improvement pengembangan pot

JITEKH, Vol 6, No 2, Tahun 2017, 36-39

ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)

Analisis Penambahan Capasitor Bank Untuk Peningkatan Kapasitas
Peleburan Di PT. Inalum
Khaldun M. Badra1, Syafruddin Hasan2, Suherman3
Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara1,2,3
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
khaldun@inalum.id
Abstract
Direct current supply for electrolysis process in PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) achieves 193 kA.
This is not optimal current as the transformer of Load Voltage Regulator (LVR) has power factor of 0.88
(lagging). This paper analyzes electrolysis current improvement by reducing harmonics through capacitor bank
installation Software ETAP 12.0 is employed to model and analyze the system. By installing 90 MVAR
capasitor bank for bus 33 kV in secondary side of LVRproduces 8% power factor correction and improves
13.5% of pot line current. Pot line current improvement enables aluminum production rate increased.
Keywords: capasitor bank, electrolysis, power factor, LVR
Abstrak
Suplai arus listrik searah (DC) untuk proses elektrolisis peleburan aluminium di PT Indonesia Asahan

Aluminium (Persero) mencapai 193 kA. Hal ini tidak optimal karena transformator Load Voltage Regulator
(LVR) memiliki faktor daya 0.88 (lagging). Tulisan ini menganalisis peningkatan arus elektrolisis melalui
penambahan capasitor bank untuk menekan distorsi harmonik. Software ETAP 12.0 digunakan untuk
melakukan pemodelan sistem dan analisis sistem tenaga.Dengan memasang capasitor bank pada bus 33 kV di
sisi sekunder LVR sebesar 90 MVAR, menghasilkan perbaikan faktor daya trafo LVR 8% dan meningkatkan
arus tungku 13,5%. Peningkatan arus tungku memungkinkan peningkatan produksi aluminium di PT Inalum
(Persero).
Kata kunci: capasitor bank, elektrolisa, faktor daya, LVR
1. Pendahuluan
PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero)
sebagai Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang
memproduksi aluminium batangan hanya mampu
menyuplai kebutuhan aluminium sebesar 30%
kebutuhan dalam negeri. Peluang yang besar dan
potensial ini harus dimanfaatkan untuk menjamin
kebutuhan aluminium di Indonesia.
PT Inalum memiliki pabrik peleburan yang
terdiri dari tiga potline dengan memanfaatkan
energi listrik dari PLTA Sigura-gura dan PLTA
Tangga dalam proses produksinya untuk

menghasilkan aluminium batangan sebesar 250.000
T.Al / tahun. Energi listrik yang bersumber dari
PLTA tersebut dialirkan ke Gardu Induk Inalum
Kuala Tanjung melalui saluran transmisi 275 kV
dan selanjutnya dilakukan penyearahan dari arus
bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) melalui
serangkaian peralatan penyearah silikon (silicon
rectifier, SR) untuk disuplai ke tiga potline.
Arus searah ini diperlukan untuk proses
elektrolisis di dalam tungku reduksi sehingga
aluminium cair dapat terbentuk. Kapasitas produksi
itu sejalan dengan besarnya arus DC yang dialirkan
ke potline sesuai dengan persamaan :
(1)
Dimana :
TAL = Produksi Aluminium Ingot
(Ton)

I
= Besar arus searah (kA)

CE = Current Efficiency
PIO = Pot yang beroperasi pada satu
potline (pot)
Hr
= Jumlah jam kerja sebuah pot
(jam)
Saat ini arus DC maksimum yang bisa
disalurkan hanya sebesar 193 kA/potline.
Sementara itu kapasitas peralatan SR mampu
melebihi nilai tersebut (maksimum 222 kA). Hal ini
terjadi karena adanya keterbatasan arus disisi
sekunder Regulator Tegangan Beban (Load Voltage
Regulator, LVR) yang sudah mencapai batas arus
maksimumnya 3180 A.
Tulisan ini menganalisis pemasangan
kapasitor bank beserta filter pasif untuk meredam
harmonik yang dihasilkan oleh sistem penyearah,
sehingga menaikkan faktor daya dan meningkatkan
arus peleburan [1].
2. Faktor Daya

Untuk meningkatkan faktor daya sebuah
sistem dapat dilakukan dengan cara memasang
kompensasi kapasitif pada jaringan tersebut.
Kapasitor
adalah
peralatan
yang
dapat
meningkatkan faktor daya sistem karena
merupakan peralatan penghasil daya reaktif pada
sistem. Pemasangan kapasitor pada sistem akan
membantu mengurangi aliran daya reaktif dari

JITEKH, Vol 6, No 2, Tahun 2017, 36-39

ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)

sumber karena kebutuhan daya reaktif akan
dikompensasi oleh kapasitor. Ilustrasi dari

pemasangan kapasitor dapat dilihat pada Gambar
1 [4].

b. Terhubung Wye tidak ditanahkan
Gambar 2. Capasitor Bank
4. Metodologi Penelitian
Perhitungan aliran daya pada kondisi eksisting
dengan memodelkan sistem ketenagalistrikan PT
Inalum, dari pembangkit, transmisi, beban smelter,
hingga penyederhanaan sistem PLN yang
terinterkoneksi
dengan
sistem
Inalum,
menggunakan software ETAP 12.0. Setelah hasil
simulasi ETAP mampu merepresentasikan kondisi
sistem yang terekam oleh SCADA PT Inalum [10],
kemudian akan dilakukan simulasi penambahan
kapasitor bank. Selain menggunakan simulasi
ETAP, perhitungan secara manual juga akan

dilakukan untuk memeriksa ketepatan simulasi ini.
Dalam proses pemilihan kapasitor bank, besar
filter harmonik yang akan dipasang juga akan
diperhitungkan untuk meminimalisir distorsi
harmonik. Data distorsi harmonik kondisi eksisting
akan diukur menggunakan Power Quality Analyzer
HIOKI

Gambar 1. Perbaikan faktor daya dengan
kapasitor
Dimana :
kVA1 :
Daya
semu
awal
sebelum
dikompensasi
kVA2 : Daya semu setelah dikompensasi
kW
: Daya aktif

kVAR1 : Daya reaktif awal sebelum
dikompensasi
kVAR2 : Daya reaktif setelah dikompensasi
kVARc : Daya reaktif yang dikompensasi
1
: Sudut faktor daya awal
2
:
Sudut
faktor
daya
setelah
dikompensasi

5. Hasil Penelitian
5.1 Pemodelan Sistem
Gardu Induk di PT. INALUM memiliki empat
unit LVR yang masing-masing berkapasitas 182
MVA. LVR merupakan trafo pengatur tegangan
yang berfungsi untuk mengatur dan menjaga

tegangan keluaran trafo sesuai dengan kebutuhan
trafo penyearah [2]. Setiap potline dilayani oleh 1
unit LVR yang memiliki 3 tap NVTC (No Voltage
Tap Changer) dan pada masing-masing tap NVTC
terdapat 27 tap OLTC (On Load Tap Changer). Tap
ini berfungsi untuk mengatur tegangan pada saat
terjadi fluktuasi beban, seperti pada saat penaikan
atau penurunan arus potline pada saat startup pot.
Besarnya arus LVR tergantung pada besarnya arus
searah yang disuplai ke potline.
Gambar 3a menunjukkan model jaringan
kelistrikan PT. Inalum, sementara Gambar 3b
menunjukkan model peletakan capasitor bank.

Bila diasumsikan daya semu adalah konstan,
daya aktif yang mengalir pada peralatan akan
berubah-ubah tergantung pada faktor daya sistem
tersebut, atau bisa disederhanakan menjadi
persamaan berikut [5]:
(2)

3. Capasitor Bank
Kapasitor Bank digunakan secara luas didalam
sistem tenaga listrik untuk perbaikan faktor daya.
Kapasitor terhubung paralel dengan beban sebagai
sumber daya reaktif yang akan mengkompensasi
suplai daya reaktif dari sumber [5-8]. Hal ini akan
meningkatkan faktor daya beban dan mengurangi
besar arus atau daya semu dari sumber.
Berkurangnya aliran arus dari sumber akan
membuat rugi-rugi saluran dan jatuh tegangan ikut
turun sehingga tegangan beban akan meningkat.
Jenis topologi capasitor bank diantaranya:
terhubung Wye ditanahkan dan terhubung Wye
dengan pentanahan (Gambar 3 [9]).

a. Terhubung Wye ditanahkan

(a)

37

JITEKH, Vol 6, No 2, Tahun 2017, 36-39

ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)

(b)
Gambar 3. Sistem Kelistrikan di PT Inalum
(Persero)

Gambar 4. Perbaikan Faktor Daya LVR
Gambar 4 memperlihatkan faktor daya LVR
mula-mula adalah 0.90 (lagging) lalu meningkat
menjadi 0.97 (lagging) saat kapasitor bank 1x45
MVAR beroperasi. Saat 2x45 MVAR beroperasi
faktor daya LVR kembali meningkat menjadi 0.99
(lagging) atau bahkan mendekati 1.0 (unity).

5.2 Kebutuhan Capasitor Bank
Kebutuhan daya reaktif potline pada beberapa

kondisi dengan menggunakan Persamaan 3 dan
Persamaan 4. Besarnya daya aktif potline dihitung
berdasarkan empat kondisi yang diperlihatkan pada
Tabel 1.

5.4 Peningkatan Arus Tungku
Perbaikan faktor daya membuat daya semu
LVR menurun. Penurunan konsumsi daya semu
LVR akan membuat arus sekunder LVR ikut turun.
Gambar 5 memperlihatkan sebelum kapasitor bank
ON, arus sekunder LVR 4 adalah 2930 A.
Pengoperasian kapasitor bank 1x45 MVAR
membuat arus sekunder turun 203 A menjadi 2727
A dan pengoperasian 2x45 MVAR menurunkan
arus sebesar 140A menjadi 2587 A.
Penurunan arus sekunder LVR menyebabkan
kenaikan rating arus tungku. Sehingga arus tungku
dapat dimaksimalkan hingga 219 kA.

(3)
(4)
Berdasarkan Tabel 3, dapat diketahui saat
mencapai arus maksimum yang dapat disuplai oleh
penyearah silikon (6 x 37 kA = 222 kA) kebutuhan
daya reaktif potline adalah sebesar 89.9 MVAR.
Pada penelitian ini digunakan kapasitor bank 2x45
MVAR sesuai kebutuhan daya reaktif saat arus
potline 222 kA.
Tabel 1. Kebutuhan Daya Reaktif Potline
Kondisi
Arus Min.

I dc
(kA)

V dc

130

4.4 V

Normal

193

4.4 V

upgrade 1

210

4.4 V

upgrade 2

222

4.4 V

PIO
165
pot
165
pot
165
pot
165
pot

P dc

P ac

Q P/L

P/L

P/L

(MVA

S P/L
(MVA)

(MW)

(MW)

R)

94.4

97.5

52.6

110.8

140.
1
152.
5
161.
2

144.
7
157.
5
166.
5

78.1

164.5

85.0

179.0

89.9

189.2

5.3 Perbaikan Faktor Daya
Berdasarkan perhitungan dan hasil simulasi,
maka data yang didapat dibandingkan dengan
kondisi actual pengukuran pemasangan kapasitor
bank 2x45 MVAR di sisi 33 kV Bus. Setelah
pengoperasian kapasitor bank 2x45 MVAR, faktor
daya meningkat seperti Gambar 4.

Gambar 5. Minimalisasi Arus LVR
6. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis, penambahan
capasitor bank meningkatkan faktor daya dari 0,88
ke 0,95, serta meningkatkan arus sekunder LVR
dari arus searah 193 kA mejadi 219 kA yang
bermanfaat dalam peningkatan produksi di PT
Inalum (Persero). Untuk memfasilitasi keadaan
tersebut maka salah satu solusinya adalah dengan
memasang kapasitor bank di sisi bus 33 kV.
Melalui alat ini maka faktor daya akan diperbaiki
dan konsumsi daya reaktif bisa dikompensasi.
Daftar Pustaka

38

JITEKH, Vol 6, No 2, Tahun 2017, 36-39
[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]
[10]

ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)

Helmi, Basem A., Merwyn D’Souza, Brian
A. Bolz, The application of power factor
correction kapasitors to reserve spare
capacity of existing main transformers, IEEE
Journal, 2013.
Jiawei Yang, Fast and Continuous On-Load
Voltage Regulator Based on Electronic
Power Transformer. IET Electric Power
Applications, 2012.
D.D. Reljić, V.V. Vasić, Dj.V. Oros, Power
factor correction and harmonics mitigation
based on phase shifting approach, 15th
International EPE-PEMC, 2012.
Wojciech Wysocki, Marcin Szlosek,
Compensation of reactive power as a method
for reducing energy losses, IEEE Journal,
2011.
A.I. Maswood and Fangrui Liu, A Unity PF
Rectifier-Inverter Under Unbalanced Supply.
Power & Energy Society, 2009.
J. Pontt, J. Rodriguez, and J. San Martin,
Improving Operational Performance of
Industrial Systems with High-Power
Rectifiers, Power Electronics Specialists
Conference (PESC), IEEE 36th, 2005.
Sheldon P. K., Design and Application of
Semiconductor Rectifier Transformers. IEEE
Transactions on Industry Applications, Vol
38, No. 4, 2002.
Malaviya, Anoop K. and Bundell, Gary A.,
An Intelligent Controller for Aluminum
Smelter Potlines, IEEE Journal, 2001.
ABB Technical Proposal High Voltage
Capacitor and Filters, Swiss.
PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero),
Load Dispatching Center Hand Book,
Indonesia.

39