ITS Undergraduate 16293 Paper 620343
Analisis Power Quality Pada Sistem Kelistrikan
PT. Indopipe Polyplast
Wahyu Adhawil A., Ontoseno Penangsang, Adi Soeprijanto
Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS
(SPLN 70-1), Untuk mencapai nilai tersebut maka perlu
dipasang Kapasitor bank yang berfungsi memperbaiki nilai
dari faktor daya. Peningkatan faktor daya ini tergantung
dari besarnya kapasitas nilai kapasitor yang dipasang
(dalam kVAR).
Beban tak linier yang merupakan penyebab utama
munculnya harmonisa pada sistem kelistrikan PT.Indopipe
Polyplast juga dapat menjadi masalah dalam kualitas daya,
harmonisa merupakan permasalahan yang sangat serius
bagi industri . Beban tak linier adalah peralatan-peralatan
elektronika daya seperti variable speed drive, rectifier,
inverter dan ups. Peralatan elektronika daya tersebut
membawa kerugian yaitu memberikan bentuk gelombang
yang tidak sinusoidal. Gelombang tersebut terinterferensi
dengan gelombang frekuensi tinggi (harmonisa) sehingga
menyebabkan gangguan pada sistem tenaga listrik beserta
peralatannya
Kedip tegangan dikarenakan drop tegangan dalam
waktu singkat yang disebabkan oleh gangguan dalam
sistem suplai dan starting beban-beban besar yang sangat
berpengaruh terhadap kontinyuitas operasional industri
karena dapat merusak peralatan-peralatan listrik yang
sensitive terhadap perubahan tegangan.
Tujuan yang hendak dicapai adalah mempelajari
kualitas daya dari sistem kelistrikan di PT Indopipe
Polyplast, khususnya tentang faktor daya, harmonisa, dan
tegangan kedip yang terjadi,kemudian memodelkan dan
mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut dengan
software ETAP 7.00 dan Menganalisa hasil simulasi serta
mencari solusi untuk memperbaiki rugi-rugi yang
ditimbulkan. Dengan demikan, diharapkan terjadi
perbaikan kualitas daya listrik, dan pemakaian daya listrik
menjadi optimal.
Abstrak : Permasalahan kualitas daya
listrik meliputi Faktor daya, Harmonisa dan
Tegangan kedip. PT Indopipe Polyplast yang
memproduksi pipa jenis ekstrusi polietilena
menggunakan motor DC sebagai penggerak
utama (main drive). Penurunan faktor daya dan
munculnya harmonisa
akan mengurangi
effisiensi dari penggunaan energi listrik pada
system kelistrikan di PT indopipe Polyplast, serta
dapat meningkatnya biaya daya reaktif yang di
denda oleh PLN, kemudian dengan adanya
tegangan kedip akan berpengaruh pada
peralatan-peralatan yang sensitif terhadap
penurunan tegangan pada saat motor starting.
Untuk itu diperlukan evaluasi terhadap system
guna memperbaiki sistem tersebut.
Makalah ini akan membahas evaluasi
penurunan power quality pada sistem kelistrikan
PT.Indopipe
Polyplast
dan
upaya
penanggulangannya.
Kata kunci : Faktor daya, harmonisa, Tegangan
kedip
I.
PENDAHULUAN
Kualitas daya merupakan hal penting untuk menjaga
stabilitas sistem tenaga listrik. Suatu proses produksi pada
bidang industri sangat bergantung kepada peralatan listrik
untuk menjaga kelangsungan proses produksinya.
Permasalahan kualitas daya listrik bagi suatu industri
merupakan permasalahan yang sangat rumit dan
melibatkan berbagai peralatan listrik yang berbeda pada
sistem kelistrikannya. Pada saat yang bersamaan, bebanbeban yang terdapat pada sebuah industri saat sekarang ini
tergantung pada proses elektronik dan kontrol. Bebanbeban seperti itu, sering kali peka terhadap perubahan
kualitas daya listrik dari pada beban-beban elektromekanik yang lainnya.
PT Indopipe Polyplast yang memproduksi pipa jenis
ekstrusi polietilena menggunakan motor DC sebagai
penggerak utama (main drive) mempunyai Permasalahan
kualitas daya listrik yang meliputi Faktor daya, Harmonisa
dan Tegangan kedip. Faktor Daya yang ditetapkan oleh
PLN adalah sebesar > 85%
II.LANDASAN TEORI
1. Faktor Daya
Faktor daya sering disebut sebagai cos phi (cosine
phi) dimana phi adalah sudut antara daya nyata (S) dengan
daya aktif (P). P sendiri sama dengan (S*cos phi).
Sedangkan Q (daya reaktif) sama dengan (S*sin phi) atau
dapat juga diartikan sebagai perbandingan antara daya riil
(P:MW) terhadap daya kompleks (S:MVA) pada suatu
lokasi tertentu
Faktor Daya
= Daya Aktif (P) / Daya Nyata (S)
= kW / kVA
= V.I Cos φ / V.I
= Cos
1
ad
dalah n f0. Pada
P
satu periode gelomb
bang sinus yang
y
teerdistorsi oleh harmonisa teerdiri dari beb
berapa kompoonen
haarmonik, yaituu misalnya haarmonisa ke-1
1, ke-2, ke-3 dan
seeterusnya, harrmonisa kee-3 artinya harmonisa yang
y
mempunyai
m
frekuensi ttiga kali dari frekueensi
fu
undamentalnyaa, jadi bila frrekuensi fundamental 50 Hz,
maka
m
harmonnisa ke-3 meempunyai frekuensi 150 Hz,
attau dapat diituliskan denngan persamaan fh = n x f1,
diimana n adalahh bilangan buulat positif
Berikut inii adalah gambbar gelombang dari harmonnisa
teersebut :
Dapat dilihatt pada gambarr segitiga dayaa berikut :
Gam
mbar2.1 segitigaa daya
Fakktor daya mem
mpunyai nilai range antara 0 – 1 dan dappat
jugga dinyatakann dalam perseen. Faktor daaya yang baggus
apaabila bernilai mendekati
m
sattu.
Tann φ = Daya Reaaktif (Q) / Dayaa Aktif (P)
= kVAR / kW
karrena kompoonen daya aktif umum
mnya konsttan
(koomponen kVA
A dan kVAR berubah
b
sesuaai dengan fakttor
dayya), maka dappat ditulis sepeerti berikut :
Ga
ambar 2.2 Gelom
mbang Non Sinuusoidal Hasil dari Penjumlahan
Geelombang Fundam
mental dengan Geelombang Harmo
onisa ke 3
Filter pasiff merupakan ssalah satu mettode penyelesaaian
yaang efektif daan ekonomis uuntuk masalah
h harmonik. Fiilter
paasif sebagian besar didesaain untuk mem
mberikan baggian
kh
husus untuk mengalihkann arus harmo
onik yang tiidak
diiinginkan dalaam sistem teenaga. Ada dua
d macam fiilter
paasif yaitu filteer pasif seri dan filter passif paralel. Fiilter
paasif seri mem
miliki karakteriistik sebagai resonansi parralel
daan merupakaan tipe fillter yang bersifat
b
sebaagai
peenghalang, yang
y
memiliiki impedan
nsi tinggi pada
p
frekuensi tertenntu. Sebagai ccontohnya ad
dalah penggunnaan
omponen peenghalus ataau perata gelombang
g
p
pada
ko
peeralatan elektrronika daya. Sedangkan fiilter pasif parralel
memiliki
m
karaakteristik seebagai reson
nansi seri dan
merupakan
m
fillter yang bbertipe trap yang memiiliki
im
mpedansi yangg rendah padaa frekuensi teertentu. . Sebaagai
co
ontohnya adallah penggunaaan komponen
n penghalus atau
a
peerata gelombbang pada peralatan ellektronika daaya.
Seedangkan fillter pasif paaralel memiliki karakteriistik
seebagai resonannsi seri dan m
merupakan filter yang berrtipe
trap yang mem
miliki impedannsi yang rendaah pada frekueensi
teertentu.
Filter pasiff tersusun darri induktansi, kapasitansi, dan
reesistansi. Filteer pasif ini m
mempunyai beberapa
b
bentuk,
beerdasarkan susunan
s
ranggkaian komp
ponen-kompoonen
peenyusunnya. Secara
S
umum
m filter pasif dapat dibedaakan
daalam tiga jeniss :
• Filter deengan penalaann tunggal (Sin
ngle Tuned Shhunt
Filter).
d
penallaan ganda (Double Tuuned
• Filter dengan
Filter).
• High Passs Damp Filteer Type.
Ev
valuasi hassil pengukuuran harmon
nisa dilakuukan
beerdasarkan Staandard IEEE ssebagai beriku
ut :
Daya Reaktiff (Q) = Daya Akktif (P) x Tan φ
Jikka pf menjadi kecil maka kaapasitas daya aktif (kW) yaang
diggunakan akann berkurang. Kapasitas itu akan terrus
meenurun seiringg dengan menuurunnya pf sisstem kelistrikaan.
Sehhingga akan berdampak
b
padda:
• Membesarnya
M
a penggunaann daya listrikk kWH kareena
r
rugi
– rugi
• Membesarnya
M
a penggunaan daya listrik kVAR
k
• Mutu
M
listrik menjadi renndah karena jatuh teganggan
(voltage drops).
Sehhingga ratinng kapasitorr yang dipperlukan unttuk
meemperbaiki fakktor daya adallah,
Dayaa reaktif ( Δ Q ) = Q1 – Q2
Ataau,
Dayaa reaktif ( Δ Q ) = P x (tan θ1 - tan
θ2 )
2.
Harmonisaa Sistem Tenaaga listrik
Dalam sisttem Tenaga listrik yangg ideal, benttuk
gellombang teggangan yangg disalurkan ke peralattan
konnsumen dan bentuk gelom
mbang arus yang
y
dihasilkkan
adaalah gelombaang sinus murrni. Seiring dengan
d
semakkin
meeluasnya
p
penggunaan
beban-beban
non-liniier,
gellombang aruss maupun teegangan sinuusoidal tersebbut
dappat terdistorsi dan bentuknyya menjadi caacat. Harmonisa
sisttem tenaga didefinisikan sebagai
s
kompponen sinusoiddal
teggangan dan arrus yang mem
mpunyai frekkuensi kelipattan
bilaangan bulat (integer)
(
dari frekuensi dasar. Gelombaang
nonn sinusoidal dapat terbenntuk dengan menjumlahkkan
gellombang-gelombang sinussoidal, sepertti terlihat paada
Gaambar 2.2
Frekuensi dasar
d
dari gellombang terseebut dinamakkan
frekkuensi fundaamental dan gelombangnnya dinamakkan
kom
mponen funddamental. Unntuk sistem tenaga denggan
frekkuensi dasar f0, frekuensi dari harmoonisa orde kee-n
Taabel 2.1. Standar 519 (19922) untuk THD voltage dan
IH
HD voltage IE
EEE
2
Bus Voltage at PCC
69 kV and below
69.001 kV through 161
kV
161 kV and above
IHDv (%)
3.0
1.5
THDv(%)
5.0
2.5
1.0
1.5
IV.
SIMULASI DAN ANALISIS
Dengan menggunakan modul Harmonics
Analysis pada software ETAP 7.0, dilakukan analisis titiktitik tertentu. Pada tabel 4.1 dibawah ini adalah data
mengenai profil harmonik pada bus bus yang mempunyai
faktor daya rendah dan harmonisa yang terdapat pada
Sistem Kelistrikan PT. Indopipe polyplast.
IHDv = Individual Harmonic voltage Distortion
THDv = Total Harmonic voltage Distortion
Tabel 4.1 Profil THD Tegangan dan faktor daya pada
Sistem Kelistrikan PT. Indopipe Polyplast
Tabel 2.2. Standar 519 (1992) untuk THD current
Isc / IL
50
50 => 100
100 =>
1000
> 1000
h
PT. Indopipe Polyplast
Wahyu Adhawil A., Ontoseno Penangsang, Adi Soeprijanto
Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS
(SPLN 70-1), Untuk mencapai nilai tersebut maka perlu
dipasang Kapasitor bank yang berfungsi memperbaiki nilai
dari faktor daya. Peningkatan faktor daya ini tergantung
dari besarnya kapasitas nilai kapasitor yang dipasang
(dalam kVAR).
Beban tak linier yang merupakan penyebab utama
munculnya harmonisa pada sistem kelistrikan PT.Indopipe
Polyplast juga dapat menjadi masalah dalam kualitas daya,
harmonisa merupakan permasalahan yang sangat serius
bagi industri . Beban tak linier adalah peralatan-peralatan
elektronika daya seperti variable speed drive, rectifier,
inverter dan ups. Peralatan elektronika daya tersebut
membawa kerugian yaitu memberikan bentuk gelombang
yang tidak sinusoidal. Gelombang tersebut terinterferensi
dengan gelombang frekuensi tinggi (harmonisa) sehingga
menyebabkan gangguan pada sistem tenaga listrik beserta
peralatannya
Kedip tegangan dikarenakan drop tegangan dalam
waktu singkat yang disebabkan oleh gangguan dalam
sistem suplai dan starting beban-beban besar yang sangat
berpengaruh terhadap kontinyuitas operasional industri
karena dapat merusak peralatan-peralatan listrik yang
sensitive terhadap perubahan tegangan.
Tujuan yang hendak dicapai adalah mempelajari
kualitas daya dari sistem kelistrikan di PT Indopipe
Polyplast, khususnya tentang faktor daya, harmonisa, dan
tegangan kedip yang terjadi,kemudian memodelkan dan
mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut dengan
software ETAP 7.00 dan Menganalisa hasil simulasi serta
mencari solusi untuk memperbaiki rugi-rugi yang
ditimbulkan. Dengan demikan, diharapkan terjadi
perbaikan kualitas daya listrik, dan pemakaian daya listrik
menjadi optimal.
Abstrak : Permasalahan kualitas daya
listrik meliputi Faktor daya, Harmonisa dan
Tegangan kedip. PT Indopipe Polyplast yang
memproduksi pipa jenis ekstrusi polietilena
menggunakan motor DC sebagai penggerak
utama (main drive). Penurunan faktor daya dan
munculnya harmonisa
akan mengurangi
effisiensi dari penggunaan energi listrik pada
system kelistrikan di PT indopipe Polyplast, serta
dapat meningkatnya biaya daya reaktif yang di
denda oleh PLN, kemudian dengan adanya
tegangan kedip akan berpengaruh pada
peralatan-peralatan yang sensitif terhadap
penurunan tegangan pada saat motor starting.
Untuk itu diperlukan evaluasi terhadap system
guna memperbaiki sistem tersebut.
Makalah ini akan membahas evaluasi
penurunan power quality pada sistem kelistrikan
PT.Indopipe
Polyplast
dan
upaya
penanggulangannya.
Kata kunci : Faktor daya, harmonisa, Tegangan
kedip
I.
PENDAHULUAN
Kualitas daya merupakan hal penting untuk menjaga
stabilitas sistem tenaga listrik. Suatu proses produksi pada
bidang industri sangat bergantung kepada peralatan listrik
untuk menjaga kelangsungan proses produksinya.
Permasalahan kualitas daya listrik bagi suatu industri
merupakan permasalahan yang sangat rumit dan
melibatkan berbagai peralatan listrik yang berbeda pada
sistem kelistrikannya. Pada saat yang bersamaan, bebanbeban yang terdapat pada sebuah industri saat sekarang ini
tergantung pada proses elektronik dan kontrol. Bebanbeban seperti itu, sering kali peka terhadap perubahan
kualitas daya listrik dari pada beban-beban elektromekanik yang lainnya.
PT Indopipe Polyplast yang memproduksi pipa jenis
ekstrusi polietilena menggunakan motor DC sebagai
penggerak utama (main drive) mempunyai Permasalahan
kualitas daya listrik yang meliputi Faktor daya, Harmonisa
dan Tegangan kedip. Faktor Daya yang ditetapkan oleh
PLN adalah sebesar > 85%
II.LANDASAN TEORI
1. Faktor Daya
Faktor daya sering disebut sebagai cos phi (cosine
phi) dimana phi adalah sudut antara daya nyata (S) dengan
daya aktif (P). P sendiri sama dengan (S*cos phi).
Sedangkan Q (daya reaktif) sama dengan (S*sin phi) atau
dapat juga diartikan sebagai perbandingan antara daya riil
(P:MW) terhadap daya kompleks (S:MVA) pada suatu
lokasi tertentu
Faktor Daya
= Daya Aktif (P) / Daya Nyata (S)
= kW / kVA
= V.I Cos φ / V.I
= Cos
1
ad
dalah n f0. Pada
P
satu periode gelomb
bang sinus yang
y
teerdistorsi oleh harmonisa teerdiri dari beb
berapa kompoonen
haarmonik, yaituu misalnya haarmonisa ke-1
1, ke-2, ke-3 dan
seeterusnya, harrmonisa kee-3 artinya harmonisa yang
y
mempunyai
m
frekuensi ttiga kali dari frekueensi
fu
undamentalnyaa, jadi bila frrekuensi fundamental 50 Hz,
maka
m
harmonnisa ke-3 meempunyai frekuensi 150 Hz,
attau dapat diituliskan denngan persamaan fh = n x f1,
diimana n adalahh bilangan buulat positif
Berikut inii adalah gambbar gelombang dari harmonnisa
teersebut :
Dapat dilihatt pada gambarr segitiga dayaa berikut :
Gam
mbar2.1 segitigaa daya
Fakktor daya mem
mpunyai nilai range antara 0 – 1 dan dappat
jugga dinyatakann dalam perseen. Faktor daaya yang baggus
apaabila bernilai mendekati
m
sattu.
Tann φ = Daya Reaaktif (Q) / Dayaa Aktif (P)
= kVAR / kW
karrena kompoonen daya aktif umum
mnya konsttan
(koomponen kVA
A dan kVAR berubah
b
sesuaai dengan fakttor
dayya), maka dappat ditulis sepeerti berikut :
Ga
ambar 2.2 Gelom
mbang Non Sinuusoidal Hasil dari Penjumlahan
Geelombang Fundam
mental dengan Geelombang Harmo
onisa ke 3
Filter pasiff merupakan ssalah satu mettode penyelesaaian
yaang efektif daan ekonomis uuntuk masalah
h harmonik. Fiilter
paasif sebagian besar didesaain untuk mem
mberikan baggian
kh
husus untuk mengalihkann arus harmo
onik yang tiidak
diiinginkan dalaam sistem teenaga. Ada dua
d macam fiilter
paasif yaitu filteer pasif seri dan filter passif paralel. Fiilter
paasif seri mem
miliki karakteriistik sebagai resonansi parralel
daan merupakaan tipe fillter yang bersifat
b
sebaagai
peenghalang, yang
y
memiliiki impedan
nsi tinggi pada
p
frekuensi tertenntu. Sebagai ccontohnya ad
dalah penggunnaan
omponen peenghalus ataau perata gelombang
g
p
pada
ko
peeralatan elektrronika daya. Sedangkan fiilter pasif parralel
memiliki
m
karaakteristik seebagai reson
nansi seri dan
merupakan
m
fillter yang bbertipe trap yang memiiliki
im
mpedansi yangg rendah padaa frekuensi teertentu. . Sebaagai
co
ontohnya adallah penggunaaan komponen
n penghalus atau
a
peerata gelombbang pada peralatan ellektronika daaya.
Seedangkan fillter pasif paaralel memiliki karakteriistik
seebagai resonannsi seri dan m
merupakan filter yang berrtipe
trap yang mem
miliki impedannsi yang rendaah pada frekueensi
teertentu.
Filter pasiff tersusun darri induktansi, kapasitansi, dan
reesistansi. Filteer pasif ini m
mempunyai beberapa
b
bentuk,
beerdasarkan susunan
s
ranggkaian komp
ponen-kompoonen
peenyusunnya. Secara
S
umum
m filter pasif dapat dibedaakan
daalam tiga jeniss :
• Filter deengan penalaann tunggal (Sin
ngle Tuned Shhunt
Filter).
d
penallaan ganda (Double Tuuned
• Filter dengan
Filter).
• High Passs Damp Filteer Type.
Ev
valuasi hassil pengukuuran harmon
nisa dilakuukan
beerdasarkan Staandard IEEE ssebagai beriku
ut :
Daya Reaktiff (Q) = Daya Akktif (P) x Tan φ
Jikka pf menjadi kecil maka kaapasitas daya aktif (kW) yaang
diggunakan akann berkurang. Kapasitas itu akan terrus
meenurun seiringg dengan menuurunnya pf sisstem kelistrikaan.
Sehhingga akan berdampak
b
padda:
• Membesarnya
M
a penggunaann daya listrikk kWH kareena
r
rugi
– rugi
• Membesarnya
M
a penggunaan daya listrik kVAR
k
• Mutu
M
listrik menjadi renndah karena jatuh teganggan
(voltage drops).
Sehhingga ratinng kapasitorr yang dipperlukan unttuk
meemperbaiki fakktor daya adallah,
Dayaa reaktif ( Δ Q ) = Q1 – Q2
Ataau,
Dayaa reaktif ( Δ Q ) = P x (tan θ1 - tan
θ2 )
2.
Harmonisaa Sistem Tenaaga listrik
Dalam sisttem Tenaga listrik yangg ideal, benttuk
gellombang teggangan yangg disalurkan ke peralattan
konnsumen dan bentuk gelom
mbang arus yang
y
dihasilkkan
adaalah gelombaang sinus murrni. Seiring dengan
d
semakkin
meeluasnya
p
penggunaan
beban-beban
non-liniier,
gellombang aruss maupun teegangan sinuusoidal tersebbut
dappat terdistorsi dan bentuknyya menjadi caacat. Harmonisa
sisttem tenaga didefinisikan sebagai
s
kompponen sinusoiddal
teggangan dan arrus yang mem
mpunyai frekkuensi kelipattan
bilaangan bulat (integer)
(
dari frekuensi dasar. Gelombaang
nonn sinusoidal dapat terbenntuk dengan menjumlahkkan
gellombang-gelombang sinussoidal, sepertti terlihat paada
Gaambar 2.2
Frekuensi dasar
d
dari gellombang terseebut dinamakkan
frekkuensi fundaamental dan gelombangnnya dinamakkan
kom
mponen funddamental. Unntuk sistem tenaga denggan
frekkuensi dasar f0, frekuensi dari harmoonisa orde kee-n
Taabel 2.1. Standar 519 (19922) untuk THD voltage dan
IH
HD voltage IE
EEE
2
Bus Voltage at PCC
69 kV and below
69.001 kV through 161
kV
161 kV and above
IHDv (%)
3.0
1.5
THDv(%)
5.0
2.5
1.0
1.5
IV.
SIMULASI DAN ANALISIS
Dengan menggunakan modul Harmonics
Analysis pada software ETAP 7.0, dilakukan analisis titiktitik tertentu. Pada tabel 4.1 dibawah ini adalah data
mengenai profil harmonik pada bus bus yang mempunyai
faktor daya rendah dan harmonisa yang terdapat pada
Sistem Kelistrikan PT. Indopipe polyplast.
IHDv = Individual Harmonic voltage Distortion
THDv = Total Harmonic voltage Distortion
Tabel 4.1 Profil THD Tegangan dan faktor daya pada
Sistem Kelistrikan PT. Indopipe Polyplast
Tabel 2.2. Standar 519 (1992) untuk THD current
Isc / IL
50
50 => 100
100 =>
1000
> 1000
h