Studi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang Studi Kasus di PT. Indonesia Asahan Aluminium (Persero) Kuala Tanjung
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) adalah Badan Usaha Milik Negara
yang memproduksi aluminium batangan terletak di Desa Kuala Tanjung, Kecamatan
Sei Suka, Kabupaten Batubara, Sumatera Utara. Perusahaan didirikan pada tahun 1976
dengan desain maksimum awal 225.000 ton per tahun. Untuk mendukung pelaksanaan
operasinya, PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) mempunyai pembangkit listrik
sendiri dengan kapasitas terpasang 600 MW. Dengan pengembangan teknologi yang
dilakukan saat ini, PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) mampu memproduksi
aluminium batangan 250.000 ton/tahun. Seiring dengan meningkatnya kebutuhan
aluminium dunia termasuk dalam negeri, maka Inalum menargetkan untuk dapat
memproduksi aluminium hingga 500.000 ton/tahun pada 2019. Salah satu strategi yang
akan dilakukan adalah dengan meningkatkan produksi dari sistem yang telah ada
menuju ke 300.000 ton/tahun. Sedangkan sisanya 200.000 ton lagi ditargetkan dengan
ekspansi pabrik peleburan baru.
Sistem kelistrikan memegang peranan terpenting dalam bisnis peleburan
aluminium karena proses ini memanfaatkan proses elektrolisis dalam upaya melebur
bubuk alumina menjadi aluminium cair. Proses elektrolisis ini memanfaatkan listrik
DC yang memakan energi listrik dalam jumlah yang sangat besar. Sumber energi listrik
Inalum berasal dari PLTA Sigura-gura dan PLTA Tangga dengan total daya
1
Universitas Sumatera Utara
2
dibangkitkan sebesar 600 MW. Energi listrik ini kemudian ditransmisikan sejauh 120
Km ke area pabrik peleburan di Kuala Tanjung dengan tegangan tinggi 275 kV.
Sebelum sampai ke pabrik peleburan, energi listrik ini akan masuk ke Switch
Yard Substation Inalum. Disini terdapat empat penyulang utama, tiga penyulang
beroperasi normal dan satu penyulang sebagai cadangan, yang masing-masingnya
memiliki satu transformator utama (Main Transformer/MTR) yang menurunkan
tegangan (step-down) dari 275 kV ke 33 kV. Kemudian dari MTR, energi listrik ini
akan dialirkan ke transformator pengatur tegangan (On Load Voltage Regulator/LVR)
agar arus yang akan disearahkan dapat konstan besarnya. Untuk memperoleh listrik
DC, energi listrik AC dari LVR akan disearahkan oleh enam unit Rectiformer
(Rectifier Transformer) sebelum masuk ke pabrik peleburan atau Gedung reduksi.
Gambar 1.1 memperlihatkan diagram satu garis gardu induk PT Inalum.
Gambar 1.1 Sistem Penyearah di Gardu Induk Inalum Kuala Tanjung
Universitas Sumatera Utara
3
Pada pabrik peleburan aluminium, jumlah aluminium yang dapat diproduksi
akan berbanding lurus dengan besar arus listrik DC yang mengalir pada tungku-tungku
reduksi. Berdasarkan studi yang dilakukan oleh KANNAK Swiss (konsultan teknologi
peleburan Aluminium), tungku reduksi Inalum masih mampu beroperasi hingga 255
kA dengan beberapa modifikasi pada konstruksinya [1].
Namun saat ini arus maksimum yang dapat disuplai ke Gedung reduksi no.3
hanya sebesar 193 kA karena kapasitas suplai peralatan yang ada seperti MTR , LVR
dan Rectiformer gedung reduksi no.3 tidak mencukupi lagi khususnya faktor daya
LVR
yang baru bisa sebesar 0,88 lagging. Peningkatan kapasitas suplai harus
dilakukan dengan mempertimbangkan semua aspek penting terkait dengan
kelangsungan operasional perusahaan seperti keandalan sistem, faktor biaya dan
manfaat yang akan diperoleh sehingga harus juga mengoptimalkan peralatan yang ada
dan melakukan efisiensi pemakaian energi listrik [2].
Untuk melaksanakan penggantian transformator dalam rangka untuk
meningkatkan kapasitas suplainya harus mempertimbangkan usia transformator. Usia
transformator daya umumnya bervariasi dari 25~50 tahun dan sebagai pertimbangan
lainnya untuk penggantian adalah historical pembebanan, waktu operasi, catatan
gangguan serta ketersediaan suku cadang [3]. Disamping usia pemakaian, kondisi
transformator juga bisa dijadikan dasar untuk penggantian transformator. Indikasi
kondisi transformator bisa diketahui berdasarkan hasil pengujian Dissolved Gas
Analysis (DGA), catatan pemeliharaan, data pabrikan atau karakteristik spesifikasi
desain, kondisi bushing, arrester, cooling system dan pendapat ahli [4]. Untuk
menentukan penggantian transformator bisa juga dilakukan dengan analisis risiko yang
Universitas Sumatera Utara
4
mempertimbangkan kemungkinan terjadinya kegagalan dan dampak yang ditimbulkan
dari kegagalan tersebut [5]. Atas dasar pertimbangan transformator daya di penyulang
sudah beroperasi lebih dari 36 tahun, kondisi dan analisis risikonya, maka penggantian
sudah layak dilakukan dan ditingkatkan rated dayanya untuk meningkatkan kapasitas
suplai arus menjadi 255 kA.
Metode lainnya yang dilakukan dalam peningkatan kemampuan suplai daya
yakni melalui perbaikan faktor daya untuk memaksimalkan daya aktif dari LVR
sehingga arus pada sisi sekunder dapat ditingkatkan [6]. Implementasi dari hal tersebut
dapat dilakukan melalui pemasangan kapasitor bank beserta filter aktif untuk meredam
harmonisa yang dihasilkan oleh sistem penyearah [7]. Dengan langkah-langkah ini
maka MTR harus diganti dengan kapasitas yang mampu mengalirkan arus sebesar 255
kA atau sebesar 230 MVA. Kemudian dilakukan penambahan Load Voltage Regulator
dan penyearahnya sebesar 45 MVA atau setara dengan 45 kA. Selanjutnya perbaikan
faktor daya sebagai kompensasi daya reaktif dimaksudkan sebagai pengganti sumber
daya reaktif beban untuk meningkatkan kinerja dari sistem daya AC di sisi
transformator LVR. Pemanfaatan sumber daya reaktif ini sekaligus dapat mengurangi
rugi-rugi daya pada transformator tersebut [8]. Target besaran arus yang dibutuhkan
dari Rectiformer adalah sebesar 210 kA.
Universitas Sumatera Utara
5
1.2.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang permasalahan yang telah dijelaskan tersebut maka rumusan
masalah yang akan dikaji dalam penelitian karya akhir ini adalah:
a. Pada pabrik peleburan Aluminium PT Inalum, produksi aluminium
bergantung pada besar arus listrik DC yang mengalir pada tungku-tungku
reduksi yang saat ini sudah pada kapasitas maksimum.
b. Arus maksimum Gedung Reduksi No. 3 yang dapat disuplai penyulang saat
ini baru sebesar 193 kA, sedangkan berdasarkan kajian KANNAK Swiss, arus
untuk gedung No.3 dapat ditingkatkan hingga 255 kA.
c. Keterbatasan kapasitas Main Transformer (MTR) sehingga Arus dari
penyulang tidak dapat ditingkatkan lagi dan butuhnya tambahan Rectiformer
serta masih rendahnya faktor daya dari Load Voltage Regulator (LVR) yaitu
0,88 lagging.
d. Untuk peningkatan kapasitas suplai arus perlu adanya suatu kajian untuk
memberikan
jaminan
kelayakan
terhadap
pelaksanaannya
jika
di
aplikasikan.
e. Penentuan kapasitas kapasitor bank yang harus dipasang sebagai kompensasi
daya reaktif transformator LVR, kapasitas LVR tambahan dan kapasitas
daya untuk penggantian transformator utama.
Universitas Sumatera Utara
6
1.3.
Tujuan Penelitian
Melakukan kajian peningkatan kapasitas suplai arus melalui penggantian
transformator utama (MTR), penambahan Load Voltage Regulator (LVR) beserta
penyearahnya (rectiformer) dan perbaikan faktor daya (LVR) di penyulang gardu induk
PT. Inalum (Persero) dalam rangka meningkatkan stabilitas sistem dan kapasitas suplai
arus menjadi 255 kA di gedung reduksi no.3.
1.4.
Batasan Masalah
Penelitian dilakukan untuk menaikkan kapasitas arus searah yang akan disuplai
ke pabrik peleburan gedung reduksi No.3 . Penelitian ini merupakan studi kasus di PT
Indonesia Asahan Aluminium (Persero) dengan batasan :
1.
Sistem yang dibahas adalah penyulang No.4 gardu induk PT Indonesia
Asahan Aluminium (Persero).
2.
Suplai arus searah maksimum adalah 255 kA untuk gedung reduksi No. 3
dengan kapasitas MTR baru 230 MVA dan Load Voltage Regulator dan
penyearahnya sebesar 45 MVA atau setara dengan 45 kA
3.
Kapasitas arus sekunder LVR adalah 3.180 ampere dengan perbaikan
faktor daya yang dianalisis sampai menghasilkan arus suplai 210 kA.
4.
Data-data yang digunakan pada penelitian ini diperoleh dari data
spesifikasi
peralatan,
data
pengukuran
parameter
listrik,
dan
perhitungan/rumusan teknis yang ada pada PT Inalum.
Universitas Sumatera Utara
7
1.5.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian adalah sebagai pertimbangan bagi
manajemen perusahaan untuk meningkatkan kapasitas produksi dan meningkatkan
keandalan sistem. Sementara sebagai penulis lebih memahami dan mengetahui potensi
pengembangan di smelter aluminium melalui peningkatan kapasitas suplai gardu
induk.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) adalah Badan Usaha Milik Negara
yang memproduksi aluminium batangan terletak di Desa Kuala Tanjung, Kecamatan
Sei Suka, Kabupaten Batubara, Sumatera Utara. Perusahaan didirikan pada tahun 1976
dengan desain maksimum awal 225.000 ton per tahun. Untuk mendukung pelaksanaan
operasinya, PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) mempunyai pembangkit listrik
sendiri dengan kapasitas terpasang 600 MW. Dengan pengembangan teknologi yang
dilakukan saat ini, PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) mampu memproduksi
aluminium batangan 250.000 ton/tahun. Seiring dengan meningkatnya kebutuhan
aluminium dunia termasuk dalam negeri, maka Inalum menargetkan untuk dapat
memproduksi aluminium hingga 500.000 ton/tahun pada 2019. Salah satu strategi yang
akan dilakukan adalah dengan meningkatkan produksi dari sistem yang telah ada
menuju ke 300.000 ton/tahun. Sedangkan sisanya 200.000 ton lagi ditargetkan dengan
ekspansi pabrik peleburan baru.
Sistem kelistrikan memegang peranan terpenting dalam bisnis peleburan
aluminium karena proses ini memanfaatkan proses elektrolisis dalam upaya melebur
bubuk alumina menjadi aluminium cair. Proses elektrolisis ini memanfaatkan listrik
DC yang memakan energi listrik dalam jumlah yang sangat besar. Sumber energi listrik
Inalum berasal dari PLTA Sigura-gura dan PLTA Tangga dengan total daya
1
Universitas Sumatera Utara
2
dibangkitkan sebesar 600 MW. Energi listrik ini kemudian ditransmisikan sejauh 120
Km ke area pabrik peleburan di Kuala Tanjung dengan tegangan tinggi 275 kV.
Sebelum sampai ke pabrik peleburan, energi listrik ini akan masuk ke Switch
Yard Substation Inalum. Disini terdapat empat penyulang utama, tiga penyulang
beroperasi normal dan satu penyulang sebagai cadangan, yang masing-masingnya
memiliki satu transformator utama (Main Transformer/MTR) yang menurunkan
tegangan (step-down) dari 275 kV ke 33 kV. Kemudian dari MTR, energi listrik ini
akan dialirkan ke transformator pengatur tegangan (On Load Voltage Regulator/LVR)
agar arus yang akan disearahkan dapat konstan besarnya. Untuk memperoleh listrik
DC, energi listrik AC dari LVR akan disearahkan oleh enam unit Rectiformer
(Rectifier Transformer) sebelum masuk ke pabrik peleburan atau Gedung reduksi.
Gambar 1.1 memperlihatkan diagram satu garis gardu induk PT Inalum.
Gambar 1.1 Sistem Penyearah di Gardu Induk Inalum Kuala Tanjung
Universitas Sumatera Utara
3
Pada pabrik peleburan aluminium, jumlah aluminium yang dapat diproduksi
akan berbanding lurus dengan besar arus listrik DC yang mengalir pada tungku-tungku
reduksi. Berdasarkan studi yang dilakukan oleh KANNAK Swiss (konsultan teknologi
peleburan Aluminium), tungku reduksi Inalum masih mampu beroperasi hingga 255
kA dengan beberapa modifikasi pada konstruksinya [1].
Namun saat ini arus maksimum yang dapat disuplai ke Gedung reduksi no.3
hanya sebesar 193 kA karena kapasitas suplai peralatan yang ada seperti MTR , LVR
dan Rectiformer gedung reduksi no.3 tidak mencukupi lagi khususnya faktor daya
LVR
yang baru bisa sebesar 0,88 lagging. Peningkatan kapasitas suplai harus
dilakukan dengan mempertimbangkan semua aspek penting terkait dengan
kelangsungan operasional perusahaan seperti keandalan sistem, faktor biaya dan
manfaat yang akan diperoleh sehingga harus juga mengoptimalkan peralatan yang ada
dan melakukan efisiensi pemakaian energi listrik [2].
Untuk melaksanakan penggantian transformator dalam rangka untuk
meningkatkan kapasitas suplainya harus mempertimbangkan usia transformator. Usia
transformator daya umumnya bervariasi dari 25~50 tahun dan sebagai pertimbangan
lainnya untuk penggantian adalah historical pembebanan, waktu operasi, catatan
gangguan serta ketersediaan suku cadang [3]. Disamping usia pemakaian, kondisi
transformator juga bisa dijadikan dasar untuk penggantian transformator. Indikasi
kondisi transformator bisa diketahui berdasarkan hasil pengujian Dissolved Gas
Analysis (DGA), catatan pemeliharaan, data pabrikan atau karakteristik spesifikasi
desain, kondisi bushing, arrester, cooling system dan pendapat ahli [4]. Untuk
menentukan penggantian transformator bisa juga dilakukan dengan analisis risiko yang
Universitas Sumatera Utara
4
mempertimbangkan kemungkinan terjadinya kegagalan dan dampak yang ditimbulkan
dari kegagalan tersebut [5]. Atas dasar pertimbangan transformator daya di penyulang
sudah beroperasi lebih dari 36 tahun, kondisi dan analisis risikonya, maka penggantian
sudah layak dilakukan dan ditingkatkan rated dayanya untuk meningkatkan kapasitas
suplai arus menjadi 255 kA.
Metode lainnya yang dilakukan dalam peningkatan kemampuan suplai daya
yakni melalui perbaikan faktor daya untuk memaksimalkan daya aktif dari LVR
sehingga arus pada sisi sekunder dapat ditingkatkan [6]. Implementasi dari hal tersebut
dapat dilakukan melalui pemasangan kapasitor bank beserta filter aktif untuk meredam
harmonisa yang dihasilkan oleh sistem penyearah [7]. Dengan langkah-langkah ini
maka MTR harus diganti dengan kapasitas yang mampu mengalirkan arus sebesar 255
kA atau sebesar 230 MVA. Kemudian dilakukan penambahan Load Voltage Regulator
dan penyearahnya sebesar 45 MVA atau setara dengan 45 kA. Selanjutnya perbaikan
faktor daya sebagai kompensasi daya reaktif dimaksudkan sebagai pengganti sumber
daya reaktif beban untuk meningkatkan kinerja dari sistem daya AC di sisi
transformator LVR. Pemanfaatan sumber daya reaktif ini sekaligus dapat mengurangi
rugi-rugi daya pada transformator tersebut [8]. Target besaran arus yang dibutuhkan
dari Rectiformer adalah sebesar 210 kA.
Universitas Sumatera Utara
5
1.2.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang permasalahan yang telah dijelaskan tersebut maka rumusan
masalah yang akan dikaji dalam penelitian karya akhir ini adalah:
a. Pada pabrik peleburan Aluminium PT Inalum, produksi aluminium
bergantung pada besar arus listrik DC yang mengalir pada tungku-tungku
reduksi yang saat ini sudah pada kapasitas maksimum.
b. Arus maksimum Gedung Reduksi No. 3 yang dapat disuplai penyulang saat
ini baru sebesar 193 kA, sedangkan berdasarkan kajian KANNAK Swiss, arus
untuk gedung No.3 dapat ditingkatkan hingga 255 kA.
c. Keterbatasan kapasitas Main Transformer (MTR) sehingga Arus dari
penyulang tidak dapat ditingkatkan lagi dan butuhnya tambahan Rectiformer
serta masih rendahnya faktor daya dari Load Voltage Regulator (LVR) yaitu
0,88 lagging.
d. Untuk peningkatan kapasitas suplai arus perlu adanya suatu kajian untuk
memberikan
jaminan
kelayakan
terhadap
pelaksanaannya
jika
di
aplikasikan.
e. Penentuan kapasitas kapasitor bank yang harus dipasang sebagai kompensasi
daya reaktif transformator LVR, kapasitas LVR tambahan dan kapasitas
daya untuk penggantian transformator utama.
Universitas Sumatera Utara
6
1.3.
Tujuan Penelitian
Melakukan kajian peningkatan kapasitas suplai arus melalui penggantian
transformator utama (MTR), penambahan Load Voltage Regulator (LVR) beserta
penyearahnya (rectiformer) dan perbaikan faktor daya (LVR) di penyulang gardu induk
PT. Inalum (Persero) dalam rangka meningkatkan stabilitas sistem dan kapasitas suplai
arus menjadi 255 kA di gedung reduksi no.3.
1.4.
Batasan Masalah
Penelitian dilakukan untuk menaikkan kapasitas arus searah yang akan disuplai
ke pabrik peleburan gedung reduksi No.3 . Penelitian ini merupakan studi kasus di PT
Indonesia Asahan Aluminium (Persero) dengan batasan :
1.
Sistem yang dibahas adalah penyulang No.4 gardu induk PT Indonesia
Asahan Aluminium (Persero).
2.
Suplai arus searah maksimum adalah 255 kA untuk gedung reduksi No. 3
dengan kapasitas MTR baru 230 MVA dan Load Voltage Regulator dan
penyearahnya sebesar 45 MVA atau setara dengan 45 kA
3.
Kapasitas arus sekunder LVR adalah 3.180 ampere dengan perbaikan
faktor daya yang dianalisis sampai menghasilkan arus suplai 210 kA.
4.
Data-data yang digunakan pada penelitian ini diperoleh dari data
spesifikasi
peralatan,
data
pengukuran
parameter
listrik,
dan
perhitungan/rumusan teknis yang ada pada PT Inalum.
Universitas Sumatera Utara
7
1.5.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian adalah sebagai pertimbangan bagi
manajemen perusahaan untuk meningkatkan kapasitas produksi dan meningkatkan
keandalan sistem. Sementara sebagai penulis lebih memahami dan mengetahui potensi
pengembangan di smelter aluminium melalui peningkatan kapasitas suplai gardu
induk.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara