BAB II TEORI DASAR

BAB II
TEORI DASAR
2.1
Alat Bongkar Muat Crane
Mesin pemindah bahan (material handling equipment) adalah peralatan yang
digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari suatu tempat ke tempat lain dalam
jarak yang tidak jauh, misalnya pada bagian atau departemen pabrik, pada tempat-tempat
penumpukan bahan, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan, dan
sebagainya. Mesin pemindah bahan hanya memindahkan muatan dalam jumlah besar serta
jarak tertentu dengan arah perpundahan bahan vertikal, horizontal, dan atau kombinasi antar
keduanya.
Berdasarkan desainnya, mesin pemindah bahan (material handling equipment)
dibagi dalam tiga kelompok, yaitu:
a. Peralatan Pengangkat (lifting device) yaitu peralatan yang ditujukan untuk
memindahkan muatan satuan dalam satu batch seperti mesing pengangkat, crane,
elevator dan lain-lain.
b. Peralatan Pengangkut (konveyor) yaitu peralatan yang ditujukan untuk menindahkan
muatan curah (banyak partikel atau homogen) maupun muatan satuan secara kontinu
seperti screw conveyor, belt conveyor, pneumatic conveyor, vibratic conveyor, dan
lain-lain.
c. Peralatan Permukaan dan overhead yaitu peralatan yang ditujukan untuk
memindahkan
muatan curah dan satuan, baik batch maupun kontinu seperti
scrapper, eskavator, bulldozer, dan lain-lain.
Setiap kelompok mesin pemindah bahan dibedakan oleh sejumlah ciri khas dan
bidang penggunaan yang khusus. Perbedaan dalam desain kelompok ini juga ditentukan oleh
keadaan muatan yang akan ditangani, arah gerak kerja, dan keadaan proses penanganannya.
Umumnya mesin pengangkat digunakan untuk muatan satuan, seperti bagian-bagian mesin
atau mesin secara keseluruhan, bagian dari struktur bangunan logam, hopper, baja
bentangan, bahan bangunan, dan sebagainya. Conveyor dapat menangani baik muatan
tumpahan curah maupun muatan satuan, sedangkan fasilitas permukaan dan overhead dapat
mengani keduanya sekaligus.
4
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.1.1. Definisi Umum Quay Container
Crane adalah gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah, dengan rangka untuk
mengangkat atau sekaligus mengangkat dan memindahkan muatan yang dapat digantung
secara bebas atau diikatkan pada crane.
crane jenis Quay, yaitu Quay Container yang digunakan untuk bongkar muat kontainer yang
ada di lapangan penumpukan (Container Yard). Pada dasarnya sebuah crane adalah alat
pengangkat dan pemindah material yang bekerja dengan prinsip kerja tali. Crane digunakan
untuk angkat muatan secara vertikal dan secara horisontal bergerak secara bersama dengan
gerak vertikal dan menurunkan muatan ke tempat yang dituju. Fungsi dan gerakan pada
masing-masing bagian utama QCC adalah sebagai berikut:
a. Boom Hoist
Yaitu gerakan naik dan turun terhadap boom yang digerakkan oleh motor boom hoist.
Dalam keadaan tidak beroperasi / stand-by, posisi boom pada sebuah crane harus
pada posisi up/naik.
b. Gantry Travel
Yaitu merupakan gerakan keseluruhan unit Crane pada jalur rel baik ke arah kiri dan
ke kanan. Gerakan ini berfungsi untuk memposisikan unit crane dalam pemindahan
container baik dalam hal muat ke dalam kapal ataupun bongkar dari kapal untuk
kemudian diangkut oleh truck container (terminal trucktor)
c. Trolley Travel
Yaitu gerakan pemindahan spreader ke depan atau belakang (ke arah laut atau ke
daratan) untuk menempatkan container baik dalam proses muat ke kapal ataupun
bongkar untuk kemudian diangkut oleh truck container.
d. Sistem Hidraulic pada Spreader
Sistem hidraulic pada spreader akan menyesuaikan besar peti kemas dan menguci
peti kemas sehigga spreader dan peti kemas menyatu.
e. Main Hoist
Gerakan ini adalah gerakan naik/ turun beban yang telah dipasang pada kait spreader,
diangkat atau diturunkan dengan menggunakan tali (seling) yang digulung pada
drum, dalam hal ini putaran drum disesuaikan dengan drum yang sudah
direncanakan. Drum digerakkan oleh motor listrik dan gerakan drum, dihentikan
dengan rem sehingga beban tidak akan naik atau turun setelah posisi yang ditentukan
sesuai dengan yang direncanakan. Gerakan ini bertujuan untuk mengangkat (hoist
5
http://digilib.mercubuana.ac.id/
up) atau menurunkan (lowering) spreader. Gerakan pada QCC dapat dilihat pada
gambar 2.1 berikut ini:
Boom
Hoist
Trolley Travel
Main
Hoist
Gantry Travel
Gambar 2.1. Fungsi gerakan QCC
2.1.2. Definisi Umum Gantry luffing
Crane adalah gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah, dengan rangka
untuk mengangkat atau sekaligus mengangkat dan memindahkan muatan yang dapat
digantung secara bebas atau diikatkan pada crane.
Dari berbagai jenis crane di atas, yang selanjutnya dibahas adalah crane jenis gantry, yaitu
Gantry luffing Crane (GLC) yang digunakan untuk bongkar muat curah yang ada di
dermaga. Gerakan pada Gantry luffing Crane GLC dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut
ini:
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Boom Hoist
(Luffing)
Main
Hoist
Slewing
Gantry
Travel
Gambar 2.2. Fungsi gerakan GLC
Adapun fungsi dan gerakan pada masing-masing bagian utama pada Gantry luffing
Crane adalah sebagai berikut:
a. Boom Hoist / Luffing
Yaitu gerakan naik dan turun terhadap boom yang digerakkan oleh motor boom hoist.
Dalam keadaan tidak beroperasi / stand-by, posisi boom pada sebuah crane harus
pada posisi up/naik.
b. Gantry Travel
Yaitu merupakan gerakan keseluruhan unit Crane pada jalur rel baik ke arah kiri dan
ke kanan. Gerakan ini berfungsi untuk memposisikan unit crane dalam operasional
muat ke dalam kapal ataupun bongkar dari kapal .
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
c. Slewing
Gerakan Slewing merupakan gerakan rotasi 3600 moving part pada GLC. Pengerak
menggunakan motor yang terhubung dengan gear.
d. Main Hoist
Gerakan ini adalah gerakan naik/ turun beban yang telah dipasang pada kait (hook)
diangkat atau diturunkan dengan menggunakan tali (seling) yang digulung pada
drum, dalam hal ini putaran drum disesuaikan dengan drum yang sudah
direncanakan. Drum digerakkan oleh motor listrik dan gerakan drum, dihentikan
dengan rem sehingga beban tidak akan naik atau turun setelah posisi yang ditentukan
sesuai dengan yang direncanakan.
Sistem Jaringan Listrik
Unit
Pembangkitan
Unit
Transmisi
Gardu Induk
distribusi
Unit Distribusi
Trf
Transformator
PMT
PMT
Pemutus
Tenaga
G
Generator


Konsumen Besar

Distribusi Distribusi
sekunder Primer
2.2
Konsumen Umum
Gambar 2.3 Blok diagram jaringan listrik
Dari blok diagram di atas dapat diketahui bahwa sistem jaringan Penyaluran listrik
oleh Perusahaan Listrik Negara di Indonesia dibagi menjadi empat tahap yaitu:
a. Sistem pembangkitan tenaga listrik
Pada tahap ini tegangan yang dihasilkan oleh unit generator merupakan tegangan
menengah dari 6 kV sampai 24 kV yang dinaikkan oleh Transformer Step Up menjadi
tegangan 150 kV atau 500 kV. Penggerak generator bisa berbentuk turbin air, turbin
uap, turbin gas, diesel engine, gas engine, combined cycle turbine dan lain sebagainya.
Pembangkitan skala besar di Perusahaan Listrik Negara selalu dalam bentuk
pembangkit listrik tenaga uap atau pembangkit listrik tenaga air.
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
b. Sistem transmisi
Pada tahap ini tegangan yang udah di naikan di sisi pembangkit akan disalurkan ke jalur
distribusi. Adapun pembagian tegangan pada sisi transmisi ini diantaranya dikisaran 70
kV, 150 kV, 275 kV dan 500 kV pada Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi dengan
tujuan untuk memperkecil kerugian daya listrik pada sisi penghantar jaringan transmisi.
c. Sistem Distribusi
Pada tahap ini biasa disebut dengan jaringan tegangan menengah dikisaran tegangan 20
kV dan tegangan rendah 220/380 V. Jaringan distribusi TM 20 kV pada umumnya
berupa saluran udara tegangan menengah dan saluran kabel bawah tanah.
d. Konsumen
Pada tahap ini merupakan Instalasi rumah tangga dengan langganan listrik tegangan
rendah, sedangkan pelanggan besar seperti pelabuhan mempergunakan tegangan
menengah hingga tegangan tinggi.
2.2.1. Sistem Jaringan Distribusi Tegangan Menengah
Sistem distribusi berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik
besar sampai ke konsumen. Sistem distribusi diklasifikasikan menurut beberapa cara, antara
lain:
a. Saluran Udara Tegangan Menengah
terdiri atas tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan
perlengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus.
b. Saluran Kabel tegangan Menengah
terdiri atas kabel tanah, indoor dan outdoor termination dan lain-lain.
c. Gardu tramsformer
terdiri atas transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, Low Volatage
panel, pipa - pipa pelindung, arester, kabel - kabel, transformer band, peralatan
grounding, dan lain sebagainya
d. Saluran Udara Tegangan rendah dan Saluran Kabel Tegangan Rendah
yang mempunyai material mirip dengan perlengkapan/material Saluran Udara
Tegangan Menengah yang membedakan hanya dimensinya.
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Secara umum sistem tenaga listrik jaringan PLN dapat dilihat pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Sistem jaringan PLN [7]
Sistem distribusi dibedakan menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem
distribusi sekunder.
a. Jaringan sistem distribusi primer
Jaringan sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu
induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan saluran udara,
kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan
kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah
yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban. Terdapat bermacam-macam
bentuk rangkaian jaringan distribusi primer, yaitu:
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Jaringan distribusi radial, dengan model: radial tipe pohon, radial dengan tie dan
switch pemisah, radial dengan pusat beban dan radial dengan pembagian phase area.

Jaringan distribusi ring

Jaringan distribusi jaring-jaring

Jaringan distribusi spindle

Saluran radial interkoneksi
b. Jaringan sistem distribusi sekunder
Jaringan
sistem
distribusi
sekunder
digunakan
untuk
menyalurkan
tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem
distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial.
Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi.
Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan
kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan:

Papan pembagi pada trafo distribusi,

Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder).

Saluran layanan pelanggan (SLP) ke konsumen/pemakai

Alat pembatas dan pengukur daya (kWh meter) serta fuse atau pengaman pada
pelanggan.
Sumber daya utama PLN pada jaringan system eksisting berasal dari jaringan TM 20 kV
dari GI Suralaya. Dalam hal ini dapat diasumsikan bahwa pada sistem di GI PLN
menggunakan trafo tenaga
dengan kapasitas 60 MVA. Untuk trafo tenaga yang
terpasang di Gardu Induk dengan pasokan jauh, maka perlu diperhatikan adalah
impedansi trafo tenaga. Perhitungan arus gangguan listrik maksimum dari trafo dapat
dihitung dengan persamaan:
I max trafo =
𝐸
𝑋𝑡
IT
(2.1)
S = √3 x V x I max trafo
(2.2)
Dengan:
I max trafo
= arus gangguan maksimum tarfo (A)
E
= tegangan trafo tenaga (1 per unit)
Xt
= reaktansi trafo (per unit)
IT
= arus nominal trafo (A)
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
S
= daya maksimum (VA)
Dengan menggunakan persamaan di atas, maka kapasitas dan arus maksimum trafo tenaga
dapat dilihat pada table 2.1 sebagai berikut:
Tabel 2.1 Kapasitas dan arus maksimum trafo tenaga [1]
Kapasitas
Trafo Tenaga
100 MVA
60 MVA
30 MVA
20 MVA
10 MVA
5 MVA
Reaktansi Trafo Xt
(%)
15 %
12 %
11 %
10 %
9,5 %
7,5 %
Arus Maksimum
(A)
19,24
14,43
7,87
5,77
3,04
1,64
Breaking
Capacity (MVA)
667
500
273
200
105
65
2.3. Sistem Jaringan Distribusi Tegangan 6,6 Kv pada Crane
Tugas akhir ini membahas tindakan pengalihan suplai daya listrik pada peralatan
bongkar muat crane di pelabuhan Ciwandan berupa perencanaan dan penyiapan suplai daya
listrik dari PLN dengan tujuan menggantikan fungsi penyediaan daya dari generator set
Dalam hal ini, generator set pada masing-masing crane akan digunakan sebagai
sumber daya cadangan jika terjadi pemadaman daya listrik dari PLN. seluruh crane di
Pelabuhan Ciwandan generator set sebagai sumber daya listrik utama bagi seluruh peralatan
pada saat boom hoist, hoist, trolley, gantry slewing dan alat bantu pada saat rem, control,
ventilasi, air conditioner, lift, lampu penerangan dan lain sebagainya. generator set ini
diletakkan di platform generator set gantry luffing crane dan di ruang mesin untuk quay
container crane. generator set yang digunakan di masing-masing crane memiliki spesifikasi
teknis yang sama sesuai kapasitas angkutnya (safe working load). Perlu diketahui motor
penggerak dan sistem kontrol motor pada quay container crane dan gantry luffing crane
yaitu menggunakan motor arus bolak balik dan motor AC drive . Secara garis besar, sistem
kelistrikan pada sebuah crane dapat dilihat pada gambar 2.5.
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
MDP
GENS
= Main Distribution Panel
Aux Load = Auxiliary Load
MD
Hoist
Drive
Gantr
y
Boom
Drive
Drive
AC
MO
AC
MO
Slewi
ng
Aux
Load
Drive
AC
MO
AC
MO
Gambar 2.5. Single Line Jaringan Listrik Crane
Penyediaan daya untuk operasi alat bongkar muat (crane) pada pelabuhan Ciwandan
selama ini masih menggunakan generator set. Tegangan keluaran generator set adalah 400V
AC, 50 Hz pada quay container dan gantry luffing. Kapasitas generator set dipilih agar
mampu mencatu kebutuhan daya motor - motor penggerak crane dan beban instalasi seperti
beban kontrol, penerangan, rem, air conditioner dan lain - lain.
2.3.1. Sistem Proteksi pada Distribusi
Proteksi pada saluran distribusi terdiri atas Relay, Pada dasarnya relay adalah suatu
alat yang mendeteksi besaran yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo
a. Relay Arus lebih
adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, dan akan bekerja bila arus yang
mengalir melebihi nilai settingnya (I set). Pada dasarnya relay arus lebih adalah
suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan
trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting.
Adapun karakterisitk dari relay arus adalah

Relay arus lebih waktu seketika (instantaneous relay)
Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir
melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10
– 20 ms). Karakteristik relay waktu seketika dapat dilihat pada gambar 2.6
berikut:
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay
arus lebih dengan karakteristik yang lain.
.
(a)
(b)
Gambar 2.6. Karakteristik relay arus lebih waktu seketika [2]

(a)
Skematik relay arus lebih waktu seketika
(b)
Kurva arus terhadap waktu relay arus lebih waktu seketika
Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay)
Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan
hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan
jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperCiwandan dengan
waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay.
Karakteristik relay arus lebih waktu tertentu dapat dilihat pada gambar 2.7
berikut:
(a)
(b)
Gambar 2.7. Karakteristik relay arus lebih waktu tertentu [2]
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(a) Skematik relay arus lebih waktu tertentu
(b) Kurva arus terhadap waktu relay arus lebih waktu tertentu

Relay arus lebih waktu terbalik (invers time relay)
Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus
secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya.
Karakteristik ini bermacam-macam, setiap pabrik dapat membuat karakteristik
yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok :
standar inverse, very inverse, extremely inverse. Karakteristik relay arus lebih
waktu terbalik dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut:
(a)
(b)
Gambar 2.8. Karakteristik relay arus lebih waktu terbalik [2]
(a) Skematik relay arus lebih waktu terbalik
(b) Kurva arus terhadap waktu relay arus lebih waktu terbalik
b. Relay Gangguan ke Tanah (GFR)
Relay gangguan tanah merupakan proteksi cadangan pada busbar. Proteksi ini
bekerja dengan cara mendeteksi besaran arus pada daerah yang diamankan. Apabila
besaran arus tersebut melampaui setting relay, relay akan bekerja membuka PMT
setelah waktu tundanya tercapai. GFR juga digunakan sebagai proteksi cadangan
lokal pada proteksi penghantar untuk mengamankan penghantar dari gangguan fasatanah.
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.2. Cable Reel Sistem (CRS)
Gerakan gantry pada crane memungkinkan crane berpindah tempat menyesuaikan
posisinya dengan kapal yang akan dibongkar-muat. Pergerakan ini memerlukan sebuah
mekanisme yang dapat menyesuaikan panjang-pendeknya kabel fleksibel selama crane
melakukan pergerakan gantry dengan jalan menggulung atau mengulur kabel fleksibel yang
terbentang antara crane dengan titik sambung kabel di jointing pit. Mekanisme ini disebut
sebagai cable reel sistem (CRS) yang sekaligus berfungsi menerima daya 6,6 kV dari gardu
distribusi dan meyaklurkannya ke CSS melalui slip ring. Cable reel sistem (CRS) terdiri atas:
1. Motor listrik, digunakan untuk memutar cable reel. Motor yang paling umum
digunakan adalah motor induksi rotor sangkar, IP 55, insulation class F.
2. Magnetic couplers merupakan kopling magnetic antara poros motor dengan gearbox.
3. Main gearbox, fungsinya adalah mengurangi kecepatan putar poros motor penggerak
agar sesuai dengan putaran yang dibutuhkan oleh cable reel. Main gear box ini
merupakan tempat dipasangnya cable reel sehingga harus mampu menanggung
beban statis dan dinamis yang dihasilkan oleh cable reel selama beroperasi ataupun
diam.
4. Secondary gearbox, fungsinya adalah untuk menyamakan kecepatan dari main
gearbox ke kecepatan crane dan memenuhi torsi yang dibutuhkan untuk menggulung
kabel.
5. Additional gearbox fungsinya adalah untuk menyamakan kecepatan dari poros putar
magnetic couplers ke secondary gearbox
6. Slip ring digunakan sebagai media penyaluran daya listrik dari struktur bergerak ke
struktur yang diam atau sebaliknya. Terdiri atas sikat arang di bagian yang statis, dan
metal ring di bagian yang bergerak. Pada saat metal ring berputar, arus listrik
disalurkan menuju sikat arang yang disentuhkan ke metal ring. Sikat arang ini
dihubungkan dengan penghantar yang berada diatas crane menuju CSS.
7. Spool / Cable reel tempat kabel fleksibel digulung atau diulur.
Bagian-bagian pada cable reel sistem dapat dilihat pada gambar 2.18 berikut:
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(a)
(b)
Gambar 2.9 Bagian dari sebuah Cable Reel System [15]
(a) Motor listrik, magnetic coupler, dan gearbox
(b) Slipring dan spool
2.3.3. Automatic Transfer Switch dan Automatic Mains Failure
Automatic Transfer Switch atau dingkat ATS, yaitu peralatan yang digunakan untuk
memindahkan catuan daya dari generator set menjadi catuan daya PLN atau sebaliknya.
Automatic Transfer Switch ini bisa difungsikan secara otomatis maupun
manual.
Diutamakan pengoperasiannya adalah otomatis, tetapi bila terjadi gangguan fungsi otomatis,
maka bisa memilih mode manual. Automatic Transfer Switch dilengkapi dengan electrical
interlock antara kedua Circuit Breaker generator set dan Circuit Breaker PLN agar tidak
terjadi penyuplaian daya secara bersamaan.
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Automatic Transfer Switch ini dipasang di dalam panel PP-ATS, bekerja pada
tegangan rendah 400V quay crane dan gantry lauffing.
Automatic Mains Failure atau disingkat AMF berfungsi untuk memantau kondisi
tegangan sumber daya PLN dan akan memerintahkan start generator set secara otomatis bila
terjadi gangguan/pemadaman sumber daya PLN. Pada kondisi ini beban akan dicatu oleh
generator set. Selama generator set bekerja, Automatic Mains Failure tetap memantau
kondisi tegangan PLN dan bila ternyata sudah sehat/pulih kembali akan terjadi perintah stop
generator set dan beban kembali dicatu oleh PLN. Proses pemindahan catuan dikerjakan
oleh Automatic Transfer Switch.
2.4. Jatuh Tegangan / Voltage Drop
jatuh tegangan pada saluran adalah selisih antara tegangan sisi kirim/pangkal
pengiriman (sending end) dengan tegangan pada sisi terima/ujung penerimaan (receiving
end) pada suatu jalur kabel distribusi. Pada saluran/kabel yang dialiri arus bolak-balik
besarnya tegangan jatuh tergantung pada dari impedansi dan admitansi saluran, besar beban
dan faktor daya. Jatuh tegangan relatif dinamakan regulasi tegangan (voltage regulation),
dan dinyatakan oleh rumus:
VR %  
VR  NL  VR  FL 
VR  FL 
 100%
atau
VR %  
VS  VR
VR
 100%
(2.3)
Dengan :
VR(NL) = VS = tegangan pangkal pengiriman (sending end) pada beban nol.
VR(FL) = VR = tegangan pada ujung penerimaan pada beban full load.
Penurunan tegangan maksimum pada beban penuh, yang dibolehkan dibeberapa titik
pada jaringan distribusi adalah (SPLN 72:1987) turun tegangan pada JTM dibolehkan:
a. 2% dari tegangan kerja untuk sistem spindel dan gugus
b. 5% dari tegangan kerja untuk sistem radial dan simpul
Untuk drop tegangan ini dipengaruhi oleh konfigurasi sistem letak kabel saluran
karena sistem letak kabel ini akan mempengaruhi nilai impedansi saluran, hal ini dapat
dilihat dari rumus:
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Vr = Vs – I.Z
(2.4)
Dimana:
Vr
= tegangan sisi terima (volt)
Vs
= tegangan sisi kirim (volt)
Z
= impedansi saluran ()
I
= Arus (A)
Karena saluran yang dipakai merupakan saluran jarak pendek maka nilai impedansi
saluran hanya dipengaruhi oleh besarnya nilai reaktansi induktif dan resistansinya, hal ini
dapat dinyatakan dengan rumus:
Z = R + jXL
(2.5)
Dimana:
XL = reaktansi induktif yaitu 2..f..L (Ω)
L
= induktansi saluran (H)
f
= frekuensi (Hz)
Untuk saluran distribusi pada saluran jarak pendek, kapasitansinya dapat diabaikan.
Secara umum hal ini dapat diterapkan pada sistem yang tegangannya sampai dengan 66 kV.
Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reaktansinya, maupun faktor dayanya
yang tidak sama dengan satu.
Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan beban–bebannya merupakan
beban tiga fasa yang seimbang dan faktor dayanya (Cos φ) antara 0,6 s/d 0,85. Jatuh
tegangan dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan hubungan sebagai berikut [6]:
∆𝑉 = I R cos ∅ + I 𝑋𝐿 sin ∅
(2.6)
∆𝑉 = I (R cos ∅ + 2πf𝐿 sin ∅)
(2.7)
Dengan:
∆V
= jatuh tegangan (V)
I
= arus maksimal (A)
L
= panjang penghantar (km)
R
= nilai resistansi penghantar (Ω/km)
𝑋𝐿
= nilai resistansi penghantar (Ω/km)
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
f
= frekwensi (Hz)
L
= induktansi penghantar per-phasa (mH/km)
cos ∅ = faktor daya
2.5. Arus Gangguan Hubung Singkat
PUIL 2000 mendefinisikan arus hubung pendek adalah arus lebih yang diakibatkan
oleh gangguan impedansi yang sangat kecil mendekati nol antara dua penghantar aktif yang
dalam kondisi operasi normal berbeda potensialnya (short circuit current).
Perhitungan arus hubungan singkat bertujuan untuk menentukan besarnya arus
hubungan singkat yang dapat timbul pada suatu sistim tenaga listrik, sehingga mampu
memberikan aksi terhadap perbandingan besarnya arus yang lewat pada suatu sistim dengan
rating ketahanan peralatan di dalam sistim tersebut melalui suatu alat proteksi arus lebih
(Over Current Protection Device) sehingga terhindar dari arus yang dapat merusaknya.
Hubungan singkat dapat menyebabkan kerusakan serius pada komponen dan
peralatan dalam sistim distribusi daya. Perhitungan dan analisa yang mendalam perlu
dilakukan untuk mengetahui kemungkinan besarnya arus hubungan singkat yang dapat
timbul pada sebuah sistim distribusi sehingga dapat dilakukan pencegahan melalui
pengaturan setting pada alat proteksi arus lebih dan juga pemilihan peralatan atau komponen
listrik yang akan digunakan dengan menyesuaikan rating ketahanannya terhadap arus
hubugnan singkat disesuaikan dengan hasil analisa dan perhitungan arus hubungan singkat.
Rangkaian sederhana untuk arus hubung singkat 3 fasa dapat dilihat pada gambar
2.10 berikut ini:
(a)
(b)
Gambar 2.10. Contoh rangkaian arus hubung singkat 3 fasa [15]
(a) Rangkaian hubung singkat 3 fasa
(b) Rangkaian ekivalen hubung singkat 3 fasa
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Dari gambar di atas dapat diketahui besarnya arus hubung singkat 3 fasa dengan
persamaan: (Wahyudi SN; Proteksi sistem distribusi tenaga listrik. 2012)
𝐼𝑠𝑐 =
𝐸
(2.8)
√3 𝑍𝑠𝑐
(2.9)
𝑍𝑠𝑐 = √𝑅 2 + 𝑋 2
Dengan:
Isc
= arus hubung singkat (A)
E
= tegangan fasa ke fasa (V)
Zsc
= impedansi hubung singkat (ohm)
R
= resistansi hubung singkat (ohm)
X
= reaktansi hubung singkat (ohm)
Gangguan dikatakan simetris, terjadi bila ketiga penghantar fasanya tersambung
solid (tanpa adanya impedansi gangguan). Bila ada impedansi gangguan yang
menghubungkan ketiga fasa atau anatara dua fasa atau anatara fasa ke tanah dikatakan
sebagai gangguan tidak simetris (asimetris). Gelombang sinusoidal yang terjadi mempunyai
nilai tidak sama pada puncak gelombangnya, hal inilah yang dikatakan sebagai gangguan
tidak simetris.
Arus dari gangguan tidak simetris diperhitungkan untuk menentukan making
capacity dari pengaman (circuit breaker) dan electrodynamic forces dari instalasi listrik di
pusat listrik atau gardu induk. Arus hubung singkat asimetris dapat diperhitungkan sebagai
berikut:
IP
= k . √2 . I”k
(2.10)
Dengan:
IP
= arus maksimum (puncak pertama) saat terjadi ganguan hubung singkat
asimetris
I”k
= arus hubung singkat maksimum simetris
k
= faktor koefisien
Karakteristik besarnya nilai k terhadap nilai R / X atau R/L dapat dilihat pada gambar
2.23 berikut ini:
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.11. Kurva koefisien K tergantung nilai R/X
Sistem distribusi tenaga listrik merupakan salah satu bagian dari suatu sistem tenaga
listrik yang dimulai dari PMT incoming di Gardu Induk sampai dengan Alat
Penghitung dan Pembatas (APP) di instalasi konsumen yang berfungsi untuk
menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari Gardu Induk sebagai pusat
beban ke pelanggan-pelanggan secara langsung atau melalui gardu-gardu distribusi
dengan mutu yang memadai sesuai standar pelayanan yang berlaku. Sehingga sistem
distribusi ini menjadi suatu sistem tersendiri karena unit distribusi ini memiliki
komponen peralatan yang saling berkaitan dalam operasinya untuk menyalurkan
tenaga listrik
2.6. Demand Factor dan Load Factor
Demand factor adalah perbandingan antara beban puncak dengan beban terpasang
pada suatu beban listrik. Besar demand factor dapat diketahui dari persamaan dibawah ini:
Load factor adalah perbandingan antara daya rata-rata dalam jangka waktu tertentu
dengan jumlah kapasitas terpasang pada suatu pusat listrik. Besar load factor dapat diketahui
dari persamaan dibawah ini:
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.7. Generator Set
Generator Set adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik, terdiri
atas mesin diesel dan generator atau alternator.
Mesin diesel merupakan penggerak utama berbahan bakar solar berpendingin air,
sedangkan generator atau alternator merupakan mesin yang berfungsi sebagai pengubah
energi poros menjadi energi listrik melalui kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri
atas stator (kumparan statis) dan rotor (kumparan berputar).
Gambar 2.12 berikut menunjukkan salah satu genset yang terpasang di QCC.
Gambar 2.12. Genset pada QCC-01
Gambar 2.13 berikut menunjukkan salah satu genset yang terpasang di GLC.
Gambar 2.13. Bangunan genset pada GLC
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Mesin diesel digunakan sebagai penggerak utama alternator dengan jalan memutar
poros pada kecepatan tetap yaitu 1500 rpm. Mesin ini menggunakan udara dan bahan bakar
solar dengan kompresi tinggi untuk menghasilkan langkah usaha (gerak putar). Kelebihan
mesin diesel adalah memiliki konstruksi yang kuat terhadap beban kerja yang tinggi, torsi
yang besar, dan konsumsi bahan bakar yang efisien karena bahan bakar disuntikkan langsung
ke ruang bakar. Oleh karena itu mesin diesel banyak dipakai untuk industri alat-alat berat,
seperti lokomotif, truk, traktor, dan lain sebagainya.
Generator atau alternator berfungsi sebagai pengubah energi gerak putar yang
dihasilkan oleh mesin diesel menjadi energi listrik arus bolak-balik yang digunakan untuk
mencatu energi listrik ke beban yang dipasangkan.
Generator yang digunakan di seluruh crane adalah generator 3 tingkat tanpa sikat
(brushless generator) terdiri atas beberapa bagian komponen dasar, yaitu permanent magnet
generator (PMG), rotating dioda, pilot exciter, main generator dan AVR. Generator ini
dikatakan 3 tingkat karena memiliki 3 tingkatan generator yang terpasang satu poros (main
generator, pilot exciter, dan permanent magnet generator). Komponen-komponen tersebut
memiliki fungsi-fungsi yang berbeda sebagai berikut:
a) Rotor PMG (permanent magnet generator) merupakan generator bolak-balik tiga
fasa dengan rotor berupa magnet permanen yang terpasang seporos dengan pilot
exciter dan main rotor. Magnet permanen tersebut akan menginduksi tegangan bolak
balik 3 fasa pada Stator PMG begitu mesin diesel berputar. Keluaran stator PMG ini
digunakan sebagai sumber daya AVR untuk selanjutnya disearahkan dan diatur
besarnya oleh AVR sebagai arus eksitasi stator pilot exciter.
b) Main generator adalah generator utama yang berfungsi menghasilkan daya /energi
listrik yang akan disalurkan ke beban. Bagian stator merupakan tempat belitan
jangkar (armature) yang akan terinduksi tegangan bolak-balik tiga fasa dengan
tegangan sesuai setting AVR dan frekuensi sesuai dengan kecepatan putar mesin
diesel dan jumlah kutub. Sedangkan bagian rotor merupakan tempat belitan penguat
(exciter) yang akan menghasilkan medan magnit penguat dengan besaran sesuai arus
searah yang dialirkan oleh rotating diode.
c) Rotating diode merupakan diode tiga fasa dengan konfigurasi bridge, terpasang pada
poros yang sama dengan PMG, pilot exciter dan main generator. Biasanya rotating
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/
diode dipasang di bagian paling luar berdekatan dengan PMG untuk memudahkan
perbaikan. Rotating diode ini berfungsi sebagai penyearah tegangan bolak-balik tiga
fasa yang terbentuk pada rotor pilot exciter untuk selanjutnya disalurkan ke rotor
main generator yang berfungsi sebagai exciter pada main generator.
d) Pilot exciter merupakan generator arus bolak-balik yang berfungsi sebagai sumber
daya penguatan (eksitasi) utama bagi Main Generator. Pilot exciter menerima arus
searah dari AVR di sisi statornya dan akan menginduksikan tegangan bolak-balik di
rotor pilot exciter untuk selanjutnya disearahkan oleh rotating diode. Besar arus
searah yang dikeluarkan oleh AVR menuju stator pilot exciter sesuai dengan setting
tegangan AVR dan besarnya beban reaktif yang sedang terjadi di main generator.
e) Automatic voltage regulator (AVR), merupakan komponen elektronis yang pada
umumnya dipasang di kotak khusus dekat dengan main generator. Fungsi utama
AVR adalah menyediakan arus eksitasi ke pilot exciter sesuai dengan nilai setting
tegangan keluaran main generator yang diinginkan dan sesuai dengan besar daya
reaktif yang sedang mengalir di main generator. Makin tinggi nilai setting tegangan
dan makin besar daya rekatif induktif yang mengalir di main generator makin besar
pula arus searah yang dihasilkan oleh AVR. Untuk memungkinkan pengaturan yang
teliti dibutuhkan penginderaan tegangan keluaran Main Generator. Masukan/sumber
daya AVR berasal dari tegangan tiga fasa yang terjadi pada stator PMG, bukan
diambil dari tegangan keluaran main generator sebagaimana generator dua tingkat
tanpa PMG. Oleh karena eksitasi PMG berasal dari magnet permanen yang tidak
membutuhkan catuan arus searah maka selama poros berputar selalu tersedia sumber
daya bagi AVR. Keunggulan ini sangat bermanfaat pada saat terjadi arus start motor
(beban) yang besar pada main generator, PMG masih mampu menyediakan arus
eksitasi yang besar untuk mengatasi jatuh tegangan pada terminal keluaran main
generator (sampai 300 % selama 10 detik). Juga pada saat terjadinya hubung singkat
yang mengalirkan arus cukup besar di keluaran main generator, sehingga arus
hubung singkat tetap mengalir pada waktu yang cukup untuk koordinasi relay di sisi
beban sampai terjadi pembukaan circuit breaker (CB) di posisi terdekat dengan titik
terjadinya hubung-singkat tersebut.
25
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Skema generator 3 tingkat dapat dilihat pada gambar 2.14.
`
Gambar 2.14. Skema generator 3 tingkat [4]
2.7. Motor Arus Bolak-balik (Motor AC)
Motor AC yang banyak digunakan pada crane sebagai motor penggerak adalah motor
induksi rotor sangkar atau motor induksi rotor sangkar (selanjutnya disebur MIRS). Motor
ini menggantikan motor DC karena berbagai keunggulan, antara lain konstruksi sederhana,
kokoh, andal dan mudah dirawat karena tidak mempunyai komutator dan sikat sebagaimana
motor DC. Kekurangan motor ini adalah dimensi yang lebih besar dan lebih berat
dibandingkan dengan motor DC untuk daya keluaran poros yang sama sehingga
membutuhkan luasan tapak yang lebih besar dan membutuhkan konstruksi struktur yang
lebih kokoh. Disamping itu, kekurangan motor AC adalah rugi-rugi yang lebih besar karena
inersia rotor dan kipas pendingin yang lebih besar dibandingkan dengan motor DC. Harga
lebih murah merupakan pertimbangan utama walaupun dibutuhkan pengatur putaran (motor
drive) yang lebih rumit daripada pengatur putaran motor DC. Konstruksi MIRS dapat dilihat
pada gambar 2.15 berikut:
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.15. Nama bagian motor induksi rotor sangkar [4]
Konstruksi rotor sangkar dapat dilihat pada gambar 2.16 berikut:
Short circuits all
rotor bars.
/rotor winding
Gambar 2.16. Konstruksi rotor sangkar [3]
Belitan stator terdiri atas tiga set belitan yang disediakan untuk masing-masing fasa
tegangan sumber, misalnya belitan a-a’untuk fasa R, b-b’ untuk fasa S dan c-c’ untuk fasa
T. Gambar 2.16 berikut menunjukkan posisi ke tiga belitan fasa di suatu motor induksi rotor
sangkar sederhana dua kutub.
27
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.17 Posisi belitan fasa di motor induksi rotor sangkar [4]
Medan putar yang terjadi di dalam MIRB sederhana dua kutub bisa dilihat pada gambar 2.18
berikut (pada posisi 0):
Gambar 2.18. Medan putar di dalam motor induksi rotor sangkar [4]
Prinsip kerja motor induksi rotor sangkar adalah sebagai berikut:
- Medan putar ini memotong belitan/batang rotor sehingga terbentuk tegangan induksi di
belitan/batang rotor.
- Kecepatan putar medan putar adalah sebesar
ns =
120 𝑓
(2.11)
𝑝
Dengan:
ns
= kecepatan putar medan putar atau kecepatan sinkron (rpm),
f
= frekuensi sumber tegangan (Hz)
p
= jumlah kutub.
- Oleh karena belitan atau batang rotor pada MIRS terhubung-singkat, akan mengalir arus
induksi di belitan/batang rotor.
- Arus rotor ini akan membentuk medan magnet lainnya (medan magnet rotor, BR)
28
http://digilib.mercubuana.ac.id/
- Terbentuk momen akibat interaksi antara medan putar stator dengan medan magnit rotor.
Momen inilah yang akan memutar rotor searah dengan putaran medan putar.
- Kecepatan putar rotor tidak akan pernah secepat putaran sinkron n s karena pada saat rotor
berputar secepat putaran sinkronnya tidak terjadi pergerakan relatif antara medan putar
dengan belitan rotor sehingga tidak akan terbentuk momen ind sehingga rotor melambat.
Saat rotor melambat, terjadi kembali pergerakan relatif antara medan putar dengan belitan
rotor sehingga terbentuk kembali momenind dan motor dipercepat kembali menuju
kecepatan sinkronnya dan kembali terjadi perlambatan rotor dan seterusnya. Dengan
kejadian ini rotor tidak akan pernah berputar secepat putaran sinkron sehingga motor ini
disebut juga sebagai motor asinkron.
- Selisih antara kecepatan medan putar (kecepatan sinkron, ns) dengan kecepatan putar
rotor nr disebut sebagai slip s. S dapat dihitung dari persamaan
𝑠=
(𝑛𝑠−𝑛𝑟)
𝑛𝑠
- Pada saat beban poros bertambah besar, motor melambat (slip membesar) dan terjadi
pergerakan relatif yang lebih besar antara medan putar dan belitan rotor sehingga induksi
tegangan di rotor yang juga membesar. Dengan membesarnya tegangan induksi, arus
rotor juga membesar dan medan magnet rotor BR juga membesar sehingga momen motor
ind juga membesar dan terjadi keselimbangan antara momen beban dan momen motor.
- Dengan bertambahnya beban, kecepatan putar motor akan berkurang dan slip membesar.
29
http://digilib.mercubuana.ac.id/