi dongle putus lebih lama dari waktu deteksi, inverter mengikuti batas daya pengaman gagal. Meter rusak karena itu dapat menurunkan produksi tanpa alarm mayor. Nilai batas itu setelan pemasang. Mode daya nol atau terbatas dapat mencegah ekspor ke jaringan, tetapi pilihannya milik perancang dan pemasang.

Derating (derating) adalah penurunan daya keluaran yang dilakukan inverter sendiri karena masukan atau lingkungannya di luar rentang kerja penuh. Penyebab menurut manual: tegangan MPPT di bawah rentang beban penuh (Bab 91 tentang string PV dan batas masukan inverter); panas, karena inverter hibrida tidak boleh terkena sinar langsung atau dipasang dalam kotak tertutup dan menurunkan daya di atas 45 °C; serta ketinggian di atas 2.000 m untuk inverter 12 sampai 25 kW.

Catatan pemantauan yang berguna: alarm beserta jamnya, energi harian per inverter, cuaca, dan arus per string. Inverter hibrida menyediakan pemantauan string, dan inverter 75 sampai 115 kW diagnosis kurva I-V string. Inverter dengan larik serupa dibandingkan per kWp.

Jadwal manual 12 sampai 25 kW: sirip pendingin tiap 6 sampai 12 bulan; kondisi operasi, bunyi, dan parameter tiap 6 bulan; sambungan listrik dan pembumian pertama kali 6 bulan setelah komisioning lalu tiap 6 sampai 12 bulan; kekedapan terminal setahun sekali; sistem dimatikan sebelum membersihkan dan memeriksa pembumian. Cara membersihkan berbeda: manual itu melarang membersihkan komponen listrik dengan air, alkohol, atau minyak, sedangkan manual inverter hibrida membolehkan selubung dan layar dilap kain yang dibasahi air bersih setelah AC dan DC mati, tanpa pelarut atau abrasif. Inverter hibrida juga menyarankan sakelar DC diputar ON-OFF 5 kali setahun sekali tanpa menyebut keadaan tegangannya, sehingga langkah itu dikerjakan pemasang menurut manual unit. Inverter 75 sampai 115 kW yang tidak beroperasi 6 bulan atau lebih diuji profesional sebelum dioperasikan. Kerangka pemeliharaan terencana ada di Bab 81 tentang pemeliharaan listrik terencana dan pemeriksaan berkala.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Ambang, arus pengenal, dan aturan inverter berasal dari manual yang dibahas di atas.

Contoh 1: ambang inverter terhadap RCD 30 mA. Ambang Error 201 adalah 300 mA selama lebih dari 300 ms. Rasionya $300/30 = 10$, padahal menurut Bab 22 tentang RCD, RCD 30 mA boleh trip mulai 15 mA. Pemantau internal itu tidak dibaca sebagai proteksi sentuh setara RCD 30 mA.

Contoh 2: pagi hujan dan siang terik. Log: alarm isolasi rendah Senin 06.50 sampai 09.05 (135 menit) dan Selasa 07.10 sampai 08.40 (90 menit) setelah hujan, Rabu tidak ada, Kamis mulai 12.30 pada cuaca terik tanpa hilang. Senin dan Selasa cocok dengan sebab lembap; Kamis tidak. Uji pemasang pada 1.500 V DC: tiga string di atas 20 MΩ, satu string 0,4 MΩ. Karena 0,4 MΩ di bawah 1 MΩ, gangguan string itu dicari, dan ambang di aplikasi tidak disentuh.

Contoh 3: lampu pada pagi cerah. Pukul 08.30 LED1 berkedip hijau lambat dan LED2 mati: DC ada, AC tidak ada, disertai alarm jaringan hilang. Teknisi berkompeten mengukur tegangan di sisi jaringan sakelar AC: ada, sehingga jaringan tidak padam dan sakelar AC yang mati. Sakelar tertinggal OFF sejak pemeliharaan PHB pukul 06.00. Dengan rata-rata 6 kW selama 2,5 jam, energi yang hilang $6 \times 2{,}5 = 15$ kWh.

Contoh 4: tegangan lebih yang tidak terlihat di panel. Inverter 20 kW pada 400 V dengan faktor daya mendekati 1:

$I = \frac{P}{\sqrt{3}\,U} = \frac{20\,000}{\sqrt{3} \times 400} = 28{,}9 \text{ A}$

Kabel tembaga 10 mm² sepanjang 40 m memakai resistivitas 0,0225 Ω mm²/m dari Bab 28 tentang susut tegangan. Hasilnya $r = 0{,}00225$ Ω/m dan kenaikan tegangan antarfasa

$u = \sqrt{3}\,I\,L\,r = \sqrt{3} \times 28{,}9 \times 40 \times 0{,}00225 = 4{,}5 \text{ V}$

atau sekitar 2,6 V fasa-netral; reaktansi diabaikan. Bila PHB terukur 239 V, terminal inverter sekitar 241,6 V. Pemasang merekam tegangan di kedua titik beserta jamnya; ambang tidak diubah tanpa persetujuan operator jaringan.

Contoh 5: satu sakelar AC untuk dua inverter. Kontraktor mengusulkan dua inverter 20 kW pada satu pemutus. Arus maksimumnya $2 \times 33{,}6 = 67{,}2$ A pada 380 V. Berapa pun rating pemutusnya, usul itu ditolak karena manual meminta satu sakelar AC per inverter. Pemutus 40 A yang direkomendasikan untuk 20 kW adalah $40/33{,}6 = 1{,}19$ kali arus maksimumnya.

Contoh 6: dua inverter per kWp. Dua inverter beratap sama masing-masing mendapat $4 \times 14 \times 400 = 22{,}4$ kWp. Energi harian A 86 kWh dan B 69 kWh, atau 3,84 dan 3,08 kWh/kWp; B sekitar 19,8 persen lebih rendah. Arus string B pada jam yang sama: 9,1 A, 9,0 A, 0,0 A, dan 9,2 A. Satu string tanpa arus mewakili 25 persen sisi DC dan menjelaskan selisihnya. Inverter hibrida punya peringatan string terputus; pemeriksaannya milik pemasang menurut Bab 90 tentang keselamatan sisi DC PLTS atap.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan ke pemasang atau distributor bila:

1. LED1, LED2, dan LED3 merah tetap, atau lampu menunjukkan gangguan internal.
2. Alarm isolasi rendah atau arus sisa menetap pada cuaca kering, atau lokasi gangguan menunjuk satu string.
3. Sakelar DC membuka sendiri. Pada inverter 75 sampai 115 kW sakelar itu tidak langsung di-reset atau dinyalakan.
4. Sakelar DC atau kabel rusak atau berubah warna.
5. Alarm tegangan atau frekuensi jaringan menetap.
6. Ada permintaan mengubah kode jaringan, ambang proteksi, ambang isolasi, atau batas ekspor.
7. Inverter akan dinyalakan setelah 6 bulan atau lebih tidak beroperasi.
8. Ada petir, hujan, atau angin level 6 atau lebih saat pekerjaan luar ruang direncanakan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 90 tentang keselamatan sisi DC PLTS atap menjelaskan keselamatan sisi DC, Bab 91 tentang string PV dan batas masukan inverter membahas batas string, dan Bab 93 tentang pemasangan dan perawatan larik modul surya di atap membahas pembumian rangka yang memengaruhi alarm isolasi. Bab 22 tentang RCD dan Bab 18 tentang uji pembumian, impedansi lingkar gangguan, dan uji RCD tetap pemilik tipe dan uji RCD. Uji isolasi dibahas di Bab 17 tentang uji resistansi isolasi, sistem pembumian di Bab 20 tentang sistem pembumian TN, TT, dan IT, genset di Bab 36 tentang genset, sakelar alih, dan suplai cadangan, surja sisi AC di Bab 35 tentang tegangan lebih, proteksi surja, dan proteksi petir, dan sistem terapung di Bab 9 · Otomotif & Mobilitas Listrik tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan.

Latihan dan pembahasan

Referensi