Studi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang Studi Kasus di PT. Indonesia Asahan Aluminium (Persero) Kuala Tanjung Chapter III V
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1.
Bahan Penelitian
Dalam melaksanakan penelitian yang dilakukan tentang peningkatan kapasitas
suplai arus listrik menjadi 255 kA ke gedung reduksi no.3, berikut bahan referensi yang
digunakan sebagai materi penelitian:
a.
Sistem kelistrikan PT Inalum.
b.
Sistem operasi dan produksi PT Inalum.
c.
Referensi literatur berupa Jurnal IEEE, literatur, katalog, e-book dan buku
sistem tenaga.
Sumber data penelitian diperoleh dari berbagai sumber yaitu single line diagram, data
peralatan, data pengoperasian, data beban pabrik peleburan PT Inalum (Persero), data
hasil pengujian ETAP, makalah, paper, media elektronik (internet), dan data dari media
informasi terkait lainnya.
3.2.
Obyek dan Alat Penelitian
Obyek yang digunakan dalam penelitian ini adalah data jaringan listrik
Substation PT Inalum, yaitu data transformator, data penghantar, data penyearah
silikon, data beban, data operasi normal dan gangguan, diagram satu garis jaringan
listrik Substation. Peralatan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Software simulasi ETAP 12.0.
2. Software pengolahan data: Microsoft Excel 2010 dan Microsoft Word 2010.
3. Pengukuran data aktual melalu Power Quality Meter.
34
Universitas Sumatera Utara
35
4. Perhitungan manual untuk menentukan kapasitas transformator utama.
5. Perhitungan manual untuk menentukan besaran tambahan load voltage
regulator dan transformator penyearah (rectiformer).
6. Perhitungan manual untuk pemilihan capacitor bank yang sesuai.
3.3.
Batasan Obyek Kajian
Simulasi yang dilakukan dalam penelitian ini dilakukan dalam tiga tahapan
yaitu:
1.
Penetapan penambahan besaran kapasitas transformator utama (MTR)
sebesar 230 MVA.
2.
Penetapan penambahan load voltage regulator dan transformator
penyearah (Rectiformer) sebesar 45 MVA/ 45 kA.
3.
Penetapan besaran kapasitas kapasitor dengan target kenaikan faktor daya
minimum sebesar 0,95 dengan target kenaikan arus minimum 210 kA.
4.
Analisis kestabilan sistem terhadap peningkatan kapasitas suplai.
Berikut adalah perbandingan peralatan yang akan dijadikan obyek kajian untuk
meningkatkan kapasitas suplai arus ke 255 kA pada gedung reduksi no.3 seperti
dijelaskan pada Tabel 3.1.
Universitas Sumatera Utara
36
Tabel 3.1 Perbandingan Kondisi Peralatan
Kondisi sistem saat ini
Peralatan
Kapasitas
MTR-4
182 MVA
LVR-4
182 MVA
Rectiformer -SR 6 x 35.9 MVA / 37 kA
3.4.
Kondisi usulan peningkatan kapasitas
Peralatan
MTR-4
LVR-4
Rectiformer -SR
LVR Baru
Rectiformer Baru
Cap Bank
Kapasitas
230 MVA
182 MVA
6 x 35.6 MVA / 37 kA
45 MVA
45 MVA / 45 kA
2 x 45 MVAR
Program Bantu Analisis
Penelitian dilakukan dengan menggunakan bantuan software analisis aliran
daya, yaitu ETAP 12. Software ini memiliki kemampuan untuk simulasi aliran daya,
simulasi hubung singkat, dan simulasi analisis transien. Seluruh simulasi ini akan
berguna untuk menganalisis kelayakan dari penambahan transformator utama (MTR),
load voltage regulator dan transformator penyearah (Rectiformer) serta perbaikan
faktor daya dengan pemasangan kapasitor dalam rangka peningkatan kapasitas suplai
arus listrik menjadi 255 kA.
3.5.
Proses Tuning Alat Bantu Analisis
Untuk memastikan alat bantu analisis ETAP 12 berfungsi dengan akurasi yang
tinggi atau sesuai dengan keadaan sistem maka akan dilakukan proses tuning sebelum
pengujian dengan alat bantu analisis. Proses yang dilakukan adalah dengan
membandingkan data aktual yang terekam pada data pencacatan di SCADA dengan
membandingkan data pada simulasi alat bantu analisis. Data yang dibandingkan adalah
data aliran daya dan kondisi transient pada saat adanya gangguan dan proses charging
saluran transmisi. Disamping hal tersebut untuk parameter yang dapat dilakukan
Universitas Sumatera Utara
37
pengukuran juga akan dilakukan pengukuran seperti Data distorsi harmonik kondisi
eksisting yang akan diukur dengan alat bantu yaitu Power Quality Analyzer HIOKI tipe
PW 3196
3.6.
Prosedur Penelitian
Perhitungan aliran beban seimbang dilakukan dengan memodelkan sistem
ketenagalistrikan PT Inalum, mulai dari pembangkit, transmisi, beban smelter, hingga
penyederhanaan
sistem
PLN
yang
terinterkoneksi
dengan
sistem
Inalum,
menggunakan software ETAP 12.0. Kemudian data hasil simulasi tersebut akan diolah
menggunakan software Microsoft Excel 2010 dan didokumentasikan serta
dipublikasikan dalam bentuk tulisan menggunakan software Microsoft Word 2010.
Secara garis besar, urutan prosedur dalam penelitian ini direpresentasikan dalam
diagram alir seperti pada Gambar 3.1.
Universitas Sumatera Utara
38
Mulai
Studi Literatur
Pengumpulan Data
Penetapan besaran MTR, LVR/ Penyearah dan
kapasitas kapasitor bank
Melakukan Pemodelan Aliran Daya
Pemodelan Sistem Saat ini dan sistem dengan peningkatan
kapasitas
Melakukan Analisis
1. Kondisi sistem setelah dilakukan peningkatan
kapasitas. 2. Kondisi harmonik pada sistem. 3. Kondisi
aliran daya pada saat peralatan baru terhubung ke
sistem
Menyusun Kesimpulan dan Rekomendasi
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Penentuan Desain Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang 255kA
4.1.1. Perhitungan arus maksimum saat ini pada gedung reduksi no.3
Dalam analisis perencanaan operasi pabrik peleburan aluminium PT Inalum
diambil berdasarkan data SCADA yang diukur setiap harinya selama PT Inalum
beroperasi sehingga dapat disimpulkan menjadi beberapa persamaan yang akan
diterangkan pada bagian ini. Untuk menghitung besarnya arus maksimum yang dapat
disuplai ke gedung reduksi dengan konfigurasi eksisting, arus rating LVR harus
diketahui terlebih dahulu yaitu:
=
=
182
33
√3
= 3184
≈ 3180
(
)
Dalam pengoperasian gedung reduksi, normalnya arus sisi sekunder
transformator LVR akan diregulasi menjadi 30 kV sesuai kebutuhan peralatan dan
gedung reduksi. Sehingga dapat diketahui pembebanan transformator LVR saat arus
sekunder LVR mencapai ratingnya adalah
=
×
= 165.2
× √3 = 3180
30
√3
Berdasarkan data SCADA, karakteristik faktor daya gedung reduksi adalah sebesar
0.88 pf (lagging). Sehingga kebutuhan daya aktif dan reaktif gedung reduksi adalah
sebagai berikut:
39
Universitas Sumatera Utara
40
.
.
=
=
−
×
=
= 165.2
165.2
× 0.88
− 145.4
= 145.4
= 78.5
Konsumsi daya AC ini lalu dikonversi menjadi Daya DC berdasarkan Persamaan 2.5
dan 2.6 yaitu :
=
Dan daya DC pada gedung reduksi dapat dihitung dengan persamaan berikut :
=
×
×
Dengan parameter-parameter yang digunakan adalah parameter yang terekam pada
SCADA PT Inalum dan digunakan dalam berbagai perhitungan dalam analisis dan
perencanaan operasi pabrik peleburan sebagai berikut :
=
=
140.8
4.4 × 165
= 193.9
/ 1.033 = 140.8
193
Untuk menjaga agar arus sekunder transformator tidak melebihi rating, maka arus pot
dijaga maksimum 193 kA dengan jumlah pot beroperasi sebanyak 165 pot.
Dari data operasi yang ada juga menunjukkan pada saat suplai arus telah
mencapai maksimum yaitu ± 193 kA, maka rated arus pada Load Voltage Regulator
(LVR) telah mencapai ratednya sebesar 3180 A.
4.1.2. Desain kapasitas transformator utama (MTR)
Transformator utama yang terpasang saat ini mempunyai kapasitas 182 MVA
dan beroperasi dengan faktor daya 0,99 lagging. Sedangkan untuk peningkatan
kapasitas suplai arus ke 255 kA, maka diperlukan penambahan kapasitas. Berdasarkan
Universitas Sumatera Utara
41
analisis kapasitas perencanaan operasi pabrik peleburan aluminium PT Inalum yang
diambil berdasarkan data SCADA dan atau secara kalkulasi, dengan mengacu pada
persamaan 4.2 di atas, maka daya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :
Total daya DC yang dibutuhkan adalah :
=
×
×
Dengan Idc = 255 kA, Vdc = 4.4 Volt dan jumlah tungku maksimum 170 tungku.
Total tegangan pada tungku reduksi gedung no.3 adalah :
4,4 volt x 170 tungku = 748 volt
Sedangkan fluktuasi tegangan operasi tungku reduksi adalah sebesar 5-7 % sehingga
total tegangan yang dibutuhkan adalah :
748 + (748 volt x 5-7%) = 785 – 800,36 volt
Sehingga total daya dibutuhkan untuk peningkatan kapasitas suplai arus menjadi 255
kA dengan kebutuhan total tegangan pada kondisi fluktuasi tertinggi 800 volt adalah :
800 volt x 255 kA = 204 MW
Dari data SCADA, konversi daya DC ke AC adalah sebesar 1,033 kali dan kebutuhan
daya untuk auxiliary transformer adalah 1 MW sehingga total daya yang dibutuhkan
untuk transformator utama adalah :
(1.033 x 204 MW) + 1 MW = 211,7 MW
Dengan kapasitas toleransi desain sebesar ± 10 % maka total daya yang harus
disediakan adalah :
211,7 + (211,7 x 10 %) = 232 MVA atau dibulatkan menjadi 230 MVA
Dari perhitungan di atas berdasarkan data dan kalkulasi, maka kapasitas transformator
utama (MTR) yang harus disediakan adalah sebesar 230 MVA.
Universitas Sumatera Utara
42
4.1.3. Desain kapasitas load voltage regulator (LVR)
Secara sederhana kapasitas yang tersisa untuk desain LVR tambahan adalah
besar kapasitas MTR desain dikurangi dengan kapasitas LVR yang ada ditambah
kebutuhan untuk auxiliary transformer atau secara persamaan sebagai berikut :
MTR Design – ( LVR saat ini + Kebutuhan Auxiliary Transformer)
Sehingga kapasitas desain dari LVR tambahan adalah :
230 MVA – (182 MVA + 1,01 MVA) = 46,99 MVA
Untuk efisiensi dan pertimbangan biaya, maka desain kebutuhan LVR tambahan sudah
cukup sebesar 45 MVA dengan arus searah yang dihasilkan sebesar 45 kA.
4.1.4. Desain faktor daya pada sisi sekunder LVR
Dengan desain peningkatan kapasitas suplai arus sebesar 255 kA, maka kita
harus mengalkulasi total arus yang dapat didistribusikan dengan peningkatan kapasitas
MTR dan LVR yaitu penjumlahan suplai arus saat ini ditambah dengan suplai arus dari
LVR. Total arus saat ini sebesar 193 kA dan dari LVR sebesar 45 kA sehingga total
arus yang dapat dialirkan adalah sebesar :
193 kA + 45 kA = 238 kA
Untuk mencapai arus target menjadi 255 kA, maka besaran arus yang dibutuhkan
adalah :
255 kA - 238 kA = 17 kA
Dengan hasil kalkulasi ini, maka desain kapasitas kapasitor yang dibutuhkan
sebenarnya cukup dengan menaikkan kapasitas suplai arus dari 193 kA menjadi 210
kA. Untuk menaikkan kapasitas suplai arus menjadi 210 kA, maka dibutuhkan
Universitas Sumatera Utara
43
kompensasi daya reaktif seperti pada Tabel 4.1. yaitu sebesar 50 MVAR sehingga
faktor dayanya meningkat dari 0,88 pf menjadi 0,95 pf.
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Kebutuhan Kapasitor Bank
No
1
2
3
4
Idc Vdc
(kA) (V)
193
210
210
210
4,4
4,4
4,4
4,4
PIO
165
165
165
165
Pdc
(MW)
140,12
152,46
152,46
152,46
Factor
V sry
Pac Faktor
S
Q
I sry
QC
Konversi
LVR
(MW) Daya (MVA) (MVAR)
LVR (A) (MVAR)
(C)
(kV)
1,033 144,74 0,88 164,48
78,12 30
3165,4
1,033 157,49 0,88 178,97
85,00 30
3444,2
3180,0
1,033 157,49 0,95 165,24
50,00 30
35
3030,9
1,033 157,49 1,00 157,49
0,00 30
85
Dengan penambahan kapasitor bank sebesar 50 MVAR , arus pada tungku reduksi
yang dihasilkan dari Silicon Rectifier sudah bisa mencapai 210 kA. Namun dengan
kondisi ini LVR akan terus beroperasi pada arus ratednya yaitu 3180 A. Hal ini dapat
mempercepat usia pakai dari LVR yang disebabkan oleh panas pada belitan LVR.
Untuk mengatasi masalah ini, maka desain faktor dayanya sebaiknya dimaksimalkan
sehingga rated arus pada sisi secondary LVR tidak selalu mencapai arus ratingnya.
Untuk memaksimalkan faktor daya yang direncanakan, maka kapasitor bank yang
dibutuhkan dapat dihitung.
Untuk mengalkulasi perkiraan kebutuhan daya reaktif pada tungku reduksi,
maka ada empat kondisi operasi yang dijadikan referensi. Ke-empat kondisi tersebut
adalah kondisi dimana operasi penurunan dan penaikan arus dilakukan sesuai dengan
kebutuhan operasi ataupun kebutuhan sistem yang dibatasi oleh desain maksimum.
Arus maksimum yang dapat disuplai oleh penyearah silikon dengan kapasitas yang
terpasang adalah 6 x 37 kA=222 kA. Adapun besarnya konsumsi daya aktif tungku
reduksi diperlihatkan pada Tabel 4.2
Universitas Sumatera Utara
44
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Aktif Pada Tungku Reduksi
I dc (kA)
V dc
(Volt)
PIO (pot)
P dc P/L
(MW)
P ac P/L
(MW)
Operasi penurunan Arus
130
4.4
165
94.4
97.5
Operasi normal saat ini
193
4.4
165
140.1
144.7
Peningkatan ke 210 kA
210
4.4
165
152.5
157.5
Peningkatan Maksimum
222
4.4
165
161.2
166.5
Kondisi
Berdasarkan data faktor daya gedung reduksi tetap 0.88 pada setiap kondisi, maka
konsumsi daya reaktif diperlihatkan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Reaktif Pada Tungku Reduksi
I dc (kA)
P ac P/L
(MW)
Q P/L
(MVAR)
S P/L
(MVA)
Operasi penurunan Arus
130
97.5
52.6
110.8
Operasi normal saat ini
193
144.7
78.1
164.5
Peningkatan ke 210 kA
210
157.5
85.0
179.0
Peningkatan Maksimum
222
166.5
89.9
189.2
Kondisi
Berdasarkan Tabel 4.2 dan 4.3, dapat diketahui bahwa pada saat suplai arus
pada kondisi maksimum sebesar 222 kA, maka kebutuhan daya reaktif gedung reduksi
adalah sebesar 89.9 MVAR.
Pada kondisi eksisting kebutuhan daya reaktif beban adalah 78.5 MVAR pada
level tegangan 30 kV atau setara dengan 94.7 MVAR pada level tegangan 33 kV.
=
=
=
30
78.5
=
= 11.5 ℎ
33
= 94.7
11.5
Universitas Sumatera Utara
45
Untuk meningkatkan arus sekunder LVR dapat dilakukan dengan cara meminimalkan
aliran daya reaktif yang mengalir pada LVR. Hal ini dapat dilakukan dengan
memperbaiki faktor daya LVR dengan cara pemasangan kapasitor bank. Besar
kapasitor bank yang akan dipasang adalah 75 MVAR pada level tegangan 30 kV.
Melalui pemasangan kapasitor bank 75 MVAR, maka arus searah yang dapat disuplai
ke gedung reduksi adalah sebesar
=
= 165.2
=
=
−
×
×
−
= 165.2
= 220.3
√3 = 3180
=
=
≈ 220
30
√3
165.2 − (78.5 − 75)
4.4
165.2
× 165
× 1.033
Kapasitor bank dipasang pada bus 33 kV sekunder transformator LVR pada
setiap gedung reduksi. Lokasi ini dipilih bertujuan untuk meningkatkan faktor daya dan
memperbaiki arus sekunder transformator LVR guna menaikkan kapasitas penyearah
silikon. Karena pemasangan kapasitor pada bus 33 kV maka kapasitor 75 MVAR perlu
dikonversi dari level tegangan 30 kV menjadi 33 kV sehingga besar kapasitor bank
pada level 33 kV adalah 90 MVAR seperti pada perhitungan berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
46
=
=
=
33
12
=
30
75
= 12 ℎ
= 90.75
≈ 90
4.1.5. Konfigurasi desain sistem peningkatan kapasitas suplai penyulang
Gambar diagram satu garis sistem kelistrikan Inalum saat ini dalam simulasi dalam
sistem ETAP dijelaskan pada Gambar 4.1 berikut ini
Gambar 4.1 Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan Inalum
Kebutuhan energi listrik PT Inalum utamanya untuk menyuplai kebutuhan
proses produksi pada pabrik peleburan aluminium. Dimana saat ini kapasitas suplai
arus hanya bisa maksimum sebesar 193 kA. Untuk meningkatkan kapasitas suplai arus,
Universitas Sumatera Utara
47
maka diperlukan penambahan peralatan seperti dijelaskan pada Gambar 4.2. Ada tiga
peralatan utama yang akan dipasang pada proses peningkatan kapasitas suplai arus
sebesar 255 kA yaitu penggantian dan peningkatan kapasitas MTR menjadi 230 MVA,
penambahan LVR sebesar 45 MVA/45 kA dan perbaikan faktor daya minimum sebesar
0,95 pf dari kondisi saat ini 0.88 pf. Lebih jelasnya penambahan peralatan tersebut
dijelaskan pada bagian yang di beri tanda kotak pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Diagram Satu Garis Pemasangan Peralatan Peningkatan Kapasitas
Dengan penambahan peralatan-peralatan tersebut, maka perbandingan kondisi
sistem saat ini dengan sistem untuk peningkatan kapasitas suplai arus listrik dijelaskan
pada Gambar 4.3.
Universitas Sumatera Utara
48
(a)
(b)
Gambar 4.3. (a) Diagram Satu Garis Kondisi Saat Ini
(b) Kondisi Peningkatan Kapasitas
4.2.
Permodelan Sistem Dengan Menggunakan Alat Bantu Analisis
4.2.1. Permodelan sistem
Pelaksanaan permodelan sistem dilakukan sebagai langkah awal untuk
melaksanakan penelitian. Permodelan sistem tenaga listrik Inalum dilaksanakan
dengan menggunakan software ETAP 12.0. Seperti dijelaskan pada bab 3.5 bahwa
langkah ini dilaksanakan untuk memastikan akurasi hasil analisis. Parameter yang
diperlukan untuk melakukan simulasi ini diperoleh dari nameplate peralatan Inalum,
seperti Generator, transmisi, transformator, dan kapasitor bank, dan data-data lainnya
yang diperoleh dari buku pegangan sistem Inalum. Sedangkan untuk bentuk
permodelan sama seperti diagram satu garis sistem Inalum pada Gambar 4.1.
Universitas Sumatera Utara
49
4.2.2. Klarifikasi hasil pengujian alat bantu analisis
Setelah seluruh parameter diinputkan ke model sistem pada ETAP 12.0,
simulasi aliran daya dilakukan untuk menguji kesesuaian model sistem. Pengujian
dilakukan beberapa kali diantaranya simulasi aliran daya pada tanggal 15 Oktober 2016
dengan hasil seperti pada Gambar 4.4.
Kuala Tanjung 275kV
A Bus
B Bus
Supply
From TK Line 114km
1MTR
Source
MW
MVar MW MVar
SCADA 432,4
63,1 -170,6 -2,4
Simulated 433
61,2 -169,2 -2,4
Load Kuala Tanjung*
2MTR
3MTR
MW MVar MW MVar
0
0
-133
18,3
0
0
-132,3 18,3
4MTR
MW MVar
-142 -14,4
-141,9 -14,1
Load PLN
PLN
V bus KT
MW MVar
12,5
-10,6
272,1
11,5
-8,1
271,7
Gambar 4.4 Simulasi Aliran Daya Data SCADA dan Simulasi ETAP
Simulasi selanjutnya dilaksanakan dengan mengambil data rugi-rugi transmisi
pada SCADA pada tanggal 17 Desember 2016 dan dibandingkan dengan hasil simulasi
seperti pada Gambar 4.5.
Universitas Sumatera Utara
50
Sumber
Pengukuran
Simulasi
Sending Side
MW
MVar
565.05
64,97
564,8
64,4
TK 1L
MW
MVar
7,8
10,6
7,7
10,4
TK 2L
MW
MVar
7,7
10,5
7,7
10,4
Receiving Side
MW
MVar
550,3
43,8
549,4
43,6
Gambar 4.5 Perbandingan Rugi-rugi Transmisi Hasil Pengukuran dan Simulasi
Dari dua kali proses perbandingan dengan data pengukuran pada SCADA dan
data simulasi pada Software ETAP menunjukkan kondisi data yang relatif sama.
Dengan demikian proses tuning (Penyesuaian peralatan dengan kondisi aktual) sudah
sesuai dengan tingkat akurasi analisis yang sangat baik.
4.2.3. Aliran daya kondisi sebelum peningkatan kapasitas suplai
Kondisi suplai arus maksimum saat ini seperti dijelaskan pada Gambar 4.6,
dimana pada kondisi tersebut aliran daya reaktifnya mengalir cukup besar melalui
LVR yaitu sebesar 78.5 MVAR sehingga menambah pembebanan transformator LVR.
Hal ini mengakibatkan arus sekunder LVR sebesar 3.165,6 A, mendekati arus rating
maksimum 3.180 A dengan suplai arus DC ke tungku reduksi no.3 sebesar 193.4 kA.
Sedangkan faktor dayanya hanya 0,88 lagging dengan tegangan pada bus incoming
sebesar 272,9 kV dan pada bus 33 kV sebesar 33,1 kV.
Universitas Sumatera Utara
51
146,6 10,7
311,1 272,9
KETERANGAN:
MW Mvar
A
kV
MW
kA
33kV
MTR
182 MVA
DC 686V
V
0,0 92,1
1591,5 33,4
145,5 83,6
2925,7 33,1
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
LVR
145,4 78,6
3165,0 30,1
145,4 78,5
3165,0 30,1
23,6
32,2
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
0,0
Ca p. Ba nk
2nd'ry LVR = 0
MVa r
0,0
30,0
0,0
731,3
145,4
193,4
Gambar 4.6 Aliran Daya Kondisi Maksimum 193 kA
4.2.4. Simulasi kondisi dengan MTR 230 MVA terhubung ke sistem
Sesuai dengan ketentuan operasi sistem kelistrikan Inalum, maka tidak
dibenarkan ada pemadaman sistem kecuali dalam keadaan gangguan. Hal ini
dilakukan untuk memastikan suplai arus yang berkelanjutan ke tungku reduksi. Jika
tungku reduksi tidak dialiri arus selama ± 3 jam dapat mengakibatkan aluminium
yang berada di dalam tungku menjadi beku dan tungku harus direkonstruksi ulang
yang menyebabkan kerugian yang sangat besar. Dengan kondisi ini, maka proses
pengoperasian MTR 230 MVA dilakukan tanpa beban terlebih dahulu. Kemudian
Universitas Sumatera Utara
52
dilakukan operasi paralel dengan MTR yang sedang dibebani dan selanjutnya MTR
yang sedang dibebani tersebut di keluarkan dari sistem sebagai stand by unit.
Data hasil simulasi sistem dengan menggunakan alat bantu ETAP pada saat MTR
230 MVA yang baru dibebani dengan kondisi arus 193 kA dibandingkan dengan
kondisi sebelumnya, dengan suplai arus yang sama yaitu sebesar 193 kA dijelaskan
pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Kondisi Sebelum dan Sesudah Pemasangan MTR 230 MVA
Kondisi
Lokasi
Pry MTR
(Sebelum)
Sry MTR
Saat ini
Pry LVR
dengan
Sry LVR
Beban SR Cap Bank Eksisting
193 kA
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
Pry MTR
(Sesudah)
Sry MTR
MTR 230
Pry LVR
MVA
Sry LVR
Beban SR Cap Bank Eksisting
193 kA
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
P
(MW)
Q
(MVAR)
S
(MVA)
PF
Arus
(A)
Tegangan
(kV)
146,6
146,3
145,5
145,4
10,7
-6,6
83,6
78,6
92,1
147,0
146,4
167,8
165,3
92,1
0,997
0,999
0,867
0,880
0,000
311,1
2533,4
2925,7
3165,6
1591,5
272,9
33,4
33,1
30,1
33,4
1,08%
1,60%
1,46%
1,48%
145,4
147,4
147,1
146,4
146,3
78,6
7,1
-6,6
84,1
79,0
92,4
165,3
147,6
147,3
168,9
166,3
92,4
0,880
0,999
0,999
0,867
0,880
0,000
3165,6
312,0
2541,1
2934,6
3175,2
1596,3
30,1
273,1
33,5
33,2
30,2
33,5
1,48%
1,10%
1,75%
1,62%
1,61%
146,3
79,0
166,3
0,880
3175,2
30,2
1,61%
THDv
Secara umum keadaan sistem tidak mengalami perubahan yang signifikan. Hanya
ada kenaikan daya reaktif disisi sekunder LVR dari 78,6 menjadi 79 MVAR dan
kenaikan arus pada sisi primer LVR dari 2.925,7 A menjadi 2.934,6 A yang
disebabkan oleh meningkatnya kapasitas MTR dari 182 MVA menjadi 230 MVA
yang disumbangkan oleh penambahan beban auxiliary MTR. Kenaikan arus suplai
ke tungku reduksi juga mengalami kenaikan dari 3165,6 A menjadi 3175,2 A yang
dapat dikonversi ke arus DC dari 193 kA menjadi 195 kA. Namun karena
keterbatasan rated arus maka arus ke gedung reduksi hanya bisa 193 kA. Sedangkan
Universitas Sumatera Utara
53
untuk faktor daya kedua kondisi tersebut sama yaitu 0,88 lagging. Sedangkan aliran
dayanya dapat dilihat pada Gambar 4.7.
147,4 7,1
312,0 273,1
KETERANGAN:
MW Mvar
A
kV
MW
kA
33kV
MTR
230 MVA
DC 686V
V
0,0 92,4
1596,3 33,5
146,4 84,1
2934,6 33,2
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
LVR
146,3 79,0
3175,2 30,2
146,2 78,9
3175,9 30,0
Ca p. Ba nk
2nd'ry LVR = 0
MVar
24,3
32,2
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
0,0
0,0
30,0
0,0
735,3
146,3
193,4
Gambar 4.7 Aliran Daya Kondisi MTR Terhubung ke Sistem
4.2.5. Simulasi kondisi dengan capacitor bank baru terhubung ke sistem
Secara operasional akan lebih mudah mengatur keadaan sistem dengan
menghubungkan capacitor bank terlebih dahulu dengan pertimbangan lebih mudah
untuk mengontrol aliran daya reaktifnya. Sehingga langkah kedua yang dilakukan
Universitas Sumatera Utara
54
adalah mengkoneksikan kapasitor ke sistem. Data hasil analisis seperti perubahan hasil
keadaan daya reaktif, faktor daya dan arus pada sisi sekunder LVR yang diperoleh
dengan menggunakan software ETAP dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Kondisi Sebelum dan Sesudah Capacitor Bank Terhubung ke Sistem
Kondisi
Lokasi
Pry MTR
(Sebelum)
Sry MTR
MTR 230
Pry LVR
MVA
Sry LVR
Beban SR Cap Bank Eksisting
193 kA
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
Pry MTR
(Sesudah)
Sry MTR
Cap. Bank
Pry LVR
Baru
Sry LVR
Terhubung Cap Bank Eksisting
ke Sistem
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
P
(MW)
Q
(MVAR)
S
(MVA)
PF
Arus
(A)
Tegangan
(kV)
147,4
147,1
146,4
146,3
7,1
-6,6
84,1
79,0
92,4
147,6
147,3
168,9
166,3
92,4
0,999
0,999
0,867
0,880
0,000
312,0
2541,1
2934,6
3175,2
1596,3
273,1
33,5
33,2
30,2
33,5
1,10%
1,75%
1,62%
1,61%
146,3
166,4
166,0
165,4
165,2
79,0
0,7
-17,2
11,5
6,5
30,4
82,8
6,5
166,3
166,4
166,9
165,8
165,4
30,4
82,8
187,7
0,880
1,000
0,995
0,998
0,999
0,000
0,000
0,880
3175,2
352,0
2899,8
2890,4
3179,4
528,6
1591,7
3610,3
30,2
273,0
33,2
33,1
30,0
33,2
30,0
30,0
1,61%
0,51%
2,41%
2,18%
1,54%
165,2
THDv
1,53%
Dengan penambahan kapasitor bank ini sangat berpengaruh terhadap perbaikan faktor
daya sistem yaitu dari 0,88 pf menjadi 0,999 pf dengan perubahan arus pada sisi
sekunder LVR sebesar 4,2 ampere dari 3.175,2 A menjadi 3.179,4 . Namun arus pada
tungku reduksi naik cukup signifikan menjadi 3.610,3 A atau setara dengan 220,8 kA
DC. Hal ini juga terlihat dari perubahan daya aktif yang sangat signifikan pada sisi
sekunder LVR yaitu dari 146,3 MW menjadi 165,2 MW. Total Harmonic Distortion
tegangan (THDv) juga mengalami perbaikan dari 1,61% menjadi 1,53%. Secara
analisis aliran daya dapat dilihat pada Gambar 4.8.
Universitas Sumatera Utara
55
166,4
352,0
Keterangan :
MW Mvar
A
kV
MW
kA
33kV
0,7
273
MTR
230 MVA
DC 686V
V
0,0
528,0
30,4
33,2
165,4 11,5
2890,4 33,1
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
LVR
165,2
3179,4
146,2 78,9
3175,9 30,0
6,5
30
Cap. Ba nk
2nd'ry LVR = 90
MVa r
27,5
36,8
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
1591,0
82,8
30,0
0,0
749,8
165,2
220,3
Gambar 4.8 Aliran Daya Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke Sistem
4.2.6. Simulasi kondisi dengan LVR baru terhubung ke sistem
Setelah MTR 230 MVA terhubung ke sistem, kemudian pengaturan daya reaktif
dengan kapasitor bank, peningkatan kapasitas selanjutnya adalah proses switching
LVR baru untuk terhubung ke sistem. Data hasil simulasi kondisi ini diperlihatkan pada
Tabel 4.6. Dari Tabel 4.6 dapat diketahui bahwa faktor daya pada sisi sekunder telah
mencapai optimum yaitu 0,99 lagging pada saat kapasitor bank terhubung ke sistem
Universitas Sumatera Utara
56
dan menjadi 1.0 pf pada saat LVR baru terhubung ke Sistem. Rated arus LVR juga
telah mencapai ratednya yaitu sebesar 3.179,4 A dan menjadi 3.012,8 A pada saat LVR
baru terhubung ke sistem. Beban awalnya ditanggung oleh LVR yang ada dan menjadi
berkurang pada saat LVR baru dibebani sehingga kondisi sistem menjadi lebih stabil.
Tabel 4.6 Kondisi Sebelum dan Sesudah LVR Baru Terhubung ke Sistem
Kondisi
(Sebelum)
Cap. Bank
Baru
Tehubung
ke Sistem
(Sesudah)
LVR
Tambahan
(Baru)
Terhubung
ke Sistem
Lokasi
Pry MTR
Sry MTR
Pry LVR
Sry LVR
Cap Bank Eksisting
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
Pry MTR
Sry MTR
Pry LVR
Sry LVR
Pry LVR Baru
Sry LVR Baru
Cap Bank Eksisting
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
P
(MW)
Q
(MVAR)
S
(MVA)
PF
Arus
(A)
Tegangan
(kV)
166,4
166,0
165,4
165,2
0,7
-17,2
11,5
6,5
30,4
82,8
6,5
-8,8
-33,4
5,8
1,3
20,3
18,9
61,8
83,9
20,2
166,4
166,9
165,8
165,4
30,4
82,8
187,7
194,7
196,8
158,0
157,8
40,6
39,9
61,8
83,9
194,0
1,000
0,995
0,998
0,999
0,000
0,000
0,880
0,999
0,985
0,999
1,000
0,865
0,880
0,000
0,000
0,994
352,0
2899,8
2890,4
3179,4
528,6
1591,7
3610,3
412,0
3394,0
2738,9
3012,8
703,0
764,8
1064,6
1602,7
3777,6
273,0
33,2
33,1
30,0
33,2
30,0
30,0
272,8
33,5
33,3
30,2
33,3
30,1
33,5
30,1
30,1
165,2
194,5
193,9
157,9
157,8
35,1
35,1
192,9
THDv
0,51%
2,41%
2,18%
1,54%
1,53%
0,59%
0,36%
0,30%
0,63%
0,30%
0,31%
0,94%
Beban awal LVR yang ada sebesar 165,2 MW berkurang menjadi 157,8 MW dan
sebahagian bebannya di tanggung oleh LVR baru sebesar 35,1 MW sehingga total daya
yang dialirkan ke gedung reduksi menjadi sebesar 192,9 MW.
Total Harmonic
Distortion tegangan (THDv) juga mengalami perbaikan dari 1,53 % menjadi 0,94 %.
Secara analisis aliran daya dapat dilihat pada Gambar 4.9.
Universitas Sumatera Utara
57
Keterangan :
MW Mvar
A
kV
MW
kA
V
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
33kV
MTR 230
MVA
194,5 -8,8
412,0 272,8
DC 686V
35,1
703
20,3
33,3
LVR Baru
0,0 61,8
1065 33,5
157,9 5,8
2738,9 33,3
LVR
35,1
765
18,9
30,1
157,8 1,3
3012,8 30,2
Cap. Bank
2nd'ry LVR = 90
MVar
32,1
42,8 750,3
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
1602,7
83,9
30,1
26,8
35,7
0,0
750,3
192,9
257,1
Gambar 4.9 Aliran Daya Kondisi LVR Baru Terhubung ke Sistem
4.3.
Data Harmonik
Berikut data harmonik pada setiap kondisi perubahan sistem. Sesuai dengan
standar IEEE 519-1992, maka harmonik yang dihasilkan masih di bawah batas yang
diizinkan yaitu < dari 5 %. Gambar grafik berikut menggambarkan kondisi IHDv pada
setiap kondisi perubahan sistem dimana Harmonik Tegangan Individu pada Kondisi
193 kA dijelaskan pada Gambar 4.10
Universitas Sumatera Utara
58
IHDv (%)
IHDv Arus Gedung reduksi 193 kA
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
1
0
0
Bus 33 kV
Bus 275 kV
3
0
0
5
1,00
0,85
7
0,09
0,71
9
0
0
11
0,20
0,03
13
17
19
35
0,26 0,24 0,28 0,57
0,003 0,003 0,004 0,001
37
0,61
0
Orde
Gambar 4.10 Harmonik Tegangan Individu pada Kondisi 193 kA
Selanjutnya harmonik pada saat MTR 230 MVA terhubung ke sistem dijelaskan
seperti pada Gambar 4.11.
IHDv (%)
IHDv pada saat MTR Terhubung ke-Sistem
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Bus 33 kV
Bus 275 kV
1
0
0
3
0
0
5
1,17
0,91
7
0,11
0,67
9
0
0
11
0,19
0,03
13
17
19
35
0,25 0,24 0,28 0,57
0,003 0,004 0,004 0,001
37
0,61
0
Orde
Gambar 4.11 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi MTR 230 MVA Terhubung
ke Sistem
Sedangkan harmonik yang dihasilkan pada saat kapasitor bank terhubung ke
sistem dijelaskan seperti pada Gambar 4.12.
Universitas Sumatera Utara
59
IHDv (%)
IHDv pada saat Kapasitor Bank Terhubung ke-Sistem
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Bus 275 kV
Bus 275 kV
1
0
0
3
0
0
5
7
0,109 0,315
0,91 0,67
9
0
0
11
13
17
19
35
0,408 0,017 0,011 0,011 0,002
0,03 0,003 0,004 0,004 0,001
37
0
0
Orde
Gambar 4.12 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke
Sistem
Harmonik yang dihasilkan pada saat peningkatan kapasitas suplai penyulang
digambarkan pada Gambar 4.13.
IHDv (%)
IHDv pada saat Peningkatan Kapasitas Suplai
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Bus 33 kV
Bus 275 kV
RGTR
Pry LVR 4
1
0
0
0
0
2
0
0
0
0
3
0,128
0,119
0,153
0,158
4
0,028
0,267
0,084
0,088
5
0
0
0
0
6
0,179
0,531
0,208
0,226
7
0,130
0,008
0,082
0,092
8
0,137
0,007
0,012
0,014
9
0,163
0,007
0,002
0,003
10
0,349
0,002
0,034
0,054
11
0,371
0,000
0,036
0,059
Orde
Gambar 4.13 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank Terhubung
ke Sistem
Universitas Sumatera Utara
60
4.4.
Analisis Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang
4.4.1. Hasil peningkatan kapasitas suplai penyulang
Hasil peningkatan arus yang dilakukan dengan peningkatan kapasitas
penyulang dijelaskan pada Tabel 4.7. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa arus target
sebesar 255 kA dapat diperoleh dengan penggantian MTR 230 MVA, penambahan
kapasitor bank 90 MVAR dan LVR baru dengan kapasitas 45MVA/45 kA. Sedangkan
arus pada secondary LVR sebesar 3.012,8 A masih di bawah arus ratingnya sebesar
3.180 A yang diperoleh dengan penambahan kapasitor bank. Arus maksimum yang
dapat disuplai ke gedung reduksi no.3 lebih besar dari arus yang ditargetkan yaitu
sebesar 257,08 kA, namun busbar pada tungku reduksi hanya mampu sampai batas
kapasitas maksimum sebesar 255 kA. Total daya yang dibutuhkan untuk gedung
reduksi no.3 sebesar 192,9 MW yang jika dikonversikan ke daya AC dengan faktor
konversi sebesar 1,033 menjadi sebesar 199,3 MVA.
Tabel 4.7 Hasil Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang
Kondisi
Saat ini dengan Beban SR 193 kA
MTR 230 MVA
Cap. Bank Baru
SR 31~36
LVR Tambahan
RGTR
Total pada Gedung reduksi No.3
Pac (MW) Pdc (MW) Idc (kA)
145,4
146,3
165,2
157,7
35,1
192,8
140,76
141,63
159,92
152,66
33,98
186,64
193,88
195,08
220,28
210,28
46,80
257,08
Idc Target
Vdc (V)
(kA)
193
193
210
210
45
255
4,4
4,4
4,4
4,4
4,4
Jumlah
Tungku
165
165
165
165
165
4.4.2. Analisis harmonik
Dari hasil analisis yang dilakukan terhadap harmonik yang ada sebagai akibat
dari peningkatan kapasitas suplai arus listrik menunjukkan tidak ada hal khusus terkait
dengan harmonik. Standar yang digunakan untuk IHD, THD, dan TDD adalah IEEE
Universitas Sumatera Utara
61
519-1992. Berdasarkan standar IEEE 519-1992 untuk level tegangan 69 kV, batas
IHD maksimum adalah 3% dan THD maksimum adalah 5%. Untuk TDD untuk level
tegangan WACC (8,38%), dengan masa pengembalian investasi (payback period)
selama 2,1 tahun. Dari hasil analisis keekonomian proyek tersebut diatas maka proyek
peningkatan kapasitas suplai penyulang ini dinyatakan layak (Feasible) untuk
dilaksanakan.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
1.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi dengan peningkatan kapasitas suplai penyulang,
maka arus suplai ke tungku reduksi gedung no.3 dapat dinaikkan dari 193 kA
menjadi 255 kA yang berarti dapat meningkatkan kapasitas produksi
alumunium sebanyak 27.652,26 Ton/tahun.
2.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa distorsi harmonik yang terjadi masih
berada dalam standar IEEE 519-1992 yaitu < 5 %.
3.
Distorsi harmonik pada orde ke-5 dan 7 dapat diredam dengan kapasitor bank
yang dipasang dengan besaran distorsi harmoniknya menjadi 0,008 - 0,13 %
dari sebelumnya 0,09 - 0,91 % yang berdampak pada perbaikan kualitas daya
yang dihasilkan.
4.
Pemasangan kapasitor bank menurunkan arus pada sisi secondary LVR dari
3165,6 A dengan output arus DC 193,4 kA menjadi 3.012,8 A dengan output
arus DC sebesar 210,28 kA sesuai dengan arus target desain, bahkan masih ada
ruang sampai dengan ratingnya dengan output arus DC 220,28 kA.
5.
Dari tinjauan keekonomian, peningkatan kapasitas suplai ini layak untuk
dilaksanakan dengan Net Present Value > 0, Internal Rate Of Return (47,30%)
> rata-rata tertimbang biaya modal/ WACC (8,38%) dan masa pengembalian
modal (Pay Back Period) selama 2,1 tahun.
65
Universitas Sumatera Utara
66
5.2.
Saran
Pada penelitian ini masih dibatasi dengan peningkatan kapasitas suplai untuk
satu penyulang. Penelitian ini dapat dikembangkan sampai peningkatan kapasitas
suplai untuk semua penyulang yang tentunya tingkat kompleksitasnya lebih tinggi.
Metode penelitian dapat menggunakan alat bantu yang lebih baik sehingga dapat
menganalisis arus inrush, kondisi transient, visualisasi disturbansi resonansi.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
METODELOGI PENELITIAN
3.1.
Bahan Penelitian
Dalam melaksanakan penelitian yang dilakukan tentang peningkatan kapasitas
suplai arus listrik menjadi 255 kA ke gedung reduksi no.3, berikut bahan referensi yang
digunakan sebagai materi penelitian:
a.
Sistem kelistrikan PT Inalum.
b.
Sistem operasi dan produksi PT Inalum.
c.
Referensi literatur berupa Jurnal IEEE, literatur, katalog, e-book dan buku
sistem tenaga.
Sumber data penelitian diperoleh dari berbagai sumber yaitu single line diagram, data
peralatan, data pengoperasian, data beban pabrik peleburan PT Inalum (Persero), data
hasil pengujian ETAP, makalah, paper, media elektronik (internet), dan data dari media
informasi terkait lainnya.
3.2.
Obyek dan Alat Penelitian
Obyek yang digunakan dalam penelitian ini adalah data jaringan listrik
Substation PT Inalum, yaitu data transformator, data penghantar, data penyearah
silikon, data beban, data operasi normal dan gangguan, diagram satu garis jaringan
listrik Substation. Peralatan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Software simulasi ETAP 12.0.
2. Software pengolahan data: Microsoft Excel 2010 dan Microsoft Word 2010.
3. Pengukuran data aktual melalu Power Quality Meter.
34
Universitas Sumatera Utara
35
4. Perhitungan manual untuk menentukan kapasitas transformator utama.
5. Perhitungan manual untuk menentukan besaran tambahan load voltage
regulator dan transformator penyearah (rectiformer).
6. Perhitungan manual untuk pemilihan capacitor bank yang sesuai.
3.3.
Batasan Obyek Kajian
Simulasi yang dilakukan dalam penelitian ini dilakukan dalam tiga tahapan
yaitu:
1.
Penetapan penambahan besaran kapasitas transformator utama (MTR)
sebesar 230 MVA.
2.
Penetapan penambahan load voltage regulator dan transformator
penyearah (Rectiformer) sebesar 45 MVA/ 45 kA.
3.
Penetapan besaran kapasitas kapasitor dengan target kenaikan faktor daya
minimum sebesar 0,95 dengan target kenaikan arus minimum 210 kA.
4.
Analisis kestabilan sistem terhadap peningkatan kapasitas suplai.
Berikut adalah perbandingan peralatan yang akan dijadikan obyek kajian untuk
meningkatkan kapasitas suplai arus ke 255 kA pada gedung reduksi no.3 seperti
dijelaskan pada Tabel 3.1.
Universitas Sumatera Utara
36
Tabel 3.1 Perbandingan Kondisi Peralatan
Kondisi sistem saat ini
Peralatan
Kapasitas
MTR-4
182 MVA
LVR-4
182 MVA
Rectiformer -SR 6 x 35.9 MVA / 37 kA
3.4.
Kondisi usulan peningkatan kapasitas
Peralatan
MTR-4
LVR-4
Rectiformer -SR
LVR Baru
Rectiformer Baru
Cap Bank
Kapasitas
230 MVA
182 MVA
6 x 35.6 MVA / 37 kA
45 MVA
45 MVA / 45 kA
2 x 45 MVAR
Program Bantu Analisis
Penelitian dilakukan dengan menggunakan bantuan software analisis aliran
daya, yaitu ETAP 12. Software ini memiliki kemampuan untuk simulasi aliran daya,
simulasi hubung singkat, dan simulasi analisis transien. Seluruh simulasi ini akan
berguna untuk menganalisis kelayakan dari penambahan transformator utama (MTR),
load voltage regulator dan transformator penyearah (Rectiformer) serta perbaikan
faktor daya dengan pemasangan kapasitor dalam rangka peningkatan kapasitas suplai
arus listrik menjadi 255 kA.
3.5.
Proses Tuning Alat Bantu Analisis
Untuk memastikan alat bantu analisis ETAP 12 berfungsi dengan akurasi yang
tinggi atau sesuai dengan keadaan sistem maka akan dilakukan proses tuning sebelum
pengujian dengan alat bantu analisis. Proses yang dilakukan adalah dengan
membandingkan data aktual yang terekam pada data pencacatan di SCADA dengan
membandingkan data pada simulasi alat bantu analisis. Data yang dibandingkan adalah
data aliran daya dan kondisi transient pada saat adanya gangguan dan proses charging
saluran transmisi. Disamping hal tersebut untuk parameter yang dapat dilakukan
Universitas Sumatera Utara
37
pengukuran juga akan dilakukan pengukuran seperti Data distorsi harmonik kondisi
eksisting yang akan diukur dengan alat bantu yaitu Power Quality Analyzer HIOKI tipe
PW 3196
3.6.
Prosedur Penelitian
Perhitungan aliran beban seimbang dilakukan dengan memodelkan sistem
ketenagalistrikan PT Inalum, mulai dari pembangkit, transmisi, beban smelter, hingga
penyederhanaan
sistem
PLN
yang
terinterkoneksi
dengan
sistem
Inalum,
menggunakan software ETAP 12.0. Kemudian data hasil simulasi tersebut akan diolah
menggunakan software Microsoft Excel 2010 dan didokumentasikan serta
dipublikasikan dalam bentuk tulisan menggunakan software Microsoft Word 2010.
Secara garis besar, urutan prosedur dalam penelitian ini direpresentasikan dalam
diagram alir seperti pada Gambar 3.1.
Universitas Sumatera Utara
38
Mulai
Studi Literatur
Pengumpulan Data
Penetapan besaran MTR, LVR/ Penyearah dan
kapasitas kapasitor bank
Melakukan Pemodelan Aliran Daya
Pemodelan Sistem Saat ini dan sistem dengan peningkatan
kapasitas
Melakukan Analisis
1. Kondisi sistem setelah dilakukan peningkatan
kapasitas. 2. Kondisi harmonik pada sistem. 3. Kondisi
aliran daya pada saat peralatan baru terhubung ke
sistem
Menyusun Kesimpulan dan Rekomendasi
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Penentuan Desain Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang 255kA
4.1.1. Perhitungan arus maksimum saat ini pada gedung reduksi no.3
Dalam analisis perencanaan operasi pabrik peleburan aluminium PT Inalum
diambil berdasarkan data SCADA yang diukur setiap harinya selama PT Inalum
beroperasi sehingga dapat disimpulkan menjadi beberapa persamaan yang akan
diterangkan pada bagian ini. Untuk menghitung besarnya arus maksimum yang dapat
disuplai ke gedung reduksi dengan konfigurasi eksisting, arus rating LVR harus
diketahui terlebih dahulu yaitu:
=
=
182
33
√3
= 3184
≈ 3180
(
)
Dalam pengoperasian gedung reduksi, normalnya arus sisi sekunder
transformator LVR akan diregulasi menjadi 30 kV sesuai kebutuhan peralatan dan
gedung reduksi. Sehingga dapat diketahui pembebanan transformator LVR saat arus
sekunder LVR mencapai ratingnya adalah
=
×
= 165.2
× √3 = 3180
30
√3
Berdasarkan data SCADA, karakteristik faktor daya gedung reduksi adalah sebesar
0.88 pf (lagging). Sehingga kebutuhan daya aktif dan reaktif gedung reduksi adalah
sebagai berikut:
39
Universitas Sumatera Utara
40
.
.
=
=
−
×
=
= 165.2
165.2
× 0.88
− 145.4
= 145.4
= 78.5
Konsumsi daya AC ini lalu dikonversi menjadi Daya DC berdasarkan Persamaan 2.5
dan 2.6 yaitu :
=
Dan daya DC pada gedung reduksi dapat dihitung dengan persamaan berikut :
=
×
×
Dengan parameter-parameter yang digunakan adalah parameter yang terekam pada
SCADA PT Inalum dan digunakan dalam berbagai perhitungan dalam analisis dan
perencanaan operasi pabrik peleburan sebagai berikut :
=
=
140.8
4.4 × 165
= 193.9
/ 1.033 = 140.8
193
Untuk menjaga agar arus sekunder transformator tidak melebihi rating, maka arus pot
dijaga maksimum 193 kA dengan jumlah pot beroperasi sebanyak 165 pot.
Dari data operasi yang ada juga menunjukkan pada saat suplai arus telah
mencapai maksimum yaitu ± 193 kA, maka rated arus pada Load Voltage Regulator
(LVR) telah mencapai ratednya sebesar 3180 A.
4.1.2. Desain kapasitas transformator utama (MTR)
Transformator utama yang terpasang saat ini mempunyai kapasitas 182 MVA
dan beroperasi dengan faktor daya 0,99 lagging. Sedangkan untuk peningkatan
kapasitas suplai arus ke 255 kA, maka diperlukan penambahan kapasitas. Berdasarkan
Universitas Sumatera Utara
41
analisis kapasitas perencanaan operasi pabrik peleburan aluminium PT Inalum yang
diambil berdasarkan data SCADA dan atau secara kalkulasi, dengan mengacu pada
persamaan 4.2 di atas, maka daya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :
Total daya DC yang dibutuhkan adalah :
=
×
×
Dengan Idc = 255 kA, Vdc = 4.4 Volt dan jumlah tungku maksimum 170 tungku.
Total tegangan pada tungku reduksi gedung no.3 adalah :
4,4 volt x 170 tungku = 748 volt
Sedangkan fluktuasi tegangan operasi tungku reduksi adalah sebesar 5-7 % sehingga
total tegangan yang dibutuhkan adalah :
748 + (748 volt x 5-7%) = 785 – 800,36 volt
Sehingga total daya dibutuhkan untuk peningkatan kapasitas suplai arus menjadi 255
kA dengan kebutuhan total tegangan pada kondisi fluktuasi tertinggi 800 volt adalah :
800 volt x 255 kA = 204 MW
Dari data SCADA, konversi daya DC ke AC adalah sebesar 1,033 kali dan kebutuhan
daya untuk auxiliary transformer adalah 1 MW sehingga total daya yang dibutuhkan
untuk transformator utama adalah :
(1.033 x 204 MW) + 1 MW = 211,7 MW
Dengan kapasitas toleransi desain sebesar ± 10 % maka total daya yang harus
disediakan adalah :
211,7 + (211,7 x 10 %) = 232 MVA atau dibulatkan menjadi 230 MVA
Dari perhitungan di atas berdasarkan data dan kalkulasi, maka kapasitas transformator
utama (MTR) yang harus disediakan adalah sebesar 230 MVA.
Universitas Sumatera Utara
42
4.1.3. Desain kapasitas load voltage regulator (LVR)
Secara sederhana kapasitas yang tersisa untuk desain LVR tambahan adalah
besar kapasitas MTR desain dikurangi dengan kapasitas LVR yang ada ditambah
kebutuhan untuk auxiliary transformer atau secara persamaan sebagai berikut :
MTR Design – ( LVR saat ini + Kebutuhan Auxiliary Transformer)
Sehingga kapasitas desain dari LVR tambahan adalah :
230 MVA – (182 MVA + 1,01 MVA) = 46,99 MVA
Untuk efisiensi dan pertimbangan biaya, maka desain kebutuhan LVR tambahan sudah
cukup sebesar 45 MVA dengan arus searah yang dihasilkan sebesar 45 kA.
4.1.4. Desain faktor daya pada sisi sekunder LVR
Dengan desain peningkatan kapasitas suplai arus sebesar 255 kA, maka kita
harus mengalkulasi total arus yang dapat didistribusikan dengan peningkatan kapasitas
MTR dan LVR yaitu penjumlahan suplai arus saat ini ditambah dengan suplai arus dari
LVR. Total arus saat ini sebesar 193 kA dan dari LVR sebesar 45 kA sehingga total
arus yang dapat dialirkan adalah sebesar :
193 kA + 45 kA = 238 kA
Untuk mencapai arus target menjadi 255 kA, maka besaran arus yang dibutuhkan
adalah :
255 kA - 238 kA = 17 kA
Dengan hasil kalkulasi ini, maka desain kapasitas kapasitor yang dibutuhkan
sebenarnya cukup dengan menaikkan kapasitas suplai arus dari 193 kA menjadi 210
kA. Untuk menaikkan kapasitas suplai arus menjadi 210 kA, maka dibutuhkan
Universitas Sumatera Utara
43
kompensasi daya reaktif seperti pada Tabel 4.1. yaitu sebesar 50 MVAR sehingga
faktor dayanya meningkat dari 0,88 pf menjadi 0,95 pf.
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Kebutuhan Kapasitor Bank
No
1
2
3
4
Idc Vdc
(kA) (V)
193
210
210
210
4,4
4,4
4,4
4,4
PIO
165
165
165
165
Pdc
(MW)
140,12
152,46
152,46
152,46
Factor
V sry
Pac Faktor
S
Q
I sry
QC
Konversi
LVR
(MW) Daya (MVA) (MVAR)
LVR (A) (MVAR)
(C)
(kV)
1,033 144,74 0,88 164,48
78,12 30
3165,4
1,033 157,49 0,88 178,97
85,00 30
3444,2
3180,0
1,033 157,49 0,95 165,24
50,00 30
35
3030,9
1,033 157,49 1,00 157,49
0,00 30
85
Dengan penambahan kapasitor bank sebesar 50 MVAR , arus pada tungku reduksi
yang dihasilkan dari Silicon Rectifier sudah bisa mencapai 210 kA. Namun dengan
kondisi ini LVR akan terus beroperasi pada arus ratednya yaitu 3180 A. Hal ini dapat
mempercepat usia pakai dari LVR yang disebabkan oleh panas pada belitan LVR.
Untuk mengatasi masalah ini, maka desain faktor dayanya sebaiknya dimaksimalkan
sehingga rated arus pada sisi secondary LVR tidak selalu mencapai arus ratingnya.
Untuk memaksimalkan faktor daya yang direncanakan, maka kapasitor bank yang
dibutuhkan dapat dihitung.
Untuk mengalkulasi perkiraan kebutuhan daya reaktif pada tungku reduksi,
maka ada empat kondisi operasi yang dijadikan referensi. Ke-empat kondisi tersebut
adalah kondisi dimana operasi penurunan dan penaikan arus dilakukan sesuai dengan
kebutuhan operasi ataupun kebutuhan sistem yang dibatasi oleh desain maksimum.
Arus maksimum yang dapat disuplai oleh penyearah silikon dengan kapasitas yang
terpasang adalah 6 x 37 kA=222 kA. Adapun besarnya konsumsi daya aktif tungku
reduksi diperlihatkan pada Tabel 4.2
Universitas Sumatera Utara
44
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Aktif Pada Tungku Reduksi
I dc (kA)
V dc
(Volt)
PIO (pot)
P dc P/L
(MW)
P ac P/L
(MW)
Operasi penurunan Arus
130
4.4
165
94.4
97.5
Operasi normal saat ini
193
4.4
165
140.1
144.7
Peningkatan ke 210 kA
210
4.4
165
152.5
157.5
Peningkatan Maksimum
222
4.4
165
161.2
166.5
Kondisi
Berdasarkan data faktor daya gedung reduksi tetap 0.88 pada setiap kondisi, maka
konsumsi daya reaktif diperlihatkan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Reaktif Pada Tungku Reduksi
I dc (kA)
P ac P/L
(MW)
Q P/L
(MVAR)
S P/L
(MVA)
Operasi penurunan Arus
130
97.5
52.6
110.8
Operasi normal saat ini
193
144.7
78.1
164.5
Peningkatan ke 210 kA
210
157.5
85.0
179.0
Peningkatan Maksimum
222
166.5
89.9
189.2
Kondisi
Berdasarkan Tabel 4.2 dan 4.3, dapat diketahui bahwa pada saat suplai arus
pada kondisi maksimum sebesar 222 kA, maka kebutuhan daya reaktif gedung reduksi
adalah sebesar 89.9 MVAR.
Pada kondisi eksisting kebutuhan daya reaktif beban adalah 78.5 MVAR pada
level tegangan 30 kV atau setara dengan 94.7 MVAR pada level tegangan 33 kV.
=
=
=
30
78.5
=
= 11.5 ℎ
33
= 94.7
11.5
Universitas Sumatera Utara
45
Untuk meningkatkan arus sekunder LVR dapat dilakukan dengan cara meminimalkan
aliran daya reaktif yang mengalir pada LVR. Hal ini dapat dilakukan dengan
memperbaiki faktor daya LVR dengan cara pemasangan kapasitor bank. Besar
kapasitor bank yang akan dipasang adalah 75 MVAR pada level tegangan 30 kV.
Melalui pemasangan kapasitor bank 75 MVAR, maka arus searah yang dapat disuplai
ke gedung reduksi adalah sebesar
=
= 165.2
=
=
−
×
×
−
= 165.2
= 220.3
√3 = 3180
=
=
≈ 220
30
√3
165.2 − (78.5 − 75)
4.4
165.2
× 165
× 1.033
Kapasitor bank dipasang pada bus 33 kV sekunder transformator LVR pada
setiap gedung reduksi. Lokasi ini dipilih bertujuan untuk meningkatkan faktor daya dan
memperbaiki arus sekunder transformator LVR guna menaikkan kapasitas penyearah
silikon. Karena pemasangan kapasitor pada bus 33 kV maka kapasitor 75 MVAR perlu
dikonversi dari level tegangan 30 kV menjadi 33 kV sehingga besar kapasitor bank
pada level 33 kV adalah 90 MVAR seperti pada perhitungan berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
46
=
=
=
33
12
=
30
75
= 12 ℎ
= 90.75
≈ 90
4.1.5. Konfigurasi desain sistem peningkatan kapasitas suplai penyulang
Gambar diagram satu garis sistem kelistrikan Inalum saat ini dalam simulasi dalam
sistem ETAP dijelaskan pada Gambar 4.1 berikut ini
Gambar 4.1 Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan Inalum
Kebutuhan energi listrik PT Inalum utamanya untuk menyuplai kebutuhan
proses produksi pada pabrik peleburan aluminium. Dimana saat ini kapasitas suplai
arus hanya bisa maksimum sebesar 193 kA. Untuk meningkatkan kapasitas suplai arus,
Universitas Sumatera Utara
47
maka diperlukan penambahan peralatan seperti dijelaskan pada Gambar 4.2. Ada tiga
peralatan utama yang akan dipasang pada proses peningkatan kapasitas suplai arus
sebesar 255 kA yaitu penggantian dan peningkatan kapasitas MTR menjadi 230 MVA,
penambahan LVR sebesar 45 MVA/45 kA dan perbaikan faktor daya minimum sebesar
0,95 pf dari kondisi saat ini 0.88 pf. Lebih jelasnya penambahan peralatan tersebut
dijelaskan pada bagian yang di beri tanda kotak pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Diagram Satu Garis Pemasangan Peralatan Peningkatan Kapasitas
Dengan penambahan peralatan-peralatan tersebut, maka perbandingan kondisi
sistem saat ini dengan sistem untuk peningkatan kapasitas suplai arus listrik dijelaskan
pada Gambar 4.3.
Universitas Sumatera Utara
48
(a)
(b)
Gambar 4.3. (a) Diagram Satu Garis Kondisi Saat Ini
(b) Kondisi Peningkatan Kapasitas
4.2.
Permodelan Sistem Dengan Menggunakan Alat Bantu Analisis
4.2.1. Permodelan sistem
Pelaksanaan permodelan sistem dilakukan sebagai langkah awal untuk
melaksanakan penelitian. Permodelan sistem tenaga listrik Inalum dilaksanakan
dengan menggunakan software ETAP 12.0. Seperti dijelaskan pada bab 3.5 bahwa
langkah ini dilaksanakan untuk memastikan akurasi hasil analisis. Parameter yang
diperlukan untuk melakukan simulasi ini diperoleh dari nameplate peralatan Inalum,
seperti Generator, transmisi, transformator, dan kapasitor bank, dan data-data lainnya
yang diperoleh dari buku pegangan sistem Inalum. Sedangkan untuk bentuk
permodelan sama seperti diagram satu garis sistem Inalum pada Gambar 4.1.
Universitas Sumatera Utara
49
4.2.2. Klarifikasi hasil pengujian alat bantu analisis
Setelah seluruh parameter diinputkan ke model sistem pada ETAP 12.0,
simulasi aliran daya dilakukan untuk menguji kesesuaian model sistem. Pengujian
dilakukan beberapa kali diantaranya simulasi aliran daya pada tanggal 15 Oktober 2016
dengan hasil seperti pada Gambar 4.4.
Kuala Tanjung 275kV
A Bus
B Bus
Supply
From TK Line 114km
1MTR
Source
MW
MVar MW MVar
SCADA 432,4
63,1 -170,6 -2,4
Simulated 433
61,2 -169,2 -2,4
Load Kuala Tanjung*
2MTR
3MTR
MW MVar MW MVar
0
0
-133
18,3
0
0
-132,3 18,3
4MTR
MW MVar
-142 -14,4
-141,9 -14,1
Load PLN
PLN
V bus KT
MW MVar
12,5
-10,6
272,1
11,5
-8,1
271,7
Gambar 4.4 Simulasi Aliran Daya Data SCADA dan Simulasi ETAP
Simulasi selanjutnya dilaksanakan dengan mengambil data rugi-rugi transmisi
pada SCADA pada tanggal 17 Desember 2016 dan dibandingkan dengan hasil simulasi
seperti pada Gambar 4.5.
Universitas Sumatera Utara
50
Sumber
Pengukuran
Simulasi
Sending Side
MW
MVar
565.05
64,97
564,8
64,4
TK 1L
MW
MVar
7,8
10,6
7,7
10,4
TK 2L
MW
MVar
7,7
10,5
7,7
10,4
Receiving Side
MW
MVar
550,3
43,8
549,4
43,6
Gambar 4.5 Perbandingan Rugi-rugi Transmisi Hasil Pengukuran dan Simulasi
Dari dua kali proses perbandingan dengan data pengukuran pada SCADA dan
data simulasi pada Software ETAP menunjukkan kondisi data yang relatif sama.
Dengan demikian proses tuning (Penyesuaian peralatan dengan kondisi aktual) sudah
sesuai dengan tingkat akurasi analisis yang sangat baik.
4.2.3. Aliran daya kondisi sebelum peningkatan kapasitas suplai
Kondisi suplai arus maksimum saat ini seperti dijelaskan pada Gambar 4.6,
dimana pada kondisi tersebut aliran daya reaktifnya mengalir cukup besar melalui
LVR yaitu sebesar 78.5 MVAR sehingga menambah pembebanan transformator LVR.
Hal ini mengakibatkan arus sekunder LVR sebesar 3.165,6 A, mendekati arus rating
maksimum 3.180 A dengan suplai arus DC ke tungku reduksi no.3 sebesar 193.4 kA.
Sedangkan faktor dayanya hanya 0,88 lagging dengan tegangan pada bus incoming
sebesar 272,9 kV dan pada bus 33 kV sebesar 33,1 kV.
Universitas Sumatera Utara
51
146,6 10,7
311,1 272,9
KETERANGAN:
MW Mvar
A
kV
MW
kA
33kV
MTR
182 MVA
DC 686V
V
0,0 92,1
1591,5 33,4
145,5 83,6
2925,7 33,1
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
LVR
145,4 78,6
3165,0 30,1
145,4 78,5
3165,0 30,1
23,6
32,2
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
0,0
Ca p. Ba nk
2nd'ry LVR = 0
MVa r
0,0
30,0
0,0
731,3
145,4
193,4
Gambar 4.6 Aliran Daya Kondisi Maksimum 193 kA
4.2.4. Simulasi kondisi dengan MTR 230 MVA terhubung ke sistem
Sesuai dengan ketentuan operasi sistem kelistrikan Inalum, maka tidak
dibenarkan ada pemadaman sistem kecuali dalam keadaan gangguan. Hal ini
dilakukan untuk memastikan suplai arus yang berkelanjutan ke tungku reduksi. Jika
tungku reduksi tidak dialiri arus selama ± 3 jam dapat mengakibatkan aluminium
yang berada di dalam tungku menjadi beku dan tungku harus direkonstruksi ulang
yang menyebabkan kerugian yang sangat besar. Dengan kondisi ini, maka proses
pengoperasian MTR 230 MVA dilakukan tanpa beban terlebih dahulu. Kemudian
Universitas Sumatera Utara
52
dilakukan operasi paralel dengan MTR yang sedang dibebani dan selanjutnya MTR
yang sedang dibebani tersebut di keluarkan dari sistem sebagai stand by unit.
Data hasil simulasi sistem dengan menggunakan alat bantu ETAP pada saat MTR
230 MVA yang baru dibebani dengan kondisi arus 193 kA dibandingkan dengan
kondisi sebelumnya, dengan suplai arus yang sama yaitu sebesar 193 kA dijelaskan
pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Kondisi Sebelum dan Sesudah Pemasangan MTR 230 MVA
Kondisi
Lokasi
Pry MTR
(Sebelum)
Sry MTR
Saat ini
Pry LVR
dengan
Sry LVR
Beban SR Cap Bank Eksisting
193 kA
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
Pry MTR
(Sesudah)
Sry MTR
MTR 230
Pry LVR
MVA
Sry LVR
Beban SR Cap Bank Eksisting
193 kA
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
P
(MW)
Q
(MVAR)
S
(MVA)
PF
Arus
(A)
Tegangan
(kV)
146,6
146,3
145,5
145,4
10,7
-6,6
83,6
78,6
92,1
147,0
146,4
167,8
165,3
92,1
0,997
0,999
0,867
0,880
0,000
311,1
2533,4
2925,7
3165,6
1591,5
272,9
33,4
33,1
30,1
33,4
1,08%
1,60%
1,46%
1,48%
145,4
147,4
147,1
146,4
146,3
78,6
7,1
-6,6
84,1
79,0
92,4
165,3
147,6
147,3
168,9
166,3
92,4
0,880
0,999
0,999
0,867
0,880
0,000
3165,6
312,0
2541,1
2934,6
3175,2
1596,3
30,1
273,1
33,5
33,2
30,2
33,5
1,48%
1,10%
1,75%
1,62%
1,61%
146,3
79,0
166,3
0,880
3175,2
30,2
1,61%
THDv
Secara umum keadaan sistem tidak mengalami perubahan yang signifikan. Hanya
ada kenaikan daya reaktif disisi sekunder LVR dari 78,6 menjadi 79 MVAR dan
kenaikan arus pada sisi primer LVR dari 2.925,7 A menjadi 2.934,6 A yang
disebabkan oleh meningkatnya kapasitas MTR dari 182 MVA menjadi 230 MVA
yang disumbangkan oleh penambahan beban auxiliary MTR. Kenaikan arus suplai
ke tungku reduksi juga mengalami kenaikan dari 3165,6 A menjadi 3175,2 A yang
dapat dikonversi ke arus DC dari 193 kA menjadi 195 kA. Namun karena
keterbatasan rated arus maka arus ke gedung reduksi hanya bisa 193 kA. Sedangkan
Universitas Sumatera Utara
53
untuk faktor daya kedua kondisi tersebut sama yaitu 0,88 lagging. Sedangkan aliran
dayanya dapat dilihat pada Gambar 4.7.
147,4 7,1
312,0 273,1
KETERANGAN:
MW Mvar
A
kV
MW
kA
33kV
MTR
230 MVA
DC 686V
V
0,0 92,4
1596,3 33,5
146,4 84,1
2934,6 33,2
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
LVR
146,3 79,0
3175,2 30,2
146,2 78,9
3175,9 30,0
Ca p. Ba nk
2nd'ry LVR = 0
MVar
24,3
32,2
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
0,0
0,0
30,0
0,0
735,3
146,3
193,4
Gambar 4.7 Aliran Daya Kondisi MTR Terhubung ke Sistem
4.2.5. Simulasi kondisi dengan capacitor bank baru terhubung ke sistem
Secara operasional akan lebih mudah mengatur keadaan sistem dengan
menghubungkan capacitor bank terlebih dahulu dengan pertimbangan lebih mudah
untuk mengontrol aliran daya reaktifnya. Sehingga langkah kedua yang dilakukan
Universitas Sumatera Utara
54
adalah mengkoneksikan kapasitor ke sistem. Data hasil analisis seperti perubahan hasil
keadaan daya reaktif, faktor daya dan arus pada sisi sekunder LVR yang diperoleh
dengan menggunakan software ETAP dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Kondisi Sebelum dan Sesudah Capacitor Bank Terhubung ke Sistem
Kondisi
Lokasi
Pry MTR
(Sebelum)
Sry MTR
MTR 230
Pry LVR
MVA
Sry LVR
Beban SR Cap Bank Eksisting
193 kA
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
Pry MTR
(Sesudah)
Sry MTR
Cap. Bank
Pry LVR
Baru
Sry LVR
Terhubung Cap Bank Eksisting
ke Sistem
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
P
(MW)
Q
(MVAR)
S
(MVA)
PF
Arus
(A)
Tegangan
(kV)
147,4
147,1
146,4
146,3
7,1
-6,6
84,1
79,0
92,4
147,6
147,3
168,9
166,3
92,4
0,999
0,999
0,867
0,880
0,000
312,0
2541,1
2934,6
3175,2
1596,3
273,1
33,5
33,2
30,2
33,5
1,10%
1,75%
1,62%
1,61%
146,3
166,4
166,0
165,4
165,2
79,0
0,7
-17,2
11,5
6,5
30,4
82,8
6,5
166,3
166,4
166,9
165,8
165,4
30,4
82,8
187,7
0,880
1,000
0,995
0,998
0,999
0,000
0,000
0,880
3175,2
352,0
2899,8
2890,4
3179,4
528,6
1591,7
3610,3
30,2
273,0
33,2
33,1
30,0
33,2
30,0
30,0
1,61%
0,51%
2,41%
2,18%
1,54%
165,2
THDv
1,53%
Dengan penambahan kapasitor bank ini sangat berpengaruh terhadap perbaikan faktor
daya sistem yaitu dari 0,88 pf menjadi 0,999 pf dengan perubahan arus pada sisi
sekunder LVR sebesar 4,2 ampere dari 3.175,2 A menjadi 3.179,4 . Namun arus pada
tungku reduksi naik cukup signifikan menjadi 3.610,3 A atau setara dengan 220,8 kA
DC. Hal ini juga terlihat dari perubahan daya aktif yang sangat signifikan pada sisi
sekunder LVR yaitu dari 146,3 MW menjadi 165,2 MW. Total Harmonic Distortion
tegangan (THDv) juga mengalami perbaikan dari 1,61% menjadi 1,53%. Secara
analisis aliran daya dapat dilihat pada Gambar 4.8.
Universitas Sumatera Utara
55
166,4
352,0
Keterangan :
MW Mvar
A
kV
MW
kA
33kV
0,7
273
MTR
230 MVA
DC 686V
V
0,0
528,0
30,4
33,2
165,4 11,5
2890,4 33,1
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
LVR
165,2
3179,4
146,2 78,9
3175,9 30,0
6,5
30
Cap. Ba nk
2nd'ry LVR = 90
MVa r
27,5
36,8
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
1591,0
82,8
30,0
0,0
749,8
165,2
220,3
Gambar 4.8 Aliran Daya Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke Sistem
4.2.6. Simulasi kondisi dengan LVR baru terhubung ke sistem
Setelah MTR 230 MVA terhubung ke sistem, kemudian pengaturan daya reaktif
dengan kapasitor bank, peningkatan kapasitas selanjutnya adalah proses switching
LVR baru untuk terhubung ke sistem. Data hasil simulasi kondisi ini diperlihatkan pada
Tabel 4.6. Dari Tabel 4.6 dapat diketahui bahwa faktor daya pada sisi sekunder telah
mencapai optimum yaitu 0,99 lagging pada saat kapasitor bank terhubung ke sistem
Universitas Sumatera Utara
56
dan menjadi 1.0 pf pada saat LVR baru terhubung ke Sistem. Rated arus LVR juga
telah mencapai ratednya yaitu sebesar 3.179,4 A dan menjadi 3.012,8 A pada saat LVR
baru terhubung ke sistem. Beban awalnya ditanggung oleh LVR yang ada dan menjadi
berkurang pada saat LVR baru dibebani sehingga kondisi sistem menjadi lebih stabil.
Tabel 4.6 Kondisi Sebelum dan Sesudah LVR Baru Terhubung ke Sistem
Kondisi
(Sebelum)
Cap. Bank
Baru
Tehubung
ke Sistem
(Sesudah)
LVR
Tambahan
(Baru)
Terhubung
ke Sistem
Lokasi
Pry MTR
Sry MTR
Pry LVR
Sry LVR
Cap Bank Eksisting
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
Pry MTR
Sry MTR
Pry LVR
Sry LVR
Pry LVR Baru
Sry LVR Baru
Cap Bank Eksisting
Cap Bank Baru
Gedung Reduksi
P
(MW)
Q
(MVAR)
S
(MVA)
PF
Arus
(A)
Tegangan
(kV)
166,4
166,0
165,4
165,2
0,7
-17,2
11,5
6,5
30,4
82,8
6,5
-8,8
-33,4
5,8
1,3
20,3
18,9
61,8
83,9
20,2
166,4
166,9
165,8
165,4
30,4
82,8
187,7
194,7
196,8
158,0
157,8
40,6
39,9
61,8
83,9
194,0
1,000
0,995
0,998
0,999
0,000
0,000
0,880
0,999
0,985
0,999
1,000
0,865
0,880
0,000
0,000
0,994
352,0
2899,8
2890,4
3179,4
528,6
1591,7
3610,3
412,0
3394,0
2738,9
3012,8
703,0
764,8
1064,6
1602,7
3777,6
273,0
33,2
33,1
30,0
33,2
30,0
30,0
272,8
33,5
33,3
30,2
33,3
30,1
33,5
30,1
30,1
165,2
194,5
193,9
157,9
157,8
35,1
35,1
192,9
THDv
0,51%
2,41%
2,18%
1,54%
1,53%
0,59%
0,36%
0,30%
0,63%
0,30%
0,31%
0,94%
Beban awal LVR yang ada sebesar 165,2 MW berkurang menjadi 157,8 MW dan
sebahagian bebannya di tanggung oleh LVR baru sebesar 35,1 MW sehingga total daya
yang dialirkan ke gedung reduksi menjadi sebesar 192,9 MW.
Total Harmonic
Distortion tegangan (THDv) juga mengalami perbaikan dari 1,53 % menjadi 0,94 %.
Secara analisis aliran daya dapat dilihat pada Gambar 4.9.
Universitas Sumatera Utara
57
Keterangan :
MW Mvar
A
kV
MW
kA
V
Ca p. Ba nk 2nd'ry
MTR
90 MVAR
33kV
MTR 230
MVA
194,5 -8,8
412,0 272,8
DC 686V
35,1
703
20,3
33,3
LVR Baru
0,0 61,8
1065 33,5
157,9 5,8
2738,9 33,3
LVR
35,1
765
18,9
30,1
157,8 1,3
3012,8 30,2
Cap. Bank
2nd'ry LVR = 90
MVar
32,1
42,8 750,3
Tungku Reduksi
Gedung No.3
0,0
1602,7
83,9
30,1
26,8
35,7
0,0
750,3
192,9
257,1
Gambar 4.9 Aliran Daya Kondisi LVR Baru Terhubung ke Sistem
4.3.
Data Harmonik
Berikut data harmonik pada setiap kondisi perubahan sistem. Sesuai dengan
standar IEEE 519-1992, maka harmonik yang dihasilkan masih di bawah batas yang
diizinkan yaitu < dari 5 %. Gambar grafik berikut menggambarkan kondisi IHDv pada
setiap kondisi perubahan sistem dimana Harmonik Tegangan Individu pada Kondisi
193 kA dijelaskan pada Gambar 4.10
Universitas Sumatera Utara
58
IHDv (%)
IHDv Arus Gedung reduksi 193 kA
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
1
0
0
Bus 33 kV
Bus 275 kV
3
0
0
5
1,00
0,85
7
0,09
0,71
9
0
0
11
0,20
0,03
13
17
19
35
0,26 0,24 0,28 0,57
0,003 0,003 0,004 0,001
37
0,61
0
Orde
Gambar 4.10 Harmonik Tegangan Individu pada Kondisi 193 kA
Selanjutnya harmonik pada saat MTR 230 MVA terhubung ke sistem dijelaskan
seperti pada Gambar 4.11.
IHDv (%)
IHDv pada saat MTR Terhubung ke-Sistem
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Bus 33 kV
Bus 275 kV
1
0
0
3
0
0
5
1,17
0,91
7
0,11
0,67
9
0
0
11
0,19
0,03
13
17
19
35
0,25 0,24 0,28 0,57
0,003 0,004 0,004 0,001
37
0,61
0
Orde
Gambar 4.11 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi MTR 230 MVA Terhubung
ke Sistem
Sedangkan harmonik yang dihasilkan pada saat kapasitor bank terhubung ke
sistem dijelaskan seperti pada Gambar 4.12.
Universitas Sumatera Utara
59
IHDv (%)
IHDv pada saat Kapasitor Bank Terhubung ke-Sistem
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Bus 275 kV
Bus 275 kV
1
0
0
3
0
0
5
7
0,109 0,315
0,91 0,67
9
0
0
11
13
17
19
35
0,408 0,017 0,011 0,011 0,002
0,03 0,003 0,004 0,004 0,001
37
0
0
Orde
Gambar 4.12 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke
Sistem
Harmonik yang dihasilkan pada saat peningkatan kapasitas suplai penyulang
digambarkan pada Gambar 4.13.
IHDv (%)
IHDv pada saat Peningkatan Kapasitas Suplai
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Bus 33 kV
Bus 275 kV
RGTR
Pry LVR 4
1
0
0
0
0
2
0
0
0
0
3
0,128
0,119
0,153
0,158
4
0,028
0,267
0,084
0,088
5
0
0
0
0
6
0,179
0,531
0,208
0,226
7
0,130
0,008
0,082
0,092
8
0,137
0,007
0,012
0,014
9
0,163
0,007
0,002
0,003
10
0,349
0,002
0,034
0,054
11
0,371
0,000
0,036
0,059
Orde
Gambar 4.13 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank Terhubung
ke Sistem
Universitas Sumatera Utara
60
4.4.
Analisis Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang
4.4.1. Hasil peningkatan kapasitas suplai penyulang
Hasil peningkatan arus yang dilakukan dengan peningkatan kapasitas
penyulang dijelaskan pada Tabel 4.7. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa arus target
sebesar 255 kA dapat diperoleh dengan penggantian MTR 230 MVA, penambahan
kapasitor bank 90 MVAR dan LVR baru dengan kapasitas 45MVA/45 kA. Sedangkan
arus pada secondary LVR sebesar 3.012,8 A masih di bawah arus ratingnya sebesar
3.180 A yang diperoleh dengan penambahan kapasitor bank. Arus maksimum yang
dapat disuplai ke gedung reduksi no.3 lebih besar dari arus yang ditargetkan yaitu
sebesar 257,08 kA, namun busbar pada tungku reduksi hanya mampu sampai batas
kapasitas maksimum sebesar 255 kA. Total daya yang dibutuhkan untuk gedung
reduksi no.3 sebesar 192,9 MW yang jika dikonversikan ke daya AC dengan faktor
konversi sebesar 1,033 menjadi sebesar 199,3 MVA.
Tabel 4.7 Hasil Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang
Kondisi
Saat ini dengan Beban SR 193 kA
MTR 230 MVA
Cap. Bank Baru
SR 31~36
LVR Tambahan
RGTR
Total pada Gedung reduksi No.3
Pac (MW) Pdc (MW) Idc (kA)
145,4
146,3
165,2
157,7
35,1
192,8
140,76
141,63
159,92
152,66
33,98
186,64
193,88
195,08
220,28
210,28
46,80
257,08
Idc Target
Vdc (V)
(kA)
193
193
210
210
45
255
4,4
4,4
4,4
4,4
4,4
Jumlah
Tungku
165
165
165
165
165
4.4.2. Analisis harmonik
Dari hasil analisis yang dilakukan terhadap harmonik yang ada sebagai akibat
dari peningkatan kapasitas suplai arus listrik menunjukkan tidak ada hal khusus terkait
dengan harmonik. Standar yang digunakan untuk IHD, THD, dan TDD adalah IEEE
Universitas Sumatera Utara
61
519-1992. Berdasarkan standar IEEE 519-1992 untuk level tegangan 69 kV, batas
IHD maksimum adalah 3% dan THD maksimum adalah 5%. Untuk TDD untuk level
tegangan WACC (8,38%), dengan masa pengembalian investasi (payback period)
selama 2,1 tahun. Dari hasil analisis keekonomian proyek tersebut diatas maka proyek
peningkatan kapasitas suplai penyulang ini dinyatakan layak (Feasible) untuk
dilaksanakan.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
1.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi dengan peningkatan kapasitas suplai penyulang,
maka arus suplai ke tungku reduksi gedung no.3 dapat dinaikkan dari 193 kA
menjadi 255 kA yang berarti dapat meningkatkan kapasitas produksi
alumunium sebanyak 27.652,26 Ton/tahun.
2.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa distorsi harmonik yang terjadi masih
berada dalam standar IEEE 519-1992 yaitu < 5 %.
3.
Distorsi harmonik pada orde ke-5 dan 7 dapat diredam dengan kapasitor bank
yang dipasang dengan besaran distorsi harmoniknya menjadi 0,008 - 0,13 %
dari sebelumnya 0,09 - 0,91 % yang berdampak pada perbaikan kualitas daya
yang dihasilkan.
4.
Pemasangan kapasitor bank menurunkan arus pada sisi secondary LVR dari
3165,6 A dengan output arus DC 193,4 kA menjadi 3.012,8 A dengan output
arus DC sebesar 210,28 kA sesuai dengan arus target desain, bahkan masih ada
ruang sampai dengan ratingnya dengan output arus DC 220,28 kA.
5.
Dari tinjauan keekonomian, peningkatan kapasitas suplai ini layak untuk
dilaksanakan dengan Net Present Value > 0, Internal Rate Of Return (47,30%)
> rata-rata tertimbang biaya modal/ WACC (8,38%) dan masa pengembalian
modal (Pay Back Period) selama 2,1 tahun.
65
Universitas Sumatera Utara
66
5.2.
Saran
Pada penelitian ini masih dibatasi dengan peningkatan kapasitas suplai untuk
satu penyulang. Penelitian ini dapat dikembangkan sampai peningkatan kapasitas
suplai untuk semua penyulang yang tentunya tingkat kompleksitasnya lebih tinggi.
Metode penelitian dapat menggunakan alat bantu yang lebih baik sehingga dapat
menganalisis arus inrush, kondisi transient, visualisasi disturbansi resonansi.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara