analisis dan simulasi kualitas daya : faktor daya

ANALISIS DAN SIMULASI KUALITAS DAYA : FAKTOR DAYA, TEGANGAN KEDIP DAN
HARMONISA PADA PERENCANAAN SISTEM KELISTRIKAN PT. SEMEN GRESIK
(PERSERO) Tbk. PABRIK SEMEN TUBAN IV
Arrifat Lubis
2206100004
Program Studi Teknik Sistem Tenaga
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS Gedung B dan C Sukolilo Surabaya – 60111
Abstrak: PT Semen Gresik (Persero) Tbk. saat ini mempunyai kapasitas produksi 2,5 juta ton semen /tahun, akan
ditingkatkan menjadi 3 juta ton semen /tahun. Untuk mendukung peningkatan produksi tersebut, akan dibangun Pabrik
Semen Tuban IV. Dengan peningkatan produksi ini akan muncul permasalahan power quality dalam sistem
kelistrikannya. Diantara dampak yang muncul akibat penambahan kapasitas produksi adalah voltage sag akibat starting
motor, power factor turun dan munculnya harmonisa. Dengan adanya voltage sag akan berpengaruh pada peralatan –
peralatan yang sensitif terhadap penurunan tegangan. Penurunan power factor dan munculnya harmonisa juga akan
mengurangi efisiensi dari penggunaan energi listrik. Untuk itu diperlukan analisis terhadap sistem kelistrikannya guna
mengurangi dampak akibat penambahan kapasitas produksi.
Tugas akhir ini akan membahas evaluasi penurunan power quality pada sistem kelistrikan PT Semen Gresik
(Persero) Tbk. Pabrik Semen Tuban IV dan upaya penanggulangannya.
Kata kunci : faktor daya, harmonisa, tegangan kedip
1. PENDAHULUAN
Suatu sistem tenaga listrik dikatakan memiliki tingkat
keandalan yang tinggi apabila sistem tersebut mampu
menyediakan pasokan energi listrik yang dibutuhkan oleh
konsumen secara kontinyu dan dengan kualitas daya yang
baik dari segi regulasi tegangan maupun regulasi
frekuensinya. Tersedianya penyaluran energi listrik yang
kontinyu pada suatu kawasan industri akan menghindarkan
perusahaanbtersebut dari kerugian produksi atau “loss of
production” yang secara finansial akan sangat merugikan
perusahaan.
Pada
kenyataannya,
banyak
permasalahanpermasalahan yang dihadapi oleh suatu sistem tenaga listrik
dalam penyediaan energi listrik secara kontinyu.
Permasalahan kualitas daya listrik bagi suatu industri
merupakan permasalahan yang sangat rumit dan melibatkan
berbagai peralatan listrik yang berbeda pada sistem
kelistrikannya. Pada saat yang bersamaan, beban – beban
yang terdapat pada sebuah industri saat sekarang ini
tergantung pada proses elektronik dan kontrol. Beban –
beban seperti itu, sering kali peka terhadap perubahan
kualitas daya listrik daripada beban – beban elektro-mekanik
tradisional beberapa dekade yang lalu.
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
Beberapa gangguan yang sering terjadi pada sistem
tenaga listrik adalah tegangan kedip (voltage sags), factor
daya turun, dan munculnya harmonisa. Dengan adanya
tegangan kedip akan berpengaruh pada peralatan - peralatan
yang sensitif terhadap penurunan tegangan. Penurunan factor
daya dan munculnya harmonisa juga akan mengurangi
effisiensi dari penggunaan energi listrik. Untuk itu
diperlukan evaluasi terhadap sistem kelistrikannya guna
mengurangi dampak akibat penambahan kapasitas produksi.
Dalam perhitungan daya, faktor daya memegang
peran sangat penting. Faktor daya merupakan ukuran daya
yang dikirim antara sumber dan beban. Faktor daya
bervariasi antara 0 sampai 1, tetapi biasanya dinyatakan
dalam persen. Sedangkan penyebab utama terjadinya
tegangan kedip yaitu kesalahan pada jaringan sistem.
Penyebab lainnya adalah besarnya beban (terutama dalam
sistem industri), dan terkadang juga disebabkan besarnya
beban induktif. Beban tak linier merupakan penyebab utama
munculnya harmonisa pada jaringan listrik, harmonisa
tersebut merupakan permasalahan yang sangat serius bagi
industri - industri besar. Beban tak linier adalah peralatanperalatan elektronika daya seperti variable speed drive,
rectifier, inverter dan ups. Peralatan elektronika daya
tersebut membawa kerugian yaitu memberikan bentuk
gelombang yang tidak sinusoidal. Gelombang tersebut
terinterferensi dengan gelombang frekuensi tinggi
(harmonisa) sehingga menyebabkan gangguan pada sistem
tenaga listrik beserta peralatannya.
Tujuan yang hendak dicapai adalah mempelajari
kualitas daya dari sistem kelistrikan di PT. Semen Gresik
Tbk. Pabrik Semen Tuban IV, khususnya tentang faktor
daya, harmonisa dan tegangan kedip yang terjadi,
memodelkan dan mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut
dengan software ETAP 5.0.3. Kemudian menganalisis hasil
simulasi tersebut. Dengan demikian, diharapkan terjadi
perbaikan kualitas daya listrik dan pemakain daya listrik
Hasil yang diperoleh diharapkan dapat memberikan
manfaat dalam dunia industri sehingga dapat diterapkan di
dunia industri yang memiliki masalah faktor daya, harmonisa
dan tegangan kedip. Serta dapat meningkatkan penguasaan
IPTEK di bidang peningkatan kualitas daya.
2. LANDASAN TEORI
2.1. Faktor Daya
Faktor daya merupakan salah satu indikator baik
buruknya kualitas daya listrik. Faktor daya didefinisikan
sebagai perbandingan antara daya aktif dan daya reaktif.
Faktor daya juga disimbolkan sebagai cos θ, dimana:
P
(1)
Cos   pf 
S
Salah satu cara yang lazim untuk memperbaiki faktor
daya adalah dengan cara kompensasi daya reaktif dimana
sebagian kebutuhan daya reaktif yang dibutuhkan beban
didapat dari kompensator daya reaktif. Salah satu
kompensator daya reaktif adalah kapasitor bank dengan
rating kvar sebagai berikut:

Q  P  tan  awal  tan  t arg et

(2)
Penambahan daya reaktif tersebut dibatasi pada nilai
faktor daya maksimal 100% dan tidak merubah keadaan
leading atau lagging sistem sehingga tidak merusak beban
terpasang.
Apparent Power
Reactive Power

Active Power
Gambar 2.1. Hubungan Daya Pada Rangkaian AC
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
P1 = P2
P (Watt)
 1  2
Q2
Q1
S2 (VA)
S1 (VA)
Q (VAR)
Gambar 2.2. Diagram Fasor Daya
Gambar 1 menunjukan, bahwa daya total adalah
vektor penjumlahan antara daya aktif dan daya reaktif,
sedangkan pada gambar 2, adalah gambar perbaikan faktor
daya dengan kompensator daya reaktif (kapasitor) yang
dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya beban adalah
sebagai berikut:
Daya reaktif pada p.f awal
Q1 = P1 x tan 1
(3)
Daya reaktif pada p.f yang diperbaiki
Q2 = P2 x tan  2 ;
(4)
dimana P2 = P1 = konstan
Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk
memperbaiki faktor daya adalah,
Daya reaktif ( Q ) = Q1 – Q2
(5)
Atau,
Daya reaktif ( Q ) = P x (tan  1 - tan  2 )
(6)
2.2. Harmonisa
Harmonik adalah gangguan yang terjadi dalam sistem
distribusi tenaga listrik yang disebabkan adanya distorsi
gelombang arus dan tegangan. Distorsi gelombang arus dan
tegangan ini disebabkan adanya pembentukan gelombanggelombang dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi
fundamentalnya.
Gelombang non sinusoidal dapat terbentuk dengan
menjumlahkan gelombang – gelombang sinusoidal, seperti
terlihat pada Gambar 3
Istilah harmonik sering dipakai untuk menjelaskan
penyimpangan gelombang sinusoidal yang berhubungan
dengan arus dan tegangan dari amplitudo dan frekuensi yang
berbeda. Dalam sistem tenaga listrik, definisi harmonik
dapat dijelaskan sebagai komponen sinusoidal dari
gelombang periodik yang mempunyai frekuensi kelipatan
bilangan bulat (integer) dari frekuensi dasar. Frekuensi
dasar dari gelombang tersebut dinamakan frekuensi
fundamental dan gelombangnya dinamakan komponen
fundamental. Untuk sistem tenaga dengan frekuensi dasar f0,
frekuensi dari harmonik orde ke-n adalah n f0. Frekuensi
harmonik yang bukan merupakan kelipatan bulat (integer)
dari frekuensi dasar disebut interharmonik. Bagian dari
interharmonik biasa disebut dengan sub-harmonik. Subharmonik memiliki nilai frekuensi yang lebih kecil dari
frekuensi dasar.
Total Harmonic Distortion (THD) merupakan
parameter harmonisa yang didefinisikan sebagai persentase
total
komponen
harmonisa
terhadap
komponen
fundamentalnya (komponen dapat berupa tegangan atau
arus) Secara umum digunakan indeks harmonisa yaitu :


Vh 2
THDV 
h 2
V1
 Ih2
atau
THD I 
h2
Tabel 2.2. Standar 519 (1992) untuk THD current
h<11 11h<17 17h<23 23h<35 35h
Isc / IL
<20
20 => 50
4
7
2
3,5
1,5
2,5
0,6
1
0,3
0,5
THD
(%)
5
8
50 => 100
10
4,5
4
1,5
0,7
12
100 => 1000
12
5,5
5
2
1
15
> 1000
15
7
6
2,5
1,4
20
(8)
I1
2.3. Tegangan Kedip
Voltage sags/dips dapat menjadi suatu permasalahan
yang penting dalam berlangsungnya proses produksi pada
suatu industri.
Gambar 2.3.(a) Gelombang Fundamental
Gambar 2.4. Kedip Tegangan
Menurut
standar
IEEE
1159-1995,
IEEE
Recommended Practice for Monitoring Electric Power
Quality, definisi sag/kedip adalah penurunan nilai rms
tegangan atau arus pada frekuensi daya selama durasi waktu
dari 0,5 cycles (0,01detik) sampai 1 menit. Dan rentang
perubahan dari 0,1 sampai 0,9 pu pada harga rms besaran
tegangan atau arus. Hal ini menyebabkan lepasnya (trip)
peralatan-peralatan yang peka terhadap perubahan tegangan.
Gambar 2.4 menunjukkan fenomena kedip tegangan secara
grafik.
Gambar 2.3.(b) Gelombang Harmonik Ketiga
Tabel 2.3 Kategori Kedip Tegangan
Categories
Gambar 2.3.(c) Gelombang Hasil Penjumlahan.
Evaluasi hasil pengukuran harmonisa
berdasarkan Standard IEEE sebagai berikut :
dilakukan
Tabel 2.1. Standar 519 (1992) untuk THD voltage dan IHD voltage IEEE
Bus Voltage at PCC
IHDv (%)
THDv(%)
69 kV and below
3.0
5.0
69.001 kV through 161 kV
1.5
2.5
161 kV and above
1.0
1.5
IHDv = Individual Harmonic voltage Distortion
THDv = Total Harmonic voltage Distortion
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
Short Duration
Variations
Intantaneous
Sag
Swell
Momentary
Sag
Swell
Interruption
Temporary
Sag
Swell
Interruption
Typical
Duration
Typical
Voltage
Magnitude
0.5 - 30 cycles
0.5 - 30 cycles
0.1 - 0.9 pu
1.1 - 1.8 pu
30 cycles – 3 s
30 cycles – 3 s
0.5 cycles – 3 s
0.1 – 0.9 pu
1.1 – 1.4 pu
< 0.1 pu
3 s – 1 min
3 s – 1 min
3 s – 1 min
0.1 – 0.9 pu
1.1 – 1.2 pu
< 0.1 pu
Tabel 2.3 menunjukkan durasi dan magnitude tentang
kedip tegangan sesuai dengan standar IEEE 1159,
dikategorikan menjadi tiga yaitu instantaneous, momentary,
dan temporary..
Tegangan kedip dapat disebabkan oleh hal-hal
sebagai berikut, diantaranya:
1. Secara umum disebabkan oleh gangguan pada sistem,
seperti gangguan hubung singkat. Gangguan yang sering
terjadi pada sistem adalah gangguan hubung singkat satu
fasa ke tanah.
2. Pemikulan beban yang besar atau pengasutan motor
berkapasitas besar.
3. Sesuatu yang terjadi pada saluran penyaluran daya,
seperti kecelakaan saat perbaikan dalam keadaan
bertegangan, sambaran petir (lightning strike) dan benda
jatuh yang menyebabkan gangguan ke tanah.
4. Perubahan beban yang berlebihan/di
luar batas
kemampuan sistem daya
Perubahan beban besar secara mendadak atau
pengasutan motor (motor starting) juga dapat menyebabkan
dip tegangan.
Starting motor induksi dapat dihubungkan secara
langsung (d.o.l.). Ketika motor dengan kapasitas yang sangat
besar di-start dengan direct-on-line, tegangan sistem akan
terganggu (terjadi voltage dip pada jaringan suplai) karena
adanya arus starting yang besar. Gangguan tegangan ini
dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan elektronis
yang lain yang terhubung dengan sumber.
Motor listrik AC (sangkar tupai dan sinkron), menarik
arus start tegangan penuh sebesar 5 – 10 kali arus nominal
beban penuh agar dapat memperoleh torsi starting /
peng- asutan cukup untuk mulai berputar. Adanya arus start
besar yang secara tiba-tiba ditarik dari sistem tenaga listrik
dapat menyebabkan kedip tegangan sesaat. Akibat yang
merugikan karena terjadinya kedip tegangan antara lain :
1. Torsi transien shaft pada motor, yang dapat
menyebabkan stress yang berlebihan pada sistem
mekanik.
2. Drop tegangan yang berlebihan, yang dapat
menghambat akselerasi motor dari kondisi diam
ke kecepatan penuhnya.
3. Mal-fungsi dari kinerja peralatan-peralatan lain,
seperti : rele, kontaktor, peralatan elektronik,
komputer
(media
penyimpan data), dan
terjadinya flicker pada penerangan yang dapat
mengganggu.
3. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Simulasi dan analisis sistem kelistrikan Pabrik Semen
Tuban IV yang berkaitan dengan permasalahan faktor daya,
peredaman harmonisa dan juga evaluasi tegangan kedip pada
saat starting motor akan dilakukan dengan menggunakan
software Electrical Transient Analyzer Program (ETAP)
7.0.0.
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
3.1. Simulasi Faktor Daya Sistem Kelistrikan Kondisi
Eksisting
Simulasi sistem kelistrikan eksisting dilakukan
dengan kondisi pembebanan penuh yang bertujuan untuk
mendapatkan nilai tegangan dan power factor pada tiap-tiap
bus.
Berikut ini adalah tabel hasil simulasi load flow pada
kondisi eksisting dengan rincian konsumsi daya pada bus –
bus utama.
Table 3.1. Hasil Simulasi Load Flow Pabrik Semen Tuban IV
NAMA BUS
KV
MW
MVAR MVA
MAIN BUS 2
149.9
40.143
50.535
64.539
814.MV11
19.906 39.563
43.425
58.612
SUBXII-824-MV121
19.88
3.439
2.841
4.461
SUBXIII-824-MV131
19.829 22.305
25.389
33.795
SUBXIII-824-MV141
19.877 13.75
15.359
20.615
SUBIV-824-MV142
5.994
13.657
14.247
19.735
SUBXIII-824-MV132
5.86
22.07
22.769
31.71
SUBXII-824-MV122
6.224
1.243
0.54
1.355
ER23A-C834-MV23A1
19.763 2.184
2.433
3.269
ER23A-C834-MV23A2
6.300
1.356
1.752
3.131
ER23-C834-MV23B
6.221
0.282
0.365
0.690
ER23C-C834-MV23C
6.209
0.753
0.058
0.755
ER24-834-MV241
6.300
9.073
10.470
15.003
ER25-C834-MV251
5.858
7.382
7.094
7.094
ER25-C834-MV252
6.300
1.766
2.194
4.002
ER26-834-MV261
5.856
1.481
1.231
1.926
ER27-C834-MV271
6.300
3.875
4.187
9.154
ER27-C834-MV272
6.300
3.875
4.187
9.553
ER28-C834-MV281
5.988
0.873
0.555
1.034
PF(%)
62.2
67.5
77.1
66
66.7
69.2
69.6
91.7
66.8
69.3
70.7
99.7
66.6
72.1
68.9
76.9
67.9
68.6
84.4
Hasil simulasi Load Flow sistem kelistrikan Pabrik
SemenTuban IV menunjukkan nilai faktor daya yang rendah
62,2% di Main Bus 150 kV. Begitu juga dengan nilai
tegangan pada bus – bus tersebut jika diperhatikan
tegangannya lebih rendah dari batas tegangan yang diijinkan
(95%-105%). Beberapa bus yang nilai tegangannya rendah
yaitu substation SUB-XIII-C824-MV132 yang menyuplai
ER25, ER26 dan ER29. Tegangan pada bus - bus tersebut
adalah :
SUB-XIII-C824-MV132
:
92,93%
ER25-C834-MV252
:
92,88%
ER25-C834-MV251
:
92,85%
ER26-C834-MV261
:
92,83%
ER29-C834-MV291
:
92,89%
Untuk memperbaiki kualitas daya tersebut diatas,
digunakan kapasitor bank yang dipasang pada bus 6.3 kV
(ER) agar diperoleh Power Factor di Main Bus menjadi 85%
sehingga tidak dikenakan denda oleh PLN. Bus – bus yang
ditambahkan kapasitor adalah sebagai berikut :
Bus ER23-C834-MV23A2
: 1500 kVar
Bus ER24-C834-MV241
: 6000 kVar
Bus ER25-C834-MV251
: 3000 kVar
Bus ER25-C834-MV252
: 3000 kVar
Bus ER26-C834-MV261
Bus ER27-B834-MV272
:
:
4500 kVar
4500 kVar
Data hasil simulasi perbaikan faktor daya pada busbus utama ditunjukkan pada Tabel 3.2 dibawah ini.
Tabel 3.2. Hasil Simulasi Perbaikan Faktor Daya
NAMA BUS
KV
MW
MVAR
MVA
MAIN BUS 2
150
39.674
23.961
46.348
814.MV11
20.028
39.372
19.843
44.09
SUBXII-824-MV121
20.018
3.428
1.256
3.651
SUBXIII-824-MV131
19.987
22.188
8.2
23.655
SUBXIII-824-MV141
20.005
13.724
10.794
17.46
SUBIV-824-MV142
6.109
13.663
9.999
16.931
SUBXIII-824-MV132
6.16
22.078
8.864
23.791
SUBXII-824-MV122
6.267
1.245
0.542
1.358
ER23A-C834-MV23A1 19.947
2.175
0.86
2.339
ER23A-C834-MV23A2 6.300
1.356
1.752
3.130
ER23-C834-MV23B
6.300
0.282
0.365
0.691
ER23C-C834-MV23C
6.253
0.059
0.755
0.757
ER24-834-MV241
6.300
9.073
10.470
15.000
ER25-C834-MV251
6.156
7.441
6.925
10.165
ER25-C834-MV252
6.300
1.479
4.305
4.552
ER26-834-MV261
6.162
1.704
5.799
6.044
ER27-C834-MV271
6.300
3.875
4.187
10.012
ER27-C834-MV272
6.300
3.875
4.187
8.977
ER28-C834-MV281
6.109
0.875
0.556
1.037
PF(%)
85.6
89.3
93.9
93.8
78.6
80.7
92.8
91.7
93
69.3
70.1
99.7
66.6
73.2
68.9
32.5
67.9
68.6
84.4
Setelah melakukan perbaikan faktor daya pada sistem
kelistrikan eksisting menjadi 85.6%, maka dilakukan
simulasi load flow dengan penambahan kapasitor bank guna
menaikkan faktor daya menjadi 92% sehingga sistem
tersebut dapat optimal. Untuk memperbaiki kualitas daya
tersebut diatas, pemasangan kapasitor bank mengacu pada
sitem kelistrikan Pabrik Tuban IV existing yaitu dipasang
pada :
Bus ER23-C834-MV23B
Bus ER23A-C834-MV23A2
Bus ER24-C834-MV241
Bus ER25-C834-MV251
Bus ER25-C834-MV252
Bus ER26-C834-MV261
Bus ER27-C834-MV271
Bus ER27-B834-MV272
:
:
:
:
:
:
:
:
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
1500 kVar
1500 kVar
6000 kVar
3000 kVar
3000 kVar
4500 kVar
6000 kVar
4500 kVar
Tabel 3.3. Hasil Simulasi Peningkatan Faktor Daya Pabrik Tuban IV
NAMA BUS
KV
MW
MVAR
MVA
PF(%)
MAIN BUS 2
150
41.951
17.871
45.599
92
814.MV11
19.988 41.615
14.403
44.037
94.5
SUBXII-824-MV121
19.977
3.432
0.961
3.564
96.3
SUBXIII-824-MV131
19.941 24.442
9.889
26.367
92.7
SUBXIII-824-MV141
19.971 13.707
4.602
14.459
94.8
SUBIV-824-MV142
6.201
13.653
4.087
14.252
95.8
SUBXIII-824-MV132
6.118
24.305
9.452
26.078
93.2
SUBXII-824-MV122
6.344
1.25
1.036
1.623
77
ER23A-C834-MV23A1
19.905
2.175
0.866
2.341
92.9
ER23A-C834-MV23A2
6.300
1.356
1.752
1.597
69.3
ER23-C834-MV23B
6.300
0.282
0.365
1.634
30.6
ER23C-C834-MV23C
6.323
0.758
0.059
0.76
99.7
ER24-834-MV241
6.300
9.073
10.470
15.000
66.6
ER25-C834-MV251
6.116
8.153
6.928
10.699
76.2
ER25-C834-MV252
6.300
1.766
2.194
4.002
68.9
ER26-834-MV261
6.117
3.716
4.241
5.639
65.9
ER27-C834-MV271
6.300
3.875
4.187
9.548
68.7
ER27-C834-MV272
6.300
3.875
4.187
9.151
67.9
ER28-C834-MV281
6.197
0.878
0.556
1.039
84.5
Hasil simulasi pada tabel 3.3 menunjukkan bahwa
selain peningkatan faktor daya menjadi 92% di Main Bus,
nilai tegangan bus yang menyuplai substation SUB-XIIIC824-MV132 mengalami kenaikan tegangan sehingga bus –
bus yang berada dibawahnya juga mengalami kenaikan
tegangan sehingga mencapai batas yang diijinkan(95%105%).
3.2 Simulasi Harmonisa Kondisi Eksisting
Berikut adalah data harmonisa sebelum dipasang filter
harmonik.
Table 3.4. Profil THD Tegangan dan THD Arus Pada Pabrik Tuban IV
Standar IEEE
Nama Bus
THDi
THDv
THDi
THDv
Main Bus
814.MV11
SUB-XII-C824-MV121
SUB-XII-C824-MV122
SUB-XIII-C824-MV131
SUB-XIII-C824-MV132
SUB-XIII-C824-MV141
SUB-XIV-C824-MV142
ER23A-C834-MV23A1
ER23A-C834-MV23A2
ER23B-C834-MV23B
ER23C-C834-MV23C
ER24-C834-MV241
ER25-C834-MV251
ER25-C834-MV252
ER26-C834-MV261
ER27-B834-MV272
ER27-C834-MV271
ER28-C834-MV281
1.13
1.62
1.80
1.62
1.65
2.44
1.41
1.59
1.33
1.59
1.51
2.09
2.09
7.89
2.15
2.48
1.82
1.69
2.31
1.00
3.65
3.77
3.42
3.69
4.44
3.66
4.77
3.97
2.54
3.42
3.38
4.29
4.48
4.44
4.45
4.82
4.79
4.77
5
5
5
12
5
5
5
5
5
8
15
12
8
8
12
15
8
8
15
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Dari data diatas nilai THD arus dan THD tegangan
masih dibawah standar IEEE 519. Untuk menganalisa besar
distorsi arus pada tiap bus terlebih dahulu kita menentukan
besar ISC / IL pada bus – bus utama.
Perhitungan ISC / IL pada bus ER24-C834-MV241 :
ISC = 29236 A ; IL = 1493.2 A
=
= 19.58
( <20 termasuk THD 5)
.
Perhitungan ISC / IL pada bus ER25-C834-MV251:
ISC = 35139 A ; IL = 1009.4 A
=
= 34.81 ( >20=>50 termasuk THD 8)
.
Dengan cara tersebut maka hasil yang diperoleh
mendekati hasil pengukuran yang telah dilakukan. Berikut
adalah plot magnitude dan plot spectrum pada bus yang nilai
harmonisa tertinggi dilakukan sebelum pemasangan filter
harmonik.
Gambar 3.1. Spektrum Tegangan Fungsi Orde Harmonisa
Perubahan Pada Bus ER25-C834-MV251
Gamba3.2. Plot Impedansi Fungsi Frekuensi Harmonisa
Perubahan Pada Bus ER25-C834-MV251
3.3. Simulasi Harmonisa dengan Kompensator Daya
Reaktif
Secara umum usaha peningkatan power factor dilakukan
dengan pemasangan kompensator daya reaktif berupa
kapasitor bank. Perlunya dilakukan simulasi harmonisa
dengan penambahan kompensator daya reaktif (kapasitor),
yaitu bertujuan untuk memperkirakan nilai THD tegangan
dan THD arus pada tiap – tiap bus akibat pemasangan
kapasitor bank. Hasil simulasi (bus-bus utama) dapat dilihat
pada tabel 5.
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
Table 3.5. Profil THD Tegangan dan THD Arus setelah pemasangan
kompensator daya reaktif pada Sistem Kelistrikan Pabrik Semen Tuban IV
Sebelum Kapasitor
Dengan Kapasitor
Nama Bus
THDi
THDv
THDi
THDv
Main Bus
1.13
1.00
1.17
0.94
814.MV11
1.62
3.65
6.44
0.26
SUB-XII-C824-MV121
1.80
3.77
5.90
0.96
SUB-XII-C824-MV122
1.62
3.42
7.76
1.62
SUB-XIII-C824-MV131
1.65
3.69
6.44
0.90
SUB-XIII-C824-MV132
2.44
4.44
6.44
2.32
SUB-XIII-C824-MV141
1.41
3.66
13.05
0.98
SUB-XIV-C824-MV142
1.59
4.77
13.01
3.94
ER23A-C834-MV23A1
1.33
3.97
3.62
1.02
ER23A-C834-MV23A2
1.59
2.54
3.5
1.81
ER23B-C834-MV23B
1.51
3.42
1.41
1.64
ER23C-C834-MV23C
2.09
3.38
1.54
1.62
ER24-C834-MV241
2.09
4.29
3.28
2.46
ER25-C834-MV251
7.89
4.48
3.65
2.35
ER25-C834-MV252
2.15
4.44
3.50
2.35
ER26-C834-MV261
2.48
4.45
12.59
2.43
ER27-B834-MV272
1.82
4.82
12.10
4.03
ER27-C834-MV271
1.69
4.79
16.13
3.98
ER28-C834-MV281
2.31
4.77
2.97
3.94
Hasil simulasi harmonisa dengan penambahan kapasitor
diatas, terjadi kenaikan nilai THD arus yang cukup besar.
Pada main bus kenaikan nilai THD tegangan dari 1,13
menjadi 1,17 atau dalam persentase kenaikan ini sebesar 4%.
Sebaliknya untuk nilai THD tegangan nilainya mengalami
penurunan. Penurunan nilai THD tegangan cukup tinggi
berkisar antara 6% sampai dengan 281%, sedangkan untuk
THD arus kenaikan berkisar 4% sampai dengan 658%.
Berikut ini plot magnitude dan plot spectrum pada bus
dengan pemasangan kompensator daya reaktif.
Gambar 3.3. Spektrum Tegangan Fungsi Orde Harmonisa
Perubahan ER26-C834-MV261
Gambar 3.4. Plot Impedansi Fungsi Frekuensi Harmonisa
Perubahan Pada ER26-C834-MV261
3.4. Simulasi Harmonisa dengan Filter Harmonisa
Untuk mengurangi kenaikan harmonisa akibat
pemasangan kapasitor bank dan untuk menaikkan kualitas
daya, lebih baik kapasitor dipasang sebagai filter harmonisa.
Selain berfungsi untuk peredam harmonisa, filter harmonisa
juga dapat dipergunakan untuk meningkatkan kualitas daya
listrik. Berikut ini data harmonisa setelah pemasangan filter
harmonisa.
Table 3.6. Profil THD Tegangan dan THD Arus dengan Filter Harmonisa
Tanpa
Dengan Filter
Nama Bus
Kapasitor
Harmonisa
THDi THDv THDi THDv
Main Bus
1.13
1.00
0.33
0.14
814.MV11
1.62
3.65
0.35
0.53
SUB-XII-C824-MV121
1.80
3.77
0.70
0.56
SUB-XII-C824-MV122
1.62
3.42
0.90
0.27
SUB-XIII-C824-MV131
1.65
3.69
0.44
0.54
SUB-XIII-C824-MV132
2.44
4.44
0.44
0.62
SUB-XIII-C824-MV141
1.41
3.66
0.90
0.53
SUB-XIV-C824-MV142
1.59
4.77
0.90
0.71
ER23A-C834-MV23A1
1.33
3.97
0.57
0.61
ER23A-C834-MV23A2
1.59
2.54
0.57
0.22
ER23B-C834-MV23B
1.51
3.42
0.21
0.27
ER23C-C834-MV23C
2.09
3.38
0.82
0.21
ER24-C834-MV241
2.09
4.29
3.29
0.47
ER25-C834-MV251
7.89
4.48
3.66
0.67
ER25-C834-MV252
2.15
4.44
2.33
0.64
ER26-C834-MV261
2.48
4.45
0.36
0.59
ER27-B834-MV272
1.82
4.82
1.97
0.75
ER27-C834-MV271
1.69
4.79
2.44
0.71
ER28-C834-MV281
2.31
4.77
0.34
0.71
Perbandingan nilai THD current sebelum dan sesudah
pemasangan kapasitor serta setelah pemasangan filter
harmonisa dapat dilihat pada Gambar 4.16.
3.5. Analisis Tegangan Kedip Yang Disebabkan Starting
Motor
Untuk mengetahui pengaruh yang terjadi akibat motor
starting terhadap turunnya tegangan sesaat, dalam hal ini
disebut voltage sag atau tegangan kedip pada sistem tenaga
listrik PT SEMEN GRESIK Tbk. Pabrik Tuban IV dilakukan
dengan cara mensimulasikan proses starting motor induksi
berkapasitas besar. Asumsi motor induksi berkapasitas besar
dalam tugas akhir ini adalah motor induksi dengan kapasitas
diatas 1000 kW.
Meskipun terdapat banyak motor berkapasitas besar
tetapi dalam sub bab ini hanya akan mengambil 3 lokasi
motor yang berbeda. Pemilihan lokasi motor dilakukan
berdasarkan data hasil pengukuran yaitu bus ER24-C834MV241, Motor RAWMILL-ID_FAN dan ROOLER_MILL.
Bus ER27-C834-MV271 Motor CEMENTMILL-TB.
Starting dilakukan secara bergantian dimulai dari motor
dengan kapaasitas paling kecil (ROOLER_MILL 5350 KW).
3.5.1. Simulasi Starting Motor ROOLER_MILL
Pada simulasi ini, listrik disuplai dari PLN sebesar
41,724 MVA (39,845 kW). Metode pengasutan yang
dilakukan adalah direct on line. Pengasutan motor induksi
dilakukan dengan menghubungkan tegangan secara
langsung.
Tabel 3.7 Voltage Sag Saat Motor ROOLER_MILL Start
Kondisi starting
BUS
Sebelum
Selama
Sesudah
(kV)
(kV)
(kV)
Drop (%)
Main Bus Tuban 2
150
143.25
4.5
148,5
814.MV11
19.90
17.711
11
19.30
SUB-XIII-C824-MV132
5.859
4.336
26
5.544
ER24-C834-MV241
5.796
4.173
28
5.512
ER26-C834-MV261
5.859
4.336
26
5.544
3.5.2. Simulasi Starting Motor CEMENTMILL-TB
Simulasi menggunakan metode pengasutan direct on
line, dengan suplai listrik dari PLN. Motor yang akan distart
adalah CEMENTMILL-TB pada bus ER27-C834-MV271.
Hasil simulasi dapat dilihat pada Tabel 3.8.
Gambar 3.5. Perbandingan Nilai THD Current
Gambar 3.6. Perbandingan Nilai THD Voltage
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
Tabel 3.8 Voltage Sag Saat Motor CEMENTMILL-TB Start
Kondisi starting
BUS
Sebelum
Selama
Sesudah
(kV)
(kV)
(kV)
Drop (%)
Main Bus
150
143.25
4.5
149,25
814.MV11
19.90
17.512
12
19.30
SUB-XIII-C824-MV141
19.84
16.825
15,2
19.10
SUB-XIV-C824-MV142
6.016
4.6
27
431.55
ER27-C834-MV271
6.048
4.6
27
5.73
ER27-B834-MV272
6.016
4.85
23
5.76
3.5.3. Simulasi Starting Motor RAWMILL-ID_FAN
Starting motor RAWMILL-ID_FAN pada bus ER24C834-MV241dilakukan dengan metode direct on line.
Tabel 3.9 Voltage Sag Saat Motor RAWMILL-ID_FAN Start
Kondisi starting
BUS
Sebelum
Selama
Sesudah
(kV)
(kV)
(kV)
Drop (%)
Main Bus Tuban 2
150
148.87
7.5
147.75
814.MV11
20
14.8
26
19.2
SUB-XIII-C824-MV132
5.922
3.654
42
5.544
ER24-C834-MV241
5.922
3.528
44
5.418
ER26-C834-MV261
5.922
3.654
42
5.481
4. PENUTUP
4.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan
analisis pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
1. Pemasangan kompensasi daya reaktif digunakan untuk
mengamati perbaikan faktor daya dan perbaikan tegangan
pada bus sehingga digunakan sebagai acuan untuk
menentukan besarnya daya reaktif pada perancangan
filter pasif nantinya. Dengan pemasangan kapasitor dapat
menimbulkan permasalahan baru yaitu meningkatnya
harmonisa ke 5 dan 7 akibat adanya fenomena resonansi
parallel. Dengan naiknya karakteristik impedansi maka
apabila terdapat arus yang kecil, harmonisa tegangan
akan menjadi tinggi sehingga dapat menyebabkan
overvoltage.
2. Pada sistem kelistrikan Pabrik Semen Tuban IV, terjadi
peningkatan nilai faktor daya dari 62,2% pada kondisi
eksisting menjadi 92% (setelah dipasang filter pasif).
Selain itu terjadi kenaikan tegangan pada seluruh bus
beban hingga di atas 95% tegangan nominal.
3. THD tegangan pada bus – bus utama adalah kurang dari
5% sehingga nilai THD tersebut masih di bawah
standard. Sedangkan nilai %THD arus yang terbesar
berada pada ER27-B834-MV272 dan ER27-C834MV271. Pada sistem kelistrikan Pabrik Semen Tuban IV
dari simulasi harmonisa dapat diketahui dengan
menggunakan filter harmonisa telah menurunkan THD
arus dan THD tegangan sehingga besarnya THD tersebut
masih dibawah standar (berdasarkan IEEE Std. 5191992).
4. Pada sistem kelistrikan Pabrik Semen Tuban IV
digunakan filter Single Tuned dan filter High Pass,
dimana filter Single Tuned digunakan untuk meredam
harmonik orde 5 dan 7 yang merupakan orde harmonik
yang dominan. Sedangkan untuk orde 11 dan seterusnya
digunakan filter High Pass orde 11.
5. Besarnya kedip tegangan maksimal terdapat pada tempat
motor melakukan starting. Kemudian besar gangguan
terus mengecil seiring dengan semakin jauhnya sumber
motor starting dari bus – bus tersebut.
Proceeding Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS
4.2. Saran
1. Salah satu usaha untuk optimalisasi konsumsi daya
adalah dengan kompensasi daya reaktif bila tidak terdapat
harmonik pada sistem kelistrikannya.
2. Pemasangan kapasitor bank secara individual cukup
berbahaya pada sistem yang terdapat sumber harmonisa.
Hal ini memungkinkan terjadinya fenomena resonansi.
Oleh karena itu, kapasitor bank perlu direkonfigurasi
menjadi filter pasif untuk mencegah timbulnya fenomena
resonansi dan sebagai filter harmonisa.
3. Kedip tegangan dapat diminimalisir dengan menambah
kapasitas suplai daya dari pembangkit dan mengurangi
arus pengasutan dengan cara menggunakan metode
pengasutan.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1]. R. H. Miller, J.H Malinowski, “Power System
Operation”, New York : McGraw-Hill Inc, 1994.
[2]. J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power
System Harmonics”, John Wiley & Sons, 1985.
[3]. Gary W. Chang, Paulo F. Ribeiro, “Harmonics
Theory”,http://www.powerit.vt.edu/AA/chapters/CHA
P_2/c2toc/c2_frame.htm, 2006.
[4]. IEEE Std. 1531-2003 - Guide for Application and
Specification of Harmonic Filters.
[5]. IEEE Std. 519-1992 - Recommended Practices and
Requirements for Harmonic Control in Electrical
Power Systems.
[6]. Saudin, Norshafinash. 2007. “Voltage Sags Mitigation
Techniques Analysis”, http://eprints.utm
[7]. Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika
Daya”, Jakarta : PT.Gramedia Pustaka Utama. 1995
RIWAYAT HIDUP
Arrifat Lubis lahir di kota Padang, 17
Maret 1988. Anak kedua dari pasangan
Harmond Lubis dan Eva Gusti.
Mendapatkan
pendidikan
di
TK
Baiturrahmah
Padang,
kemudian
melanjutkan ke SDN 001 Pekanbaru,
kemudian melanjutkan pendidikannya ke
SMP Negeri 1 Pekanbaru. Pendidikan
SMA ditempuh pada tahun 2003-2006 di SMA Negeri 1
Pekanbaru. Setelah lulus melanjutkan pendidikannya di
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jurusan
Teknik Elektro Bidang Studi Teknik Sistem Tenag. Penulis
aktif dalam organisasi mahasiswa, pada tahun 2007 – 2008
sebagai Staf Sie Eksternal Departemen Humas Himatektro
ITS. Bendahara FKHMEI Regional X Surabaya periode
2007/2008 dan Staf Departemen Hubungan Luar Badan
Eksekutif Mahasiswa (BEM ITS) peride 2008/2009. Saat ini
penulis aktif sebagai Asisten Laboratorium Tegangan Tinggi
di Jurusan Teknik Elektro FTI ITS.