Optimasi Pemilihan, Penempatan, dan Perencanaan Pemasangan Kapasitor Bank Pada Sistem Tenaga Listrik di Unit SA, PA GG Pabrik Petro Jordan Abadi

  205 Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan 2017 Vol.01 No.01, ISSN: 2581-0049

  .................................................. (1)

  Jalan Soekarno-Hatta No. 9 Malang 65141

  Korespondensi: andreanyudha35@gmail.com a) Prodi Sistem Kelistrikan, Jurusan Teknik Elektro, Polinema.

  Didalam rangkaian arus bolak balik, arus dapat bersifat mendahului (leading), sefasa atau terlambat (lagging) terhadap tegangan, tergantung dari macam bebannya. Suatu cara yang sampai saat ini dianggap handal ^＊

  2.2.1. Perbaikan Faktor Daya

  Pengertian factor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya semu (VA). Sebuah instalasi listrik akan semakin optimal, baik dari segi teknis maupun dari segi ekonomis, jika factor daya mendekati atau sama dengan satu.

  2.2 Faktor Daya

  S = daya semu (VA) V = tegangan pada sisi pengirim (V) I = arus nominal (A) cos ɵ = sudut fasa ( )

  Q = daya reaktif (VAR)

  P = daya aktif (W)

  ............................................................. (3) dengan:

  S = V x I ( VA )

  ................................................. (2)

  Q = V x I sin ɵ ( VAR )

  P = V x I cos ɵ ( W )

  

Optimasi Pemilihan, Penempatan, dan Perencanaan Pemasangan

Kapasitor Bank Pada Sistem Tenaga Listrik di Unit SA, PA &

GG Pabrik Petro Jordan Abadi

  Arus yang mengalir dalam rangkaian AC dapat dianggap terdiri dari 2 komponen yaitu komponen yang sefase dengan tegangan dan komponen yang berbeda fase. Persamaan untuk menghitung daya reaktif dan daya aktif seperti berikut ini:

  Definisi daya adalah kecepatan perubahan energy terhadap waktu. Daya yang diserap oleh beban sama dengan jatuh tegangan dalam volt dalam beban dikalikan dengan arus yang mengalir melewati beban dan ampere.

  II. TEORI DASAR

  secara paralel di dekat beban. Sehingga diperlukan analisa untuk dapat mengetahui factor daya yang rendah, dan analisa kondisi aliran daya pada system di Petro Jordan Abadi. Sehingga dapat mengetahui dan menganalisa solusi yang tepat untuk melakukan pemasangan kapasitor bank. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa kondisi aliran daya dan factor daya untuk dapat menentukan pemilihan, penempatan dan perencanaan pemasangan kapasitor bank yang optimal pada unit SA, PA & GG Pabrik Petro Jordan Abadi.

  capasitor bank

  Sebagian besar beban pada pabrik Petro Jordan Abadi bersifat induktif, artinya beban jenis ini membutuhkan daya yang terdiri atas daya aktif (MW) dan daya reaktif (MVAR). Umumnya kebutuhan daya reaktif pada beban induktif relatif besar, hal ini menyebabkan faktor daya beban jenis ini relatif rendah. Untuk memperkecil pengaruh tersebut perlu dilakukan dengan cara memperbesar faktor daya sistem tenaga listrik, salah satunya dengan pemasangan

  I. PENDAHULUAN

  Kata kunci : faktor daya system, memperkecil daya reaktif, pemasangan capasitor bank

  Berdasarkan hasil analisis, diperoleh letak pemasangan kapasitor bank tegangan menengah (6 kV) yaitu pada bus SS01-6B2. Dengan nilai rating kapasitor bank yaitu 3750 kVAR, dan total 3750 kVAR pada sisi tegangan rendah (400 V) di setiap sisi keluaran trafo yang telah terpasang, dapat menginjeksi daya reaktif sebesar 42.33 % yaitu dengan daya reaktif awal 12.669 MVAR menjadi 5.363 MVAR. Dari perencanaan besar nilai kapasitor yang di pasang dapat mencakup tujuan perencanaan pemasangan yang di inginkan yaitu menaikkan factor daya pada system di indrustri yang sebelumnya 0.77 menjadi 0.92.

  produksi. PT Petro Jordan Abadi memiliki 3 unit pabrik utama yaitu unit PA, SA dan GG. Pada pabrik Petro Jordan Abadi memiliki satu pembangkit tenaga uap (STG) berkapasitas 17.5 MW. Sebagian besar beban pada pabrik Petro Jordan Abadi bersifat induktif, artinya beban jenis ini membutuhkan daya yang terdiri atas daya aktif (MW) dan daya reaktif (MVAR). Umumnya kebutuhan daya reaktif pada beban induktif relatif besar, hal ini menyebabkan faktor daya beban jenis ini relatif rendah. Untuk memperkecil pengaruh tersebut perlu dilakukan dengan cara memperbesar faktor daya sistem tenaga listrik, salah satunya dengan pemasangan capasitor bank secara paralel di dekat beban.

   a) Abstrak : Penggunaan energi listrik sangat dibutuhkan dalam setiap industri untuk menunjang kelangsungan proses

   a) , Ferdian Ronilaya

  a) , Mohammad Noor Hidayat

  Andrean Yudha Prasetya*

2.1 Konsep Dasar Daya

  untuk memperbaiki factor daya yang rendah adalah dengan Dengan metode ini kapasitor bank dipasang pada menggunakan kapasitor. Prinsip dari perbaikan factor daya induk panel main distribution panel (MDP). adalah memberikan arus dengan phasa yang mendahului

  2.5.2. Group Compensation

  dalam rangkaian sehingga memberikan perlawanan yang Dengan metoda ini kapasitor yang terdiri dari beberapa akan menetralisir arus pemagnetan yang ketinggalan panel kapasitor dipasang di panel SDP. Cara ini cocok phasanya (terkhusus untuk sistem yang bersifat kelebihan diterapkan pada industry dengan kapasitas beban terpasang beban induktif). Dengan rumus untuk melakukan perbaikan cukup besar sampai ribuan kVA dan terlebih jarak antara factor daya sebagai sebagai berikut : (Sumber : Eugene C panel MDP dan SDP cukup berjauhan. Lister, ”Mesin dan Rangkaian Listrik”, Jakarta. 1993 Hal 147)

  III. METODOLOGI

  3.1 Flowchart Penelitian Qc = Q ( VAR )

  1 – Q

  2

  ................................................. (4) Penelitian ini dilaksanakan mulai 1 Agustus 2015

• – 1 Dimana : Q = V x I sin dan Q = V x I sin

  1 ɵ

  1 2 ɵ

  2 September 2015 dan bertempat di PT. Petro Jordan Abadi

  Jawa Timur, Gresik. Diagram alir proses penyelesaian Di dalam suatu industri dalam memperhitungkan kebutuhan penelitian ditunjukkan oleh gambar berikut. daya reaktif bisa dilakukan dengan beberapa cara yang cukup praktis. Cara cara tersebut adalah :

  1. Metode menggunakan Tabel cos phi 2.

  Metode kuitansi PLN 3. Metode sederhana dan tepat

  2.3 Kapasitor Bank

  Kapasitor bank (untuk kebutuhan besar) merupakan salah satu komponen perbaikan factor daya saat factor daya suatu system buruk, yang mengakibatkan konsumsi VAR besar pada system. Adapun manfaat pemasangan dari kapasitor adalah sebagai berikut: (Sumber : Hand Out Instalasi Tenaga Listrik II tahun 2008) 1.

  Mengoptimalkan daya terpasang 2. Menrunkan arus 3. Serta mengurangi biaya daya reaktif pada industry.

  2.3.1. Automatic Type

  Pada jenis ini ddilengkapi dengan sebuah Power (PFC) sebagai pengaman. PFC akan

  Factor Controller

  menjaga cos phi pada jaringan listrik yang sesuai dengan target yang ditentukan.

  2.4 Rancangan Hubungan Kapasitor

  2.4.1. Sambungan Delta

  Sambungan delta kapasitor bank hanya digunakan pada tegangan rendah. Dikarenakan sambungan delta menjadi satu grup, keuntungannya overvoltage pada unit kapasitor tidak akan terjadi akibat ketidak seimbangan

  Gambar 1. Diagram Alir Pengerjaan Skripsi tegangan.

  2.5 Metode Penempatan Kapasitor

  2.5.1. Global Compensation

IV. PEMBAHASAN

  Tabel 2. Sources hasil simulasi

  COS PHI Gambar 2. Single line diagram PT. Petro Jordan Abadi

  Tabel 3. Data Beban dengan factor daya rendah LOADS kV kW AMP

  4.3 Perhitungan Kebutuhan KVAR

  Kondisi ini terjadi sebelum terpasang kapasitor bank.

  MW dan total daya reaktifnya sebesar 12.669 MVAR. Dengan arus pada generator sebesar 1715 A dan sebesar 247.6 pada PLN. PF pada sistem masih 0.703 yang artinya tidak sesuai dengan ketentuan PLN. Jika kondisi ini dibiarkan maka akan merugikan pabrik Petro Jordan Abadi utamanya pada biaya tagihan listrik bulanan, karena factor daya minimum yang diperbolehkan oleh PLN terhadap suatu industry sebesar 0.85 untuk pelanggan sekelas pabrik.

  100 Dari hasi simulasi dapat dianalisa aliran daya pada system, yaitu dengan total daya terpakai sebesar 21.134

  20 247.6

  8.66 MVA

  70.33 PLN

  17.5 MW 6 1715

  ID Rating Rated kV AMP % PF Gen1

  4.1 Sistem Kelistrikan PT. Petro Jordan Abadi

  Sistem distribusi yang dipakai PT. Petro Jordan Abadi menggunakan Tegangan menengah dengan service voltage 6 kV dan 400 V yang disupply dari sumber tegangan generator 6 kV dan parallel dengan PLN di tegangan 20 kV. Pemakaian energy listrik di PT. Petro Jordan Abadi sebesar 8.660 KVA dengan golongan tariff I3 Tegangan menengah dengan tariff premium gold.

  Loss-MW 0.189 Loss-Mvar

  Generation-MW 21.134 Generation-Mvar 12.669

  44 Load-MW 21.134 Load-Mvar 12.669

  1 Loads

  1 Power Grids

  63 Generators

  62 Branches

  Buses

  Tabel 1. General info hasil simulasi sebelum dipasang kapasitor bank Study ID sebelum pasang

  Petro Jordan Abadi menggunakan bantuan perangkat lunak E-TAP 12.6.0. data yang dimasukkan sesuai dengan name plate dan kondisi di lapangan.

  4.2 Analisa Aliran Daya Dalam menganalisa aliran daya dari system di PT.

  1.03 Mismatch-MW Mismatch-Mvar Load 1 0.4 421 795.1 0.77 bank pada sisi 6 kV hanya sebagai penetrasi kekurangan kompensasi daya reaktif. Load 2 0.4 1101 2092

  0.79 Dengan pengaturan pasokan daya reaktif (KVAR) dari Load 3 0.4 1467 2648

  0.83 GTG disesuaikan dengan range operasi factor daya dari Load 4 0.4 952 1645

  0.86 GTG maka kebutuhan KVAR pada bus 6 kV akan Load 5 0.4 842 1555

  0.80 mengikutinya, estimasi besarnya daya reaktif dari kapasitor Load 6 0.4 621 1353

  0.68 bank sebesar 3750 KVAR adalah minimum yang harus Load 7 0.4 783 1295

  0.90 dipenuhi. Load 8 0.4 599 1056

  0.84 Dengan menggunakan metode perhitungan dengan menggunakan tabel cos phi maka dapat ditentukan

  4.4 Skema Rangkaian Kapasitor Bank

  kebutuhan KVAR tiap bebannya sebagai berikut : Setelah menentukan rating dari kapasitor bank yang dipilih, maka penting jugak untuk menentukan skema

  Tabel 4. Data kebutuhan KVAR menurut estimasi system rangkaian kapasitor bank yang akan dipasang pada system. saat beroperasi

  Untuk mendapatkan proteksi yang handal pada kapasitor bank akan dipilih susunan kapasitor terdiri dari 1 phasa COS Estimasi Estimasi Estimasi COS yang disusun dengan double star dan dipasangkan

  LOADS PHI beban beban beban PHI unbalance CT diantara dua star connection dengan relay awal 100% 80% 60% akhir

  over current sehingga akan didapat pengamanan yang

  Load 1 0.77 263.36 210.64 158.02

  0.98 sempurna apabila ada gangguan internal fault pada unit Load 2 0.79 630.89 504.712 378.534

  0.98 kapasitor. Dapat dilihat seperti gambar berikut : Load 3 0.83 687.95 550.36 412.77

  0.98 Load 4 0.86 371.5 297.2 222.9

  0.98 Load 5 0.80 460.53 368.42 276.31

  0.98 Load 6 0.68 543.50 434.8 326.1

  0.98 Load 7 0.90 220.23 176.18 132.138

  0.98 Load 8 0.84 256.27 205.01 153.76

  0.98 Tabel 5. Data kapasitor yang dipilih beserta step nya Kapasitor Step kapasitor

  Total LOADS yang yang dipilih step dipilih

  Load 1 250 kVAR 25 kVAR/1 step

  10 Load 2 750 kVAR 75 kVAR/1 step

  10 Gambar 3. Skema Rangkaian Kapasitor Bank Load 3 750 kVAR 75 kVAR/1 step

  10 Load 4 500 kVAR 50 kVAR/1 step

  10

  4.5 Simulasi Penempatan Kapasitor Bank

  Load 5 500 kVAR 50 kVAR/1 step

  10 Pemasangan kapasitor bank sebesar 3750 kVAR fixed Load 6 300 kVAR 30 kVAR/1 step

  10

  type di tegangan 6 kV di letakkan di panel spare substation

  Load 7 150 kVAR 15 kVAR/1 step

  10 SS01-6B1. Panel circuit breaker spare pada SS01-6B1 Load 8 300 kVAR 30 kVAR/1 step

  10 terdapat relay proteksi yang akan diaktifkan sebagai proteksi dan operasional ON/OFF dari MV kapasitor bank. Perubahan step diatur secara automatic mengikuti perubahan beban pada system. Dipilih menggunakan step /

  automatic control karena beban pada tegangan rendah cenderung tidak stabil.

  Sedangkan penentuan rating kapasitor pada tegangan menengah dapat dilihat dari analisa kebutuhan daya reaktif ( KVAR) pada system distribusi di pabrik petro Jordan Abadi, kebutuhan daya reaktif sudah sebagian dipenuhi pada sisi tegangan rendah 400 V tetapi hanya untuk menghilangkan beban kVARh dari PLN yaitu factor daya minimal sebesar >0.85.

  Dan untuk factor daya pada system di PT. Petro Jordan Abadi lebih dari 0.92 maka kebutuhan kapasitor

  Gambar 4. Simulasi Penempatan Kapasitor Bank

  Kondisi SEBELUM SESUDAH Daya

  100 Dari hasi simulasi dapat dianalisa aliran daya pada system, setelah dipasang kapasitor bank. Dapat dilihat perbedaan yang begitu jelas yaitu sebagai berikut :

  Konsumsi daya, SEBELUM : total daya terpakai sebesar 21.134 MW dan total daya reaktifnya sebesar 12.669 MVAR.

  SESUDAH : total daya terpakai sebesar 21.378 MW dan total daya reaktifnya sebesar 5.363 MVAR.

  Kondisi Arus, SEBELUM : arus pada generator sebesar 1715 A dan sebesar 247.6 pada PLN.

  SESUDAH : arus pada generator sebesar 1333 A dan sebesar 247.6 pada PLN. Kondisi Faktor Daya, SEBELUM : PF pada sistem masih 0.703 SESUDAH : PF pada system menjadi 0.92

  Tabel 8. Perbandingan Sebelum dan Sesudah Pemasangan Kapasitor Bank

  21.134 MW 12.669 MVAR

  8.66 MVA

  21.378 MW 5.363 MVAR

  Arus 1715 A (GEN) 247.6 A (PLN) 1333 A (GEN)

  247.6 (PLN) Faktor Daya 0.703

  0.92 Dari hasil simulasi diatas dapat disimpulkan bahwa kondisi system sudah baik karena factor daya dari pabrik sebesar 0.92 dan sudah terbebas dari biaya denda kVARh dari PLN setelah dipasangnya kapasitor bank.

  V. KESIMPULAN

  Dari uraian pembahasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa :

  1. Analisa kondisi aliran daya sebelum pemasangan kapasitor bank, cos phi pada system sebesar 0.70, Mvar sebesar 12.669 2. Penentuan rating capasitor bank didapat berdasarkan perhitungan beban yang terpasang dengan 3 estimasi yaitu saat full load, 80% load, dan 60% load. Sedangkan saat ini hanya menggunakan 60% load.

  20 247.6

  92.21 PLN

  4.6 Kondisi Pemasangan Kapasitor Bank yang Dipilih

  1 Power Grids

  Kondisi kapasitor bank pada tegangan LV atau 400 V dipasang secara automatic type dengan mengacu pada step kapasitor yang sudah di setting berdasarkan kenaikan beban pada tegangan 400 V. sedangkan untuk kondisi kapasitor bank pada tegangan MV atau 6 kV dipasang secara fixed type mengacu pada beban di tegangan menengah yang cenderung tetap dan stabil, selain itu dapat meminimalisir dalam segi biaya pemasangan kapasitor bank.

  4.7 Analisa Aliran Daya Setelah Dipasang Kapasitor Bank

  Tabel 6. General info hasil simulasi setelah dipasang kapasitor bank Study ID Setelah Dipasang

  Buses

  62 Branches

  63 Generators

  1 Loads

  17.5 MW 6 1333

  44 Load-MW 21.378 Load-Mvar 5.363

  Generation-MW 21.378 Generation-Mvar 5.363

  Loss-MW 0.166 Loss-Mvar 0.928

  Mismatch-MW Mismatch-Mvar

  Tabel 7. Sources hasil simulasi

  ID Rating Rated kV AMP

  % PF Gen1

  3. Setelah dilakukannya perhitungan untuk mengatasi penalty KVAR-H PLN, dapat disimpulkan perlunya penambahan capasitor bank disisi 6 KV minimum sebesar 750 kVAR untuk terbebas dari biaya penalty. Tetapi terlepas dari itu, suatu pabrik pasti ingin memiliki PF yang mendekati 1. Jadi, dapat disimpulkan dan ditentukan PF dari pabrik Petro Jordan Abadi harus >0.92.

  4. Pemasangan capasitor yang dipilih ialah kedua capasitor bank berjalan bersamaan pada sisi LV maupun sisi MV, dengan ketentuan pada sisi LV terpasang secara automatic operation atau bekerja berdasarkan step step capasitor yang sudah dihitung dan ditentukan kenaikan bebannya. Sedangkan MV capacitor dipasang fixed type dikarenakan beban di sisi 6kV cenderung lebih tetap dan stabil, selain itu juga dapat meminimalisir dalam segi biasa pemasangan capasitor.

  5. Analisa aliran daya setelah pemansangan kapasitor bank, Load-Mvar yang sebelumnya sebesar 12.669 menjadi 5.363, dan Loss-Mvar yang sebelumnya 1.03 menjadi 0.92. Faktor daya pada system di industry Petro Jordan mengalami kenaikan yang sebelumnya 0.7 menjadi 0.922

  Daftar Pustaka

  (1) ABB, Reaktive Power Compensation (2) Bongas,L Tobing. 2003, “Peralatan Listrik”,

  Jakarta (3) Eugene, C Lister. 1993,

  “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Jakarta

  (4) IEEE, 2000. An American National Standard

  IEEE Guide for Safety in AC TM

  (5) IEEE Std 18 -2002 Standard for Power

  Capacitors

  (6) IEC 831

• – 1 Standard Capacitor (7) PUIL 2011,

  “Pemilihan Dan Pemansangan Perlengkapan Listrik - Perlengkapan Lain”.

  (8) Ramasamy Natarajan. Power System Capacitors.

  Taylor&Francis Group,LLC. U.S. 2005 (9) Schneider Electrric Indonesia (2010) (10) substation Grounding, New York, USA (11) Std 519 Recommended Practices and in

  Electrical Power System