BAB II - UMY Repository

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka
Rujukan penelitian yang pernah dilakukan untuk mendukung penulisan
tugas akhir ini antara lain :

( Khairil, 2012 ) Melakukan penelitian mengenai metode perbaikan daya
menggunakan kapasitor bank untuk mengurangi daya reaktif untuk
peningkatan kualitas daya listrik pada industry. Dari penelitian ini
disimpulkan bahwa untuk memperbaiki faktor daya perlu dipasang
kapasitor bank. Kapasitor bank memberikan sumbangan arus mendahului
( leading ) sehingga juga akan memberikan faktor daya leading.

( Pandu, 2012 ) Melakukan penelitian mengenai studi susut energy pada
jaringan tegangan rendah wilayah PLN APJ Cempaka putih dengan objek
pelanggan residensil . Dari penelitian ini disimpulkan bahwa peramalan
kapasitas dapat digunakan untuk mengetahui kapan harus dilakukan
penambahan kapasitas untuk mengantisipasi penurunan kualitas jaringan .

( Ahmad, 2016 ) Melakukan penelitian mengenai Studi penempatan
kapasitor untuk perbaikan kualitas tegangan di penyulang Kangkung GI
Manggala. Dari penelitian ini disinmpulkan bahwa Jatuh tegangan
merupakan penurunan tegangan di
mulai
dari
penyulang sampai
9
sepanjang saluran jaringan tegangan menengah.
Fenomena tersebut
disebabkan kawat saluran yang mempunyai nilai resistansi, induktansi
dan kapasitansi sepanjang saluran, maka an terjadi penurunan tegangan.

( Wiwik, 2014 ) Meneliti tentang analisis perbaikan tegangan pada
subsistem dengan pemasangan kapasitor bank dengan Etap versi 7.0. dalam
penilitian ini disimpulkan bahwa pengurangan rugi – rugi daya dengan
menggunakan kapasitor bank merupakan solusi alternative untuk
memperbaiki profil tegangan pada subsistem pedan yang telah dilakukan.
Sehingga dengan demikian akan menekan rugi daya yang lebih besar karena
berpengaruh terhadap rugi rugi total sistem keseluruhan.

( Pambudi, 2017 ) Meneliti tentang analisis Perbaikan Losses dan faktor
daya pada menggunakan kapasitor bank pada substation 80 dan subastation
II di jaringan listrik power plant I PT Pertamina (Persero) Refinery Unit V
Balikpapan dengan simulasi Etap 12.6. Dalam penelitian ini disimpulkan
bahwa Pengurangan losses dengan menggunakan kapasitor bank
merupakan sebuah solusi alternative untuk memperbaiki profil tegangan
dan meningkatkan faktor daya pada substation 80 dan substation II yang
telah dilakukan. Sehingga dengan demikian dapat menekan angka losses
yang lebih besar karena berpengaruh pada losses total keseluruhan.
10
2.2
Landasan Teori
2.2.1
Faktor daya
Faktor daya merupakan salah satu indikator baik buruknya kualitas
daya listrik. Faktor daya didefinisikan sebagai perbandingan daya aktif dan
daya
reaktif.
faktor
𝑐𝑜𝑠𝜑 =
𝑝
𝑠
daya
disimbolkan
sebagai
𝑐𝑜𝑠 𝜑
dimana,
……………….. (1)
Daya aktif adalah daya yang digunakan sistem untuk bekerja.
Sedangkan daya reaktif adalah daya yang digunakan sistem untuk
membangkitkan medan. Pada suatu tegangan V , daya aktif, daya reaktif dan
daya total adalah sebanding dengan arus dan akan sesuai dengan
pernyataan(2),yaitu:
|𝑆| − √𝑃2 + 𝑄 2 = √(𝑉. 𝐼. 𝐶𝑜𝑠𝜑)2 + (𝑉. 𝐼. 𝑆𝑖𝑛𝜑)2 ….. (2)
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 yaitu kapasitor bank dengan rating KVar
sebagai berikut ;
𝑄𝑐 = 𝑃 (tan 𝜑 𝑎𝑤𝑎𝑙 − tan 𝜑 𝑡𝑎𝑟𝑔𝑒𝑡 ) … … … … … (3)
11
Penambahan daya reaktif tersebut dibatasi pada nilai faktor daya
maksimal 100% dan tidak mengubah keadaan leading atau lagging sistem
sehingga tidak merusak beban terpasang.
Gambar 2.1 Hubungan Daya Pada Sistem AC
(Khairil : metode perbaikan daya menggunakan kapasitor bank untuk
mengurangi daya reaktif untuk peningkatan kualitas daya listrik pada
industry, 2012 )
2.2.2
Penurunan Tegangan
Pada umumnya beban yang terdapat pada sistem tenaga listrik
bersifat resistif-induktif. Beban tersebut akan menyerap daya aktif dan
daya reaktif yang dihasilkan oleh generator. Penyerapan daya reaktif yang
diakibatkan oleh beban induktif akan menyebabkan terjadinya jatuh tegang
an pada tegangan yang disuplai generator.
12
Akibatnya nilai tegangan di sisi penerima akan berbeda dengan nila
i tegangan disisi pengirim. Sehingga dapat ditulis dengan persamaan (1)
𝑉𝑠 2 = (𝑉𝑟 + ∆𝑉𝑃 )2 + (∆𝑉𝑞 )2 … … … … (1)
Dimana :
2.2.3
Vs
: tegangan di sisi pengirim
Vr
: tegangan di sisi penerima
∆VP
: jatuh tegangan
∆VP
: IR Cos θ + Ix Sin θ
∆Vq
: Ix Cos θ – IR Sin θ
Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Sistem distribusi tenaga listrik adalah bagian dari sistem
perlengkapan elektrik antara sumber daya besar (bulk power source, BPS)
dan peralatan hubung pelanggan ( customers service switches ). Sistem
diistribusi tenaga listrik dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Sistem Distribusi Primer
Sistem tenaga listrik primer adalah bagin dari sistem perlengkapan
elektrik antara gardu induk distribusi dan transformator distribusi, atau
biasanya disebut “sistem primer”. Dalam rangkaiannya, sistem primer
dikenal sebagai penyulang primer atau penyulang distribusi primer.
13
2. Sistem Distribusi Sekunder
Sistem distribusi sekunder adalah bagian dari sitem perlengkapan
elektrik antara sistem distribusi primer dan beban. Sistem distribusi
sekunder biasa disebut sistem sekunder. Sistem distribusi sekunder meliputi
transformator distribusi yang berfungsi sebagai penurun tegangan
(step down).
( Syahputra: Transmisi Distribusi,2005 )
2.2.4
Kapasitor shunt
Kapasitor shunt merupakan kapasitor yang dihubungkan secara
parallel dengan saluran yang dapat digunakan secara luas dalam sistem
distribusi. Pemasangan kapasitor shunt sangat penting untuk penyedia daya
reaktif dari sebuah sistem daya. Saluran transmisi akan paling ekonomis bila
digunakan untuk mengirimkan daya aktif saja, yang kebutuhan daya reaktif
bebannya didapat dalam sistem distribusi konsumen atau kebanyakan pada
tingkat substransmisi (Gardu Induk).
Kapasitor bank digunakan untuk mengurangi rugi daya dan jatuh
tegangan pada jaringan sehingga dapat memperbaiki faktor daya secara
keseluruhan. Terjadinya penurunan faktor daya disebabkan oleh beban
di suatu tempat (area distribusi) yang pada prinsipnya bersifat kapasitif
maupun induktif. Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif,
yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan di sisi penerima.
Oleh sebab itu pemasangan kapasitor bank dapat membantu beban untuk
menyerap daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor bank
14
akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem yang disebabkan
oleh beban. Sehingga dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat
dikurangi. Kompensator kapasitor yang terhubung parallel pada saluran
akan mencatu daya reaktif, sehingga kapasitor bank dapat mengubah watak
beban yang bersifat induktif. Gambar 2. merupakan gambaran dasar dari
hubungan kapasitor yang terhubung secara parallel pada jaringan disertai
vector diagramnya. Hal ini akan memperlihatkan bahwa ada perubahan
pada vektor tegangan sebelum pemasangan kapasitor dan sesudah pemasan
gan kapasitor. (Gonen T : 1988).
Pengaturan tegangan dengan menggunakan kapasitor bank
selain dapat memperbaiki nilai tegangan juga dapat meningkatkan nilai
faktor daya.
Untuk
stabilitas
tegangan,
kapasitor
bank
berguna
untuk
mendorong generator terdekat beroperasi dengan faktor daya mendekati
satu.
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 2.2 Rangakaian dan diagram vectornya, sebelun dan sesudah
pemasangan kapasitor secara parallel
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014I
SSN: 1979-911X Yogyakarta,15 November 2014
15
Dengan adanya penambahan kapasitor C secara paralel terdapat
arus Ic yang menyebabkan berubahnya beda sudut fasa yang diikuti dengan
berkurangnya vector arus beban I dan penurunan tegangan menjadi lebih
baik.
Sehingga dengan pemasangan kapasitor bank, nilai arus induktif
yang mengalir ke beban akan berkurang. Hal ini dikarenakan beban
mendapatkan suplai daya rekatif dari kapasitor bank.
besarnya penurunan tegangan pada saluran dapat dinyatakan pada
persamaan (2)
𝑉𝑑 = 𝐼𝑟 . 𝑅 + 𝐼𝑥 . 𝑋𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑡 … … … … … … … . (2)
Dimana :
Vd
: penurunan tegangan pada saluran
R
: tahanan total saluran
Xl
: reaktansi total saluran
Ir
: komponen arus nyata
Ix
: komponen arus reaktif pada X
Apabila kapasitor dipasang setelah saluran atau pada beban maka
dapat dinyatakan pada persamaan (6).
𝑉𝑑 = 𝐼𝑟 . 𝑅 + 𝐼𝑥 . 𝑋𝑙 − 𝐼𝑐 . 𝑋𝑙
= 𝐼𝑟 . 𝑅 + 𝑋𝑙 (𝐼𝑥 − 𝐼𝑐) ………….. (3)
Dari persamaan (2) dan (3) dapat dilihat bahwa perbedaan
penurunan tegangan akibat pemasangan kapasitor C sebesar Ic Xl Volt
Sehingga dari pemikiran di atas dapat diartikan ternyata daya listrik yang
16
dikonsumsi oleh beban terdiri dari daya nyata, daya semu dan daya reaktif.
Sedangkan pusat-pusat pembangkit membangkitkan ketiga gaya tersebut,
namun untuk mengimbangi besarnya beban yang bersifat reaktansi induktif
tidak selamanya mampu dicatu oleh pembangkit.
Kerugian lain yang diakibatkan dari besarnya beban reaktansi
induktif dengan faktor daya rendah adalah rugi-rugi tembaga meningkat,
kemampuan sistem dalam mentransfer daya menurun dan mutu regulasi
tegangan rendah. Sehingga untuk mengatasi hal tersebut dapat dilakukan
dengan meminimalkan rugi-rugi hantaran dan memperbaiki faktor daya
dengan memberikan kompensator kapasitif berupa kapasitor bank paralel.
Dengan menggunakan kapasitor yang terhubung secara parallel
dapat berfungsi sebagai kompensator, sehingga beban yang bersifat
induktif akan terkompensasi oleh kapasitor yang bersifat kapasitif.
Gambar 2.3 Terjadinya pengurangan sifat induktif
Sumber : Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNA
ST) 2014ISSN: 1979-911X Yogyakarta,15 November 2014
17
Besarnya faktor daya cos θ sebelum kapasitor di pasang dapat
dinyatakan pada persamaan (4)
Cos φ 1 =
𝑃
𝑆1
P
= √(P2+Q2) …………….. (4)
Apabila setelah dipasang kompensator kapasitif secara parallel,
maka terjadi perubahan yang dinyatakan pada persamaan (5).
cos 𝜑 1 =
𝛿𝑦
√𝑃2 + (𝑄1 + 𝑄𝑐)2
… … … … … … (5)
Keterangan :
Q
: daya reaktif sebelum perbaikan daya
Q1
: daya reaktif sesudah perbaikan daya
Q2
: selisih daya reaktif sebelum dan sesudah diperbaiki faktor daya
φ1
: besar sudut sebelum diperbaiki
φ2
: besar sudut sesudah diperbaiki
P
: daya nyata
S
: daya semu
(Wiwik : Analisis perbaikan tegangan pada subsistem dengan pemasangan
kapasitor bank dengan etap 7.0, 2014)
18
2.2.5
Rugi-Rugi daya
Jatuh tegangan merupakan penurunan tegangan di
penyulang sampai
sepanjang
saluran jaringan
mulai
dari
tegangan menengah.
Fenomena tersebut disebabkan kawat saluran yang mempunyai nilai
resistansi, induktansi dan kapasitansi sepanjang saluran, maka akan
terjadi penurunan tegangan .
Sedangkan
rugi
daya
adalah
selisih
antara
daya yang
dibangkitkan atau dialirkan dari Gardu Induk dengan daya yang terjual
ke pelanggan listrik. Rugi-rugi daya merupakan sifat yang tidak dapat
dihindari, tetapi hanya dapat diminimalkan.
Gambar 2.4 Diagram Saluran Distribusi Tenaga Listrik
Dalam
sistem pengusahaan
tenaga
listrik, berbagai
upaya
dilakukan untuk memperkecil nilai jatuh tegangan dan rugi-rugi daya
yang terjadi pada saluran distribusi. Hal tersebut dilakukan karena selain
merugikan perusahaan, juga merugikan pihak pelanggan sebagai pengguna
jasa listrik yang selalu menuntut jasa layanan dengan kualitas yang baik.
19
2.2.6
Efek Dari Pemasangan Kapasitor Seri Dan Shunt (Paralel) Pada
Saluran Distribusi.
Kapasitor daya terdiri dari komponen konduktor dan isolasi. Yaitu
terdiri dari pelat metal yang dipisahkan satu sama lain dengan bahan
isolasi. Tidak ada bagian yang bergerak, akan tetapi terdapat gaya yang
bekerja sebagai fungsi dari kuat medan listrik. Biasanya dibuat dari lapisan
alumunium murni atau semprotan logam.
Sistem dislektriknya dapat dibuat dari :
a) Keseluruhan dielektriknya dari kertas ( kondens kertas tissue).
b) Lapisan campuran kertas plastik.
c) Lapisan plastik dengan cairan perekat yang dipadatkan.
Untuk semua kapasitor yang berdielektrik kertas, umumnya
digunakan askarel seba pemadat. Tissue dengan kepadatan tinggi, yang
tebal normalnya
10–16 mm sering dipakai. Dalam praktek, kapasitor ini
didesain dapat menahan kuat medan berkisar 15 V per micron rugi dayanya
berkisar antara 2,4 – 3,5 watt/kVAr.
1. Efek Pemasangan Kapasitor Paralel (shunt)
Pengaruh Kapasitor shunt pada jaringan listrik yakni
kapasitor ini terhubung paralel pada jaringan maupun langsung
pada beban, dengan tujuan untuk perbaikan faktor daya, sebagai
pengatur tegangan maupun untuk mengurangi kerugian daya dan
tegangan pada jaringan.
20
2. Efek Pemasangan Kapasitor Seri
Kapasitor seri yaitu kapsitor yang dihubungkan seri dengan
impedansi saluran yang bersangkutan. Pemakaiannya amat dibatasi
pada saluran distribusi, karena peralatan pengaman cukup rumit.
Jadi secara umum dapat dikatakan bahwa biaya untuk pemasangan
kapasitor seri lebih mahal daripada biaya pemasangan kapasitor
parallel. biasanya juga,kapasitor seri desain untuk daya yang lebih
besar daripada kapasitor parallel, guna mengatasi perkembangan
beban kelak dikemudian hari.
3. Perawatan Kapasitor
Kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki faktor daya
supaya tahan lama tentunya harus dirawat secara teratur. Dalam
perawatan itu perhatian harus dilakukan pada tempat yang lembab
yang tidak terlindungi dari debu dan kotoran. Sebelum melakukan
pemeriksaan pastikan bahwa kapasitor tidak terhubung lagi dengan
sumber. Kemudian karena kapasitor ini masih mengandung muatan
berarti masih ada arus/tegangan listrik maka kapasitor itu harus
dihubung singkatkan supaya muatannya hilang.
21
Adapun jenis pemeriksaan yang harus dilakukan meliputi :
-
Pemeriksaan kebocoran
-
Pemeriksaan kabel dan penyangga kapasitor
-
Pemeriksaan isolator
( Achmad: Studi Penempatan Kapasitor untuk perbaikan kualitas
tegangan di penyulang Kngkung GI Manggala, 2016 )
2.2.7 Utilities PT Pertamina ( Persero ) Refinery Unit V Balikpapan
Proses pembangkitan listrik pada PT. PERTAMINA RU V
Balikpapan menggunakan proses Pembangkit listrik Tenaga Uap (PLTU).
Prinsip kerja PLTU adalah dengan menggunakan bahan baku utama air laut
dibantu proses pemasakan menggunakan fuel oil LSWR ( Low Sulfur Waxy
Residue ) dan fuel gas kemudian dioalah didalam boiler untuk menghasilkan
uap atau steam. Beberapa tahapan air laut sebelum diolah menjadi uap atau
steam diantaranya adalah sebagai berikut : ( LKP / Cara Kerja MCC Type
PE2 untuk Kontrol Motor Listrik / POLNES / 2013-2014 ).
I.
Cooling Water Intake ( CWI )
Cooling Water Intake merupakan rumah pompa untuk air
laut dimana pada cooling water intake ini dilakukan penyedotan air
laut menggunakan mesin-mesin motor pompa yang masing-masing
mempunyai daya motor 6.600 V. Setelah air laut dipompa,
kemudian air laut dialirkan kedalam bar untuk melakukan
penyaringan kotoran yang ada pada air laut seperti karang-karang
22
maupun sampah yang ada dilaut. Cooling water atau air pendingin
juga digunakan untuk mendinginkan fluida panas baik secara kontak
langsung maupun tidak langsung, namun umumnya digunakan
dengan tidak kontak. Sistem cooling water meliputi pompa dengan
piping system-nya untuk distribusi cooling water dan cooling tower
yang dilengkapi fan dan basin. Tipe Cooling Water System yang
digunakan dalam Industri :
 Open recirculating
 Closed recirculating
 Once through
Industri yang disekitarnya terdapat sumber daya air sungai,
maka akan dipilih sistem resirkulasi terbuka, sedangkan bila
terdapat sumber daya air laut, maka akan dipilih sistem satu kali
aliran.
Once through cooling water system, pada sistem ini, air
pendingin yang telah digunakan untuk mendinginkan fluida
panas langsung dibuang tanpa diresirkulasi / digunakan kembali.
II.
Sea Water Desalination Plant ( SWD )
Sea Water Desalination merupakan suatu proses untuk
mengurangi atau menghilangkan kandungan garam dari air laut
untuk menghasilkan air minum, air umpan boiler dll. atau proses
untuk menjadikan air laut menjadi air tawar dengan menggunakan
sistem penguapan ( evaporasi ) dan pengembunan ( kondensasi ).
23
Dibawah ini merupakan tahapan desalination :
i.
Distilasi
Air garam/air laut dipanaskan sehingga terbentuk uap &
menyisakan larutan garam. Kemudian uap dikondensasikan
kembali menjadi air tawar. (Membutuhkan fuel cost tinggi)
ii.
Electrodialysis Menggunakan membran yang porous untuk
memisahkan ion-ion garam yang positif & negative.
iii.
Freezing Mengeluarkan garam dari salt water saat proses
kristalisasi menjadi es
iv.
Reverse
Osmosis
(konsentrasi
Proses
tinggi)
pemaksaan
melalui
larutan
membran/filter
garam
dengan
menggunakan tekanan untuk menghasilkan air tawar
(konsentrasi rendah)
Setelah air mengalami tahapan proses pada Plant SWD
kemudian air akan dialirkan ke Demineralization Plant untuk
diproses kembali.
III.
Demineralization Plant ( Demin Plant)
Demineralization atau Demineralisasi merupakan proses
penghilangan ion-ion terlarut yang terkandung di dalam air yang
berpotensi mengganggu operasional boiler sebagai penghasil steam
untuk kebutuhan kilang dan juga tempat untuk proses penghilangan
kadar-kadar mineral pada air laut dengan menggunakan bahanbahan kimia seperti NaoH , HCL dan bahan kimia lainnya untuk
24
dinetralkan menjadi air tawar sebelum dialirkan ke boiler untuk
dioalah menjadi uap atau steam. Dalam hal ini garam-garam mineral
yang terkandung di dalam air seperti Ca, Mg, Na, Cl, Fe, SiO3 dan
sebagainya, akan dikurangi melalui proses pertukaran ion
menggunakan bantuan resin kation/RH (saat ini Marathon C) dan
resin anion/ROH. Apabila di dalam air masih terdapat kandungan
mineral maka akan dapat menyebabkan korosif. Ketika air telah
memenuhi
standart,
air
akan
masuk
kedalam
boiler.
Demineralization Plant juga mendapatkan air dari Sungai Wain jika
terjadi kekurangan pasokan air. Tetapi sebelum masuk kedalam
Demineralization Plant harus melalui proses WTP ( Water
Treatment Plant ) yaitu sebuah sistem yang berfungsi untuk
mengolah air dari kualitas yang kurang bagus (influent) agar
mendapatkan kualitas air pengolahan ( effluent ) standart yang
diinginkan atau ditentukan. ( laporan KP Sistem pengendalian
temperature steam pada HHP Boiler 3 di Power Plant 2 PT
Pertamina ( Persero ) RU V Balikpapan ) / Teknik Instrument
Eelektronika MIGAS / STT MIGAS / 2014 ).
IV.
Boiler
Boiler adalah sebuah bejana tertutup yang digunakan untuk
menghasilkan uap untuk tenaga melalui proses pembakaran bahan
bakar (gas / oil) terhadap air sehingga menghasilkan steam dengan
25
tekanan & temperature tertentu. Prinsip kerja pada boiler sebagai
berikut :
 Air dikonversi ke uap dengan pemanasan.
 Air umpan ditambahkan ke boiler untuk menggantikan
uap dan air yang “hilang”.
 Padatan yang terlarut akan tertinggal di boiler saat air
menguap
dan
akan
terkonsentrasi
yang
dapat
menyebabkan kerak dan deposit di boiler.
Adapun produk steam adalah low pressure steam (LP)
sebagai media pemanas, medium pressure steam (MP) sebagai
penggerak turbin pada pompa/compressor dan high pressure steam
(HP) sebagai media penggerak turbin pada pembangkit listrik.
Setelah terciptanya steam pada boiler kemudian steam akan
dialirkan untuk memutar turbin generator, tenaga penggerak pompapompa dan sebagainya.
V.
Turbin
Turbin mengkonversi energi termo potensial steam menjadi
daya putar yang dapat menggerakkan generator untuk menghasilkan
listrik. Turbin mengambil energi dari aliran fluida turbin sederhana
memiliki satu bagian yang bergerak “asembli rotor-blade”. Fluida
yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan
energi untuk menggerakan motor. Perubahan tenaga terjadi pada
sudu-sudu turbin. Melalui sudu-sudu ini tenaga mekanis tersebut
26
diubah menjadi tenaga putar untuk memutar poros turbin, reducer
gear, dan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan
tenaga listrik. Steam turbin ini juga dapat menggunakan LP steam
(3,2 kg/cm2, 160 C) yang disalurkan ke induction stage pada saat
steam turbin dioperasikan bersama-sama dengan HP steam, dengan
ketentuan batasan load minimum 7 MW.
Penggunaan paling umum dari turbin adalah memproduksi
tenaga
listrik.
Hampir
seluruh
tenaga
listrik
diproduksi
menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala
merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas,
sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang
berisi sebuah turbin, kompresor, kombustor, dan alternator. Turbin
dapat memiliki kepadatan tenaga (power density) yang luar biasa
(berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan
mereka beroeprasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari
space shuttle menggunakan turbo pumps (mesin yang terdiri dari
sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk
memberikan propellant (oksigen cair dan hydrogen cair) ke ruang
pembakaran mesin. Turbo pump hydrogen cair ini sedikit lebih besar
dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin
juga merupakan komponen utama mesin jet.
27
VI.
Generator
Merupakan alat yang berfungsi memproduksi Energi Listrik dari
Sumber
Energi
Mekanikal
dengan
menggunakan
Induksi
Elektromagnetik. Proses menghasilkan listrik ini disebut sebagai
Pembangkit Listrik.
-
Teori dasar Hukum Faraday:
Apabila suatu kumparan (konduktor) memotong
garis-garis medan magnet (fluksi) atau sebaliknya garis-garis
medan magnet memotong suatu kumparan, maka pada
kumparan tersebut akan terbangkit tegangan induksi arus
bolak-balik selama adanya gerak relatif antara medan dan
kumparan.
Gambar 2.5 Hukum Farraday
Untuk melayani seleuruh beban yang ada dilingkup Pertamina RU
V, maka dibangunlah dua buah Power Plant yang menggunakan proses
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan kapasitas sebagai berikut.
28
Sumber : maintainance area 1 di PT Pertamina (Persero)
Refinery Unit V Balikpapan.
Tabel 2.1 Tabel Steam Turbin generator PP1
Steam Turbin
Tipe
3
4
5L
5A
6
Total Daya
Full Condensing
Full Condensing
Back Pressure
Back Pressure
Full Condensing
Kapasitas Desain (MW)
9,7
11,25
11,25
11,25
11,25
54.7
Maksimal Operasi (MW)
5
7,5
6
7,5
7,5
33
Tabel 2.2 Tabel Steam Turbin generator PPII
Steam
Turbin
1
2
3
4
Total
2.2.8
Tipe
Back Preassure
Extraction Condensing
Extraction Condensing
Back Pressure
46.8
Kapasitas Desain
(MW)
8.4
12.8
12.8
12.8
Maksimal Operasi
(MW)
6.9
11
10
9
36.9
Sistem Distribusi Listrik PT Pertamina (Persero) Refinery Unit V
Balikpapan
Listrik yang dibangkitkan, didistribusikan untuk keperluan kilang
dan penerangan rumah. Pada Power Plant 1 terdapat 4 buah Steam Turbine
Generator (STG) yang masih aktif beroprasi yaitu STG 6 , STG 5A , STG
4 dan STG 3 sedangkan STG 5L telah berhenti operasi. Untuk Pada Power
Plant 2 terdapat 4 buah Steam Turbine Generator (STG) dan 2 buah Diesel
Emergency. Diesel Emergency 1 dan 2 digunakan sebagai cadangan
pembangkit tenaga listrik ketika terjadi Black Out.
29
Pembangkit tenaga listrik yang dimiliki PT PERTAMINA RU V
Balikpapan sesuai dengan daerah pelayanan, maka dibagi menjadi dua
bagian yaitu :
 Power Plant 1 melayani listrik perumahan dan kilang Balikpapan I
yang terdiri dari :
 BUS 1 HT : STG 3 PP1 dan STG 5 PP1
 BUS 2 HT / 3 HT : STG 5A PP1, STG 4 PP1 dan STG 6 PP1
 Power Plant 2 melayani kebutuhan listrik pada daerah kilang
Balikpapan II yang terdiri
 BUS 1 AL : STG 1 PP2, STG 2 PP2 dan Diesel Emergency 1
 BUS 2 AL/3AL : STG 3 PP2 , STG 4 PP2 dan Diesel Emergency
2
Pendistribusian Tenaga Listrik pada PT. PERTAMINA (Persero)
Refinery Unit V Balikpapan, menggunakan under ground cable (saluran
kabel bawah tanah) untuk wilayah di luar kilang dan semua peralatan dalam
kilang menggunakan explosion proof equipment. Penyaluran tenaga listrik
digunakan untuk menggerakan motor pompa, kompresor, blower, fan,
penerangan, perkantoran, komplek perumahan dan fasilitas penunjang
lainnya milik PT PERTAMINA (Persero) di Balikpapan.
Pendistribusian tenaga listrik dari PP menuju substasion-substasion
melalui feeder berbeda antara Power Plant 1 dan Power Plant 2. j pada
Power Plant ada 6 yang terbagi menjadi 3 untuk masing masing power
plant yaitu 1HT, 2HT/3HT yang terdapat pada PP1 dan 1AL, 2AL/3AL
30
terdapat pada PP2. Sistem distribusi dari busbar menuju substasion pada
PP1 dan PP2 sama-sama menggunakan sistem double feeder. Dimana dalam
hal ini sistem double feeder lebih bagus dalam pemakain saluran
distribusinya.
Sistem distribusi double feeder pada Power Plant 1 dan Power
Plant 2 dibangun dengan memberikan incoming power line sebanyak 2 buah
untuk masing-masing substation. Konfigurasi ini bertujuan untuk
menyediakan kehandalan suplai daya pada beban vital berupa kilang
Balikpapan II dan juga untuk komplek perumahan kilang untuk Power Plant
1. Apabila salah satu incoming power line mengalami gangguan atau
pemeliharaan maka suplai daya ditopang oleh feeder lainnya, sehingga
coupler dalam kondisi closed sehingga pendistribusian listrik dapat terus
berlangsung.
31
Jenis kabel yang digunakan adalah N2XSEKFGBY. Dimana kabel
tersebut. merupakan standar yang digunakan oleh PT. PERTAMINA RU V
dalam penditribusian listrik tegangan tinggi (6.6 kV).
Gambar 2.6 Type cable untuk tegangan 6.6KV
Sumber . maintainance area 1 PT Pertamina (Persero) RU V Balikpapan
2.2.9
Busbar
Dalam distribusi tenaga listrik, sebuah busbar adalah strip atau bar
tembaga yanhjg menghantarkan listrik dalam switchboard, papan distribusi,
substation , bank baterai atau peralatan listrik lainnya. Dalam bidang Sistem
Tenaga Listrik (STL), busbar memiliki fungsi utama sebagai penghubung
antar jaringan. Tujuan jaringan utamanya adalah untuk menghantarkan
listrik
Ukuran penampang dari busbar menentukan jumlah maksimum arus
yang dapat dilewati dengan aman. Busbar memiliki luas penampang
minimum 10 mm2.
32
2.2.10 Ring Bus
Ring bus adalah konfigurasi sistem distribusi kelistrikan yang
digunakan di PT PERTAMINA RU V Balikpapan untuk menghubungkan
Power Plant 1 dan Power Plant 2. Power Plant 1 terdiri atas bus 1HT dan
2HT/3HT sedangkan pada Power Plant 2 terdiri atas bus 1AL dan
2AL/3AL. Bus 2HT digabungkan dengan bus 3HT sementara bus 2AL dan
3AL juga digabung. Antara bus 1HT dan 2HT/3HT , 1AL dan 2AL/3AL
dihubungkan dengan menggunakan three winding transformer (trafo 3
belitan) yang masing-masing berkapasitas 8 MVA untuk sisi primer dan
sekunder sedangkan sisi tertier berkapasitas 16 MVA yang terhubung kering 33 KV.
2.2.11 Three Winding Transformer
Transformer 3 belitan adalah 3 transformator yang dihubungkan
secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara
bintang (star) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (segitiga).
Adapun fungsi dari pemasangan trafo 3 belitan adalah :

Sebagai Transfer Daya Pada jaringan ini terdapat 4 unit trafo 3
belitan yang menghubungkan antara busbar satu dan lainnya di PP1
dan PP2.

Sebagai Impedansi antar Busbar Dengan adanya fungsi impedansi
ini, trafo ini dapat berfungsi untuk meredam arus hubung singkat.
Pada trafo 3 belitan pada dasarnya memiliki sifat induktif yang
33
diakibatkan oleh lilitan yang ada pada trafo, lilitan akan bersifat
induktif ketika dialiri arus bolak-balik dan dapat membuat arus
menjadi
tertinggal
sehingga
bersifat
(lagging)
dan
dapat
memperlambat arus hubung singkat.

Sebagai Isolator antar Busbar Suatu jaringan yang dihubungkan
dengan trafo pada dasarnya antara sisi primer dan skunder
terpisahkan. Sehingga secara elektris jaringan yang terhubung
dengan sisi primer terpisah dengan jaringan yang terhubung dengan
sisi sekunder, hanya saja secara magnetik jaringan yang terhubung
dengan sisi primer terhubung dengan jaringan sisi skunder.
Kapasitas arus yang dapat melalui busbar 1HT,2HT/3HT adalah
mencapai 3 KA. Bus 1AL, 2AL/3AL dapat dilalui arus beban mencapai 2.5
KA. Trafo 3 belitan yang digunakan pada ring bus dimaksudkan untuk
meredam arus hubung singkat pada busbar Power Plant 1 dan Power Plant
2 akibat semakin bertambahnya peralatan-perlatan listrik yang terpasang.
Batas maksimum dari arus hubung singkat yang dapat ditahan oleh busbar
Power Plant 1 adalah 31.5 KA dan Power Plant 2 adalah sebesar 35 KA.
Pemasangan trafo 3 belitan menghubungkan jaringan tegangan 6.6 KV
dengan Ring Bus bertegangan 33 KV. Dari konfigurasi ini, arus hubung
singkat yang mungkin terjadi pada busbar dapat diatasi karena dengan besar
beban yang sama tegangan tinggi 33 KV mampu meredam arus hubung
singkat level tegangan sebesar 33 KV tidak diinterkoneksikan dengan PLN
sehingga disebut juga dengan capative power. Ring bus pada Power Plant
34
Pertamina memiliki peralatan penyusun yaitu trafo 3 belitan dan switchgear
yang berisi berbagai peralatan proteksi listrik seperti relay, circuit breaker,
UPS dan lainnya.
2.2.12 Substation (SS)
Substasion adalah suatu tempat atau instalasi yang berfungsi untuk
menerima atau menyalurkan tenaga listrik dari suatu pusat pembangkit
listrik ke grid atau jaringan. Pada substation terdapat peralatan-peralatan
listrik yang disusun sedemikian rupa sehingga membentuk pola atau
konfigurasi tertentu.
Ada dua macam substation, yaitu Primary Substation dan
Secondary Substation. Primary Substation adalah substation yang tegangan
sekundernya adalah medium voltage sedangkan Secondary Substation yang
tegangan sekundernya adalah low voltage. Di dalam substation terdapat
banyak komponen, antara lain :
 Pengaman (Relay) berasal dari teknik telegrafi dimana
sebuah coil di-energize oleh arus lemah dan coil ini akan
menarik armature untuk menutup kontak. Relay merupakan
jantung dari proteksi sistem tenaga listrik dan telah
berkembang menjadi peralatan yang rumit. Relay dibedakan
menjadi 2 kelompok antara lain sebagai berikut :

Komparator
: mendeteksi dan mengukur kondisi
abnormal dan membuka atau menutup kontak.
35

Auxiliary Relays : dirancang untuk dipakai di
auxiliary
circuit
yang
dikontrol
oleh
relay
komparator dan membuka kontak-kontak lain
(umumnya berarus kuat).
Gambar 2.7 Relay pengaman
Berdasarkan Standar ANSI C37-2/IEC 60617, relay-relay diberikan
kode masing masing. Relay-relay yang terdapat pada substasion 80 yaitu:
1. Over Current Relay
Proteksi arus lebih adalah proteksi atau perlindungan
terhadap perubahan parameter arus yang sangat besar dan terjadi
dengan cepat yang disebabkan oleh hubung singkat.
Proteksi arus lebih ini antara lain diaplikasikan pada :

Hubung singkat antar fasa yang dikenal sebagai proteksi arus
lebih (overcurrent protection) dan relay yang digunakan
36
untuk proteksi tersebut disebut relay arus lebih (overcurrent
relay).

Hubung singkat tanah, dikenal sebagai proteksi hubung
tanah (earth fault protection/ground fault protection) dan
relay yang digunakan untuk proteksi ini dikenal dengan
nama earth fault atau ground fault relay.
Relay ini bekerja dengan membaca input berupa besaran
arus kemudian membandingkan dengan nilai setting, apabila nilai
arus yang terbaca oleh relay melebihi setting, maka relay akan
mengirim perintah trip (lepas) kepada pemutus tenaga (PMT) atau
Circuit Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada
setting.
Gambar 2.8 Pengamplikasian OCR (Over Current Relay)
2. Thermal Over Load Relay (TOR) (49)
Adalah pengaman beban lebih atau over load yang
digunakan pada instalasi beban motor listrik adalah TOR. Jika arus
37
yang melalui penghantar yang menuju motor listrik melebihi
kapasitas atau setting TOR, maka TOR drop atau terputus sehingga
rangkaian yang menuju motor listrik terputus. TOR dihubungkan
dengan kontaktor pada kontak utama (untuk seri magnet kontaktor
tertentu). Rotasi kontak utamanya adalah 2,4,6 sebelum beban atau
motor listrik. Beberapa penyebab terjadinya beban lebih :

Beban mekanik pada motor listrik terlalu besar.

Arus start terlalu besar dan terlalu lama putaran nominal
tercapai atau motor listrik berhenti secara mendadak.

Terjadi hubungan singkat pada motor listrik antara fasa
dengan fasa, atau antara fasa dengan body.

Motor listrik bekerja hanya dengan dua fasa atau terbukanya
salah satu fasa dari motor listrik tiga fasa.
Prinsip kerja termal beban berdasarkan panas atau
temperature yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui
elemen-elemen pemanas bimetal. Jika panas berlebihan, maka salah
satu logam bimetal melengkung dan menggerakan kontak mekanis
pemutus.
Jika terjadi beban lebih, maka arus menjadi besar dan
menyebabkan panas. Panas pada penghantar melewati bimetal
sehingga bimetal melengkung dan selanjutnya aliran listrik yang
menuju motor listrik terputus dan motor listrik belitannya tidak
sampai terbatas.
38
3. Relay Undervoltage
Relay Undervoltage adalah relay yang bekerja dengan
menggunakan tegangan sebagai besaran ukur. Relay akan bekerja
jika mendeteksi adanya penurunan tegangan melampaui batas yang
telah ditetapkan. Jika relay mendeteksi adanya penurunan tegangan
pada incoming feeder A maka coupler langsung menghubungkan ke
incoming feeder B. Dan motor GM-201-01A yang berada pada
incoming feeder A akan langsung mendapat supply daya dari
incoming feeder B , hal ini bertujuan agar motor tetap beroprasi dan
menghindari kerusakan akibat gangguan listrik.
4. Earth Fault Relay
Earth fault relay biasanya digunakan pada jaringan tegangan
menengah dan jaringan tegangan rendah atau saluran distribusi
untuk melindungi trafo dan saluran distribusi. Relay ini juga
berfungsi untuk mendeteksi arus sisa dari hasil masing-masing arus
fasa dan netralnya. Penggunaan sensor arus dapat dilakukan dengan
3 buah CT yang dipasang pada setiap fasa atau dengan 1 buah CT
yang melingkari seluruh fasa (3 fasa). Prinsip kerja relay ini adalah
mendeteksi arus urutan 0, karena setiap gangguan tanah
menghasilkan arus urutan 0. Jika tidak ada gangguan tanah, atau
pada kondisi normal, arus yang melewati relay adalah penjumlahan
vektor arus 3 fasa, yang dalam titik netral star seimbang adalah sama
dengan 0. Sehingga relay tidak bekerja.
39
Overcurrent relay (O/C relay) dan Earth fault relay (E/F
relay), keduanya merupakan jenis relay arus (current relay) karena
parameter operasinya adalah arus.
5. Unbalance Relay
Relay unbalance adalah relay yang digunakan untuk
mendeteksi gangguan ketidakseimbangan arus phasa. Relay ini akan
bekerja jika terjadi aliran komponen urutan negative yang dapat
menyebabkan unbalance.
Kondisi unbalance merupakan yang
paling umum mempunyai efek merusak pada motor listrik. Efek ini
juga dapat disebabkan loss contact pada terminal, kerusakan
penghantar, impedansi motor yang tidak sama, dan lain sebagainya.
Unbalance pada motor mengakibatkan terjadinya arus urutan
negative, arus ini menimbulkan fluksi atau medan putar pada stator
yang berlawanan dengan medan putar utamanya, sehingga harus
diinduksi ke rotor dengan dua frekuensi yang berbeda, hal ini
mengakibatkan kerusakan pada rotor motor tersebut.
 Circuit Breaker
Circuit Breaker adalah peralatan listrik yang dapat memutus
aliran listrik ketika terjadi gangguan sistem. Konstruksi circuit breaker
didesain untuk dapat menahan arus gangguan hingga ribuan ampere
seusai dengan kapasitasnya. Ketika circuit breaker membuka akibat
terjadi gangguan, timbul percikan api dari saklar didalamnya.
40
Beberapa macam circuit breaker yang digunakan pada
PT.Pertamina RU V antara lain :

Oil Circuit Breaker (OCB)

Vacuum Circuit Breaker (VCB)

Air Circuit Breaker (ACB)

SF6 Circuit Breaker er
Pada motor (GM-201-01A , 6.6kV, 50Hz, 700Kw, 58Amps)
menggunakan Vacum Circuit Breaker (VCB). VCB adalah salah satu
pemutus kontak, vacuum di gunakan sebagai peredam terhadap busur
api, vacuum mempunyai kekuatan isolasi yang tinggi sehingga
mempunyai keunggulan dibandingkan menggunakan media lain,
Prinsip kerjanya berbeda dengan dasar prinsip lain kerena tidak terdapat
gas yang dapat berionisasi bilamana kontak - kontak terbuka, ketika
kontak pemutus dibuka dalam ruang hampa maka akan timbul percikan
busur api, elektron dan ion saat pelepasan walaupun haya sesaat maka
dengan cepat diredam karena percikan busur api, elektron dan ion yang
dihasilkan pada saat pemutusan akan segera mengembun pada ruangan
hampa, kemampuannya terbatas hingga kira-kira 30 kV. untuk tegangan
yang lebih tinggi pemutus ini dapat di pasang seri. pemutus tenaga
vacuum ini biasanya banyak di gunakan pada sistem bawah tanah ACR
( Automatic Circuit Recloser ).
41
 Motor Control Center (MCC)
Motor Control Center merupakan kumpulan atau pusat peralatan
proteksi motor berupa relay sebagai pengaman motor listrik dan juga
terdapat rangkaian kontrol untuk motor listrik. Tujuan pengaman motor
listrik dimaksudkan untuk mencegah timbulnya gangguan baik dari
motor maupun pada penghantarnya dan juga untuk membatasi apabila
terjadi gangguan akibat yang ditimbulkan pada motor dan peralatan lain
yang berhubungan dengan motor tersebut termasuk jaringan suplainya.
Gambar 2.9 Motor Control Center
Sumber . maintainance area 1 PT Pertamina (persero) RU V
Balikpapan.
42
 Switchgear
Switchgear adalah panel distribusi yang mendistribuskan beban ke
panel-panel yang lebih kecil kapasitasnya. Dalam bahasa Indonesia
artinya panel tegangan menengah (PTM) atau juga disebut dengan
Medium Voltage Main Distribution Board (MVMDB) sedangkan untuk
tegangan rendah Low Voltage Main Distribution Board (LVMDB).
Pada pelaksanaanya banyak pelaku di lapangan menggunakan istrilah
yang berbeda-beda kadang ada yang menyebut Distribution Board,
Switchgear, MCC, Panel dan sebagainya.
43
Switchgear berfungsi untuk mengetahui (mengontrol) kondisi
peralatan listrik dan pusat pengendali pada suatu sistem. Didalamnya
berisi saklar, indikator-indikator, tombol-tombol komando operasional
dan alat ukur besaran listrik, serta announciator.
Gambar 2.10 Panel Kontrol di Dalam Switchgear
Sumber . maintainance area 1 PT Pertamina (persero) RU V
Balikpapan.
2.2.8 Trafo Step-down
Secara umum sebuah trafo stepdown adalah transformator yang
memiliki lilitin skunder lebih sedikit dari pada lilitan primernya. Sehingga
berfungsi sebagai penurun tegangan. Dalam penggunannya trafo dibedakan
menjadi trafo 1 fasa dan 3 fasa. Trafo ini juga mempunya konstruksi yang
hampir sama, yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem
44
pengamannya, tergantung pada letak pemasangannya, sistem pendingin,
pengoprasian, fungsi dan pemakainnya.
Inti besi pada transformator berfungsi sebagai tempat mengalirnya
fluks dari kumparan primer ke-kumparan skunder. Sama seperti
transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit ada dua jenis yaitu tipe inti
dan tipe cangkang.
Gambar 2.11 Transformator tipe inti
2.2.13 E T A P (Electrical Transient Analysis Program)
E T A P (Electrical Transient Analysis Program) Power
Station adalah software untuk power system yang bekerja berdasarkan
plant (project). Setiap plant harus menyediakan modelling peralatan
dan alat – alat pendukung yang
berhubungan dengan analisa yang
akan dilakukan. Misalnya generator, data motor, data kabel dll. Sebuah
plant
terdiri
dari
sub-sistem
kelistrikan
yang
membutuhkan
sekumpulan komponen elektris yang khusus dan saling berhubungan.
Dalam Power Station, setiap plant harus menyediakan data base untuk
keperluan itu.
45
ETAP Power Station dapat melakukan penggambaran single
line diagram secara grafis dan mengadakan beberapa analisa/studi
yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor
starting, harmonisa, transient stability, protective device coordination, dan
cable derating.
ETAP PowerStation juga menyediakan fasilitas Library yang
akan mempermudah desain suatu sistem kelistrikan. Library ini dapat
di edit atau dapat ditambahkan dengan informasi peralatan bila perlu.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja dengan
ETAP Power Station adalah :
 One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen
/peralatan listrik sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan.
 Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai
dalam sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari
peralatan
yang
detail/lengkap
dapat
mempermudah
dan
memperbaiki hasil simulasi/analisa.
 Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC atau
ANSI, frekuensi sistem dan metode – metode yang dipakai.
 Study Case, berisikan parameter – parameter yang berhubungan
dengan metode studi yang akan dilakukan dan format hasil analisa.
( Yosef : E T A P (Electrical Transient Analysis Program) , 2013)
46