Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to

Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
Makalah Seminar Tugas Akhir
STUDI PERANCANGAN INSTALASI GENSET GEDUNG BARU PT. AT INDONESIA
Sabto Budi Prasetyo - L2F3043311, Ir. Tejo Sukmadi, MT.2, Susatyo Handoko, ST, MT.2.
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Abstrak - PT AT Indonesia dalam memenuhi
suplai tenaga listrik selain berasal dari PLN juga
berasal dari pembangkit listrik cadangan berupa
generator set (genset). Salah satu peralatan yang sangat
penting dan beresiko besar apabila terjadi pemadaman
listrik adalah instalasi cooling tower yang berfungsi
untuk mengontrol temperature mesin furnace di Casting
Production Department. Generator set bekerja secara
otomatis sehingga pada saat listrik PLN mati maka
genset langsung bekerja dan sebaliknya jika listrik PLN
sudah kembali normal maka genset mati.
Penelitian dilakukan untuk menentukan
besarnya kapasitas dan tegangan genset yang sesuai
untuk menyuplai beban terpasang. Untuk
mengetahui
kapasitas dan tegangan maka dilakukan pengumpulan
data-data peralatan. Program ETAP Power Station 4.0
digunakan untuk mensimulasikan single line diagram,
dengan menghitung load flow maka nilai daya, rugi daya
dan faktor daya akan diketahui. Hasil dari aliran daya
digunakan untuk mengetahui titik kerja generator di
dalam kurva performance chart.
Hasil simulasi dengan program ETAP Power
Station 4.0 diperoleh beban terbesar yang harus disuplai
oleh genset adalah 253 kW, 176 kVAr, 308 kVA dengan
faktor daya 0,82 tertinggal (lagging). Setelah
dimasukkan dalam performance chart generator terlihat
bahwa generator masih bekerja dalam batas kestabilan.
Daya genset yang digunakan 500 kVA sesuai dengan
total daya beban yang harus disuplai genset tersebut
sebesar 308,04 (perhitungan) dan 308 kVA (simulasi).
Kata kunci : Generator, cooling tower, performance
chart, daya.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perusahaan Listrik Negara (PLN) adalah suatu
lembaga yang bertanggung jawab terhadap penyediaan
energi listrik bagi masyarakat. Suplai energi listrik dari
PLN
kadang-kadang terganggu
dalam proses
pembangkitan maupun penyalurannya. Suatu saat terjadi
pemadaman listrik dari PLN karena gangguan atau
pemeliharaan. Suplai energi listrik sangat diperlukan
oleh industri dalam menjalankan produksinya. PT AT
Indonesia merupakan Perusahaan Terbatas (PT) di
bidang otomotif yang memproduksi suku cadang mobil.
Suplai energi listrik di PT AT Indonesia berasal dari
PLN dan catu daya cadangan (genset), sehingga apabila
suplai daya listrik dari PLN terganggu, suplai energi
dapat digantikan oleh genset yang bekerja secara
otomatis.
PT AT Indonesia memerlukan energi listrik
hampir di semua sektor termasuk untuk penerangan
ruangan-ruangan seperti ruang kantor, kamar mandi,
mushola, kantin dan ruang produksi serta sebagai sumber
[1] Mahasiswa Teknik Elektro UNDIP
[2] Staf Pengajar Teknik Elektro UNDIP
tenaga untuk mesin-mesin produksi. Salah satu peralatan
yang sangat penting dan beresiko besar apabila terjadi
pemadaman listrik adalah instalasi cooling tower yang
berfungsi sebagai pengontrol temperatur mesin Furnace
di Casting Production Department. Jika cooling tower
tidak bekerja maka kenaikan suhu Furnace tidak
terkendali dan dapat menyebabkan tanur listrik meledak.
Untuk mengantisipasi terjadinya pemadaman listrik dari
PLN, diperlukan pembangkit listrik cadangan berupa
generator set yang bekerja secara otomatis. Genset
berfungsi menjaga instalasi cooling tower selalu
mendapat suplai listrik yang diperlukan sehingga
temperatur Furnace tetap terkontrol.
Dalam rangka meningkatkan pelayanan kepada
customer, PT AT Indonesia melakukan usaha
peningkatan kapasitas produksi. Peningkatan kapasitas
produksi menuntut dilakukannya pengembangan
perusahaan dengan membangun gedung baru beserta
fasilitas pelengkapnya seperti instalasi jaringan listrik,
air dan angin. Gedung baru ini diperuntukkan sebagai
ruang produksi Casting yang didalamnya terdapat mesin
Furnace 10, 11, 12 dan 14 sehingga harus dilengkapi
dengan instalasi genset.
1.2 Tujuan
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah menentukan
kapasitas dan tegangan generator yang sesuai untuk
menyuplai
beban
terpasang
sekarang
dan
kemampuannya untuk menyuplai penambahan beban.
1.3 Pembatasan Masalah
Pembahasan dalam tugas akhir ini dibatasi oleh :
a. Jenis generator yang digunakan sebagai catu daya
listrik cadangan adalah generator AC 3 phasa
(sinkron)
b. Tegangan peralatan disesuaikan dengan tegangan
generator diesel.
c. Generator diesel diasumsikan dengan sebuah sumber
generator.
d. Generator bekerja pada saat steady state.
e. Beban motor dalam kondisi beban penuh dan stabil,
tidak dalam kondisi transien.
f. Pertimbangan pemilihan ditinjau dari kapasitas
beban, rugi-rugi dan stabilitas generator.
g. Tidak membahas tentang harmonisa pada sistem.
II. DASAR TEORI
2. 1 Generator
Generator adalah mesin yang dapat mengubah
tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses
induksi elektromagnetik. Generator memperoleh energi
mekanis dari penggerak awal (prime mover). Generator
arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator.
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
2.
Frekuensi masing-masing generator atau frekuensi
generator dengan jala-jala harus sama
3. Tegangan generator harus memiliki urutan fasa yang
sama
Pada generator 3 fasa yang harus disinkronkan
cukup 1 fasa saja sedangkan 2 fasa yang lain akan
sinkron secara otomatis. Untuk mengetahui generator
sudah sinkron atau belum, digunakan 3 buah lampu
indikator seperti gambar rangkaian berikut ini :
Gambar 2.1 Konstruksi generator berkutub dalam
2.1.1 Cara Kerja Generator
Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum
Lens, yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan
menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat
melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF
pada kumparan rotor. Tegangan EMF akan
menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai
penggerak awal (prime mover) akan memutar rotor
generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar
menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan
konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada
stator. Karena ada dua kutub yang berbeda, utara dan
selatan, maka tegangan yang dihasilkan pada stator
adalah tegangan bolak-balik. Besarnya tegangan induksi
memenuhi persamaan:
E = Kd . Ks. ? . F . p .g . Nc
( 2.1 )
E = 4,44 . Kd . Ks . f . F . p. g. Nc
( 2.2 )
Dimana:
E = Ggl yang dibangkitkan (volt)
Kd = faktor kisar lilitan
? = kecepatan sudut dari rotor (rad/second)
f = frekuensi (hertz)
F = fluks medan magnet
Nc = jumlah lilitan
g = jumlah kumparan per pasang kutub per pasa
Gambar 2.2 Hubungan lampu indikator sinkronisasi generator
2.1.3 Batas Kestabilan Generator
Performance
chart
generator
sinkron
menunjukkan batas-batas kerja suatu generator, kurva ini
dapat dibuat dengan cara menghitung nilai-nilai dari
persamaan berikut :
S base = 3 V .I base
Z base =
Vbase
I base
Qleading =
V2
Xs
(VA)
( 2.3 )
(? )
( 2.4 )
(VAr)
( 2.5 )
Setelah mengetahui nilai dari persamaan diatas maka
dapat dibuat kurva performance chart yang ditunjukkan
pada gambar 2.3.
Generator AC bekerja dengan prinsip induksi
elektromagnetik. Generator AC terdiri dari stator yang
merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan
elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan.
Pada generator AC jangkarnya diam sedangkan medan
utamanya berputar dan lilitan jangkarnya dihubungkan
dengan dua cincin geser.
2.1.2 Kerja Paralel Generator
Untuk memenuhi kebutuhan daya yang cukup
besar dapat dilakukan dengan memparalelkan dua atau
lebih generator. Selain itu, kerja paralel generator juga
diperlukan untuk menjaga kontinuitas pelayanan apabila
ada salah satu mesin yang harus berhenti kerja/rusak.
Kondisi yang harus dipenuhi dalam sinkronisasi/kerja
paralel generator antara lain :
1. Tegangan efektif terminal generator harus sama
besar dan berlawanan arah dengan harga efektif
tegangan jala-jala, atau harga sesaat ggl generator
harus sama besar dan berlawanan arah
Gambar 2.3 Performance chart generator
Pada gambar 2.3 terlihat daerah kerja generator
yang menunjukkan daerah dimana generator dapat
bekerja secara stabil atau tidak stabil. Saat generator
bekerja pada daerah A maka generator dalam keadaan
stabil, jika generator bekerja diluar daerah A (kerja
generator melebihi batas kerja) maka generator menjadi
tidak stabil.
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
2.2 Mesin Diesel
2.2.1 Pengertian Mesin Diesel
Ditinjau dari cara memperoleh energi termalnya,
mesin diesel termasuk mesin dengan pembakaran dalam,
atau disebut dengan motor bakar.
Mesin diesel menggunakan bahan bakar minyak
diesel dengan kecepatan tinggi, bekerja dengan prinsip
pembakaran kompresi dan menggunakan dua langkah
atau empat langkah putaran dalam operasi.
Keuntungan pemakaian mesin diesel sebagai Prime
Mover :
• Design dan instalasi sederhana
• Auxilary equipment sederhana
• Waktu pembebanan relatif singkat
• Konsumsi bahan bakar relatif murah dan hemat
Kerugian pemakaian mesin diesel sebagai Prime Mover :
• Berat mesin sangat berat karena harus dapat menahan
getaran serta kompresi yang tinggi.
• Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu
sekitar 200 bar.
• Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut
dimensinya makin besar pula, hal tersebut
menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat
besar.
2.2.2 Cara Kerja Mesin Diesel
Pada mesin diesel/engine terjadi penyalaan
sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni
yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang
tinggi (± 30 arm), sehingga temperatur di dalam silinder
naik. Pada saat bahan bakar disemprotkan dalam silinder
yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik
nyala, bahan bakar terbakar sehingga akan menyala
secara otomatis.
Pada mesin diesel penambahan panas atau energi
senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Pada
mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek
menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.
1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah
pemasukan dan penghisapan, di sini udara dan
bahan bakar masuk sedangkan poros engkol
berputar ke bawah.
2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros
engkol terus berputar menyebabkan torak naik dan
menekan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran.
Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses
pembakaran.
3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan
kerja, kedua katup yaitu katup isap dan katup buang
tertutup, sedangkan poros engkol terus berputar dan
menarik kembali torak ke bawah.
4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan,
katup buang terbuka dan menyebabkan gas akibat
sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar
karena pada proses keempat ini torak kembali
bergerak naik ke atas dan menyebabkan gas dapat
keluar. Kedua proses terakhir ini ( 3 dan 4 )
termasuk proses pembuangan.
5. Setelah langkah 1 – 4 berlangsung, maka proses
berikutnya akan mengulang kembali proses yang
pertama, udara dan bahan bakar masuk kembali.
Gambar 2.4 Cara Kerja Mesin Diesel
2.3 AMF dan ATS
2.3.1 Pengertian AMF dan ATS
AMF (Automatic Main Failure) merupakan alat
yang berfungsi untuk menurunkan downtime dan
meningkatkan keandalan sistem catu daya listrik dengan
cara mengatur kerja genset backup secara otomatis. Unit
AMF mempunyai mode operasi manual dan automatic.
AMF dapat mengendalikan transfer Circuit Breaker (CB)
atau alat sejenis, dari catu daya utama (PLN) ke catu
daya cadangan (genset) dan sebaliknya. ATS (Automatic
Transfer Switch) merupakan pelengkap dari AMF dan
bekerja secara bersama-sama.
Gambar. 2.5 Blok diagram proses kerja AMF dan ATS
2.3.2 Cara Kerja AMF dan ATS
MAINS
ACB
Mains
AMF UNIT
LOAD
Mains
Fail
ACB
Mains
GENSET
Genset Parameter
September 13, 2007
Gambar 2.6 Diagram Elektrik AMF
Pada pemrosesan, sinyal diolah menghasilkan perintah
ke penggerak dapat berupa pemutusan kedua catu daya
yang sedang beroperasi dengan sistem saling mengunci
(interlock). AMF dapat mengatur genset beroperasi jika
PLN mati dan memutuskan genset jika PLN hidup lagi.
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
Pada Mode Automatik, AMF akan melakukan
monitoring terhadap catuan AC utama (Mains), apabila
sumber AC hilang (Fail), maka AMF akan menyalakan
Genset (START) dan melakukan tahap pemindahan
beban (Load Transfer) dari catuan utama (Mains) ke
catuan genset. Setelah genset bekerja (Running), AMF
akan memonitor status dan melakukan kontrol
(Shutdown) terhadap genset bila terjadi alarm/gangguan.
Pada Mode Manual, genset dapat distart tanpa ada Mains
Failure, tetapi perpindahan beban dapat dilakukan bila
ada indikasi Mains Failure. AMF mempunyai mode
Program, digunakan untuk merubah setting parameterparameter Timer, Counter yang mengatur kerja genset.
2.4 Baterai dan Battery Charger
Alat yang memiliki sumber energi kimia yang dapat
menghasilkan energi listrik disebut dengan electric cell
(sel listrik). Ketika beberapa sel listrik yang terdiri dari
elektoda dan elektrolit dihubungkan secara elektrik akan
menjadi baterai. Ketika elektoda dihubungkan dengan
suatu konduktor akan terjadi pergerakan arus dalam
elektrolit tersebut.
Battery charger mendapat suplai listrik dari sumber
PLN atau dari generator itu sendiri, berfungsi untuk
mengisi energi listrik ke accu atau baterai sebesar 12/24
V yang digunakan untuk menstart genset, maka battery
charger harus dapat mengisi accu atau baterai sampai
kapasitas tersebut.
2.5 Pengaman Peralatan
2.5.1 Fuse/Sekering
Sekering sering disebut juga dengan pengaman
lebur atau fuse. Fungsi sekering adalah mengamankan
peralatan atau instalasi listrik dari gangguan hubung
singkat. Dalam pemasangannya, sekering dihubungkan
pada hantaran phasa yang tidak diketanahkan (R, S, T).
Pengaman lebur ini mempunyai karakteristik pemutusan
lebih cepat dibandingkan dengan MCB. Pengaman
sekering hanya dapat dipakai satu kali dan tidak bisa
dioperasikan kembali.[3]
Gambar 2.7 Simbol Pengaman Lebur/Sekering.[3]
2.5.2 MCB
MCB sering disebut juga pengaman otomatis,
bekerja memutuskan sirkit secara otomatis apabila arus
yang melewatinya melebihi setting dari MCB. Pengaman
otomatis dapat langsung dioperasikan kembali setelah
mengalami pemutusan (trip) akibat adanya gangguan
arus hubung singkat dan beban lebih.
Berdasarkan waktu pemutusannya, pengamanpengaman otomatis dapat terbagi atas Otomat-L,
Otomat-H, dan Otomat-G. [3]
2.5.3 MCCB
MCCB atau Moulded Case Circuit Breaker adalah
alat pengaman yang berfungsi sebagai pengamanan
terhadap arus hubung singkat dan arus beban lebih.
MCCB memiliki rating arus yang relatif tinggi dan dapat
disetting sesuai kebutuhan. Spesifikasi standar MCCB
pada umumnya dibagi dalam 3 parameter operasi yang
terdiri dari:
§ Ue (tegangan kerja), Ue = 250 V dan 660 V
§ Ie (arus kerja), Ie = 40 A-2500 A
§ Icn (kapasitas arus pemutusan), Icn = 12 kA-200 kA
2.5.4 TOLR
Thermal Over Load Relay (TOLR) adalah suatu
pengaman beban lebih menurut PUIL 2000 bagian
5.5.4.1 yaitu proteksi beban lebih (arus lebih)
dimaksudkan untuk melindungi motor dan perlengkapan
kendali motor, terhadap pemanasan berlebihan sebagai
akibat beban lebih atau sebagai akibat motor tak dapat
diasut. Beban lebih atau arus lebih pada waktu motor
berjalan bila bertahan cukup lama akan mengakibatkan
kerusakan atau pemanasan yang berbahaya pada motor
tersebut.
2.6 Sakelar
2.6.1 Sakelar Mekanis
Sakelar sebagai penghubung dan pemutus arus
listrik.[3] Dalam instalasi listrik, penghubung dan
pemutus arus listrik secara manual disebut dengan
sakelar mekanis diantaranya sakelar togel (toggle swich).
2.6.2 Kontaktor
Kontaktor adalah gawai elektromekanik yang dapat
berfungsi sebagai penyambung dan pemutus rangkaian.
Kontaktor dapat dikendalikan dari jarak jauh pergerakan
kontak-kontaknya terjadi karena adanya gaya
elektromagnet. Kontaktor magnet merupakan sakelar
yang bekerja berdasarkan kemagnetan, artinya bekerja
bila ada gaya kemagnetan. Magnet berfungsi sebagai
penarik dan pelepas kontak-kontak. Arus kerja normal
adalah arus yang mengalir selama pemutaran tidak
terjadi. Kumparan/belitan magnet (coil) suatu kontaktor
magnet dirancang untuk arus searah (DC) saja atau arus
bolak-balik (AC) saja.
2.7 Penghantar
Dilihat dari jenisnya penghantar dibedakan menjadi[3] :
1. Kabel instalasi
Kabel instalasi digunakan untuk instalasi
penerangan, jenis kabel yang banyak digunakan
untuk instalasi rumah tinggal yang pemasangannya
tetap yaitu NYA dan NYM.
2. Kabel tanah
Terdapat dua jenis kabel tanah yaitu :
a. Kabel tanah termoplastik tanpa perisai ( NYY dan
NANY )
b. Kabel tanah thermoplastik berperisai ( NYRGbY
dan NYFGbY )
3. Kabel Fleksibel
Kabel jenis ini digunakan untuk hubungan yang
dapat dipindah-pindah.
2.8 Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum
digunakan
pada
berbagai
peralatan
industri.
Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana,
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
murah dan mudah didapat, dan dapat langsung
disambungkan ke sumber daya AC.
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua
kelompok utama yaitu motor induksi satu fasa dan motor
induksi tiga fasa.
III. PEMODELAN DAN SIMULASI SISTEM
Generator diesel digunakan untuk menyuplai motor
hidrolik furnace, booster pump, cooling water pump,
hoist transfer motor, hoist crane motor dan hoist pouring
motor. Untuk menentukan kapasitas dan tegangan
generator diesel yang dipakai maka dilakukan penelitian
dengan mengambil data-data peralatan. Data-data
peralatan digunakan untuk mensimulasi sistem dengan
bantuan program ETAP Power Station 4.0.
Gen1
400 kW
Bus1
Cable1
Bus2
0.38 kV
CB1
CB2
CB3
Cable2
Bus3
Bus4
Booster Pump
5.5 kW
CB5
CB4
Cable3
LP-FAC-1
6 kVA
CB6
Cable5
Cable4
CB7
Cable6
Cable7
Bus CT-1-1
0.38 kV
Bus5
CWP-1
22 kW
Bus7 P-MEL-2
0.38 kV
P-MOL-1
22 kW
Bus6 P-MEL-1
0.38 kV
FM-10
5 kW
CWP-2
22 kW
CWP-3
22 kW
CWP-4
22 kW
Hoist Crane
17.5 kW
FM-11
11 kW
FM-12
11 kW
FM-13
11 kW
FM-14
11 kW
Hoist
5.5 kW
Crane
17.5 kW
IV. PERHITUNGAN DAN ANALISIS
4.1 Menentukan Kapasitas Daya Genset
Data yang diperoleh dengan perkiraan beban
maksimum yang disuplai genset pada panel LV-MDB-2
sebesar 468,03 A sehingga diperoleh daya yang terukur
di panel LV-MDB-2 pada waktu beban puncak sebesar
246,43 kW, sedangkan besarnya daya terpasang yang
disuplai genset adalah 349 kW. Untuk menentukan
kapasitas daya genset yang harus digunakan, terlebih
dahulu mencari faktor kebutuhan atau Demand Factor
(DF) dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai
berikut :
DF =
Beban Maksimum Terukur
Beban Total Terpasang
Kapasitas daya = DF x Beban total terpasang x Faktor
keamanan trafo
= DF x Beban total terpasang x 125%
Selanjutnya dapat dihitung besarnya Demand Factor
(DF) yaitu :
246,43 kW
DF =
= 0,706
349 kW
Dengan menggunakan faktor keamanan trafo sebesar
125% maka kapasitas daya dapat dihitung sebagai
berikut:
Kapasitas daya = 0,706 x 349 kW x 125%
= 308,0375 kW
Jadi setelah dilakukan perhitungan kebutuhan
daya/kapasitas genset yang harus digunakan adalah
308,0375 kW .
Gambar 3.1 Single Line Diagram
Metode aliran daya Newton-Raphson digunakan
untuk memperoleh daya, rugi daya dan faktor daya dari
sistem. Untuk mengetahui kestabilan dari generator
maka dibuat performance chart dari generator. Hasil dari
aliran daya digunakan untuk mengetahui titik kerja
generator di dalam kurva performance chart. Besar nilai
hasil aliran daya dan kurva performance chart digunakan
untuk menentukan kapasitas dan tegangan generator
diesel.
Performance chart generator dari tiap generator
berbeda-beda, hal ini disesuaikan dengan data sheet
generator. Generator diesel yang dipakai memiliki data
sebagai berikut 500 kVA, 400 kW, pf 0,8, pitch 0,67.
Dari data tersebut dapat dibuat kurva sebagai berikut.
Gambar 3 Performance Chart Generator 380 V, 500 KVA.
4.2 Menentukan Rating Kinerja Daya Genset
Dengan menggunakan persamaan :
P = S.cos f
(kW)
Daya( S ) =
Daya( P)
Cosϕ
Maka diperoleh daya genset dalam kVA sebesar:
Daya (S) = Daya( P) = 308,0375 kW = 385,0468 kVA
Cosϕ
0,80
Rating kerja daya genset yang dipilih sesuai catalog
adalah 500 kVA, 3 P/380 V.
4.3 Menentukan Rating Pengaman Keluaran Genset
Besarnya arus nominal genset:
Daya Genset (kVA)
I n Genset =
3 ×VL-L
500 kVA
I n Genset =
= 0,75967 kA = 759,67 A
3 × 380 V
Selanjutnya diperoleh nilai arus pengaman,
I Pengaman (MCCB) = 150% x In Genset
I Pengaman (MCCB) = 150% x 759,67A = 1139,5 A
Dengan melihat catalog Mitsubishi diperoleh MCCB
yang digunakan sebagai pengaman generator memiliki
rating arus 800-1600 A dengan tegangan 380 V.
4.4 Perhitungan Kabel Penyulang Genset
Perhitungan kabel penyulang genset dapat dilihat
pada PUIL 2000 pasal 5.6.1.3 yang berisi “Penghantar
dari terminal generator ke proteksi pertama harus
mempunyai kemampuan arus tidak kurang dari 115%
dari arus pengenal yang tertera pada pelat nama
generator.”
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
Dengan persamaan :
KHA = 115% x In Genset
Diperoleh :
KHA Genset = 115% x 759,67 A = 873,62 A
4.5 Penentuan Rating Kontaktor
Untuk arus nominal genset ( In ) = 759,67 A, maka
kontaktor yang dipakai adalah :
I = In : 80% = 759,67 A : 80% = 949,5875 A
Sesuai dengan rating kontaktor maka kontaktor yang
dipakai harus memiliki kemampuan hantar arus (KHA)
1000 A.
4.6 Simulasi Penentuan Kapasitas Generator
Saat Single line diagram dijalankan dalam program
ETAP Power Station 4.0 dengan beban LP-FAC-1, PMOL-1, P-MEL-1, P-MEL-2, Booster Pump dan CT-1-1
beroperasi semua maka akan diperoleh hasil dari
simulasi seperti pada tabel berikut ini :
Tabel 4. 1 Hasil Simulasi Generator 380 V
Generator Diesel
Rugi-rugi
P(kW)
Q(kVAr)
S(kVA)
%PF
P(kW)
Q(kVAr)
253
176
308
82,0
42
3
Hasil tabel 4.1 menunjukkan bahwa generator diesel
bekerja untuk beban terbesar 308 kVA, sehingga terlihat
bahwa generator diesel dengan kapasitas 500 kVA masih
mampu memenuhi kebutuhan beban terbesar.
Untuk mengetahui generator bekerja stabil atau
tidak saat men-supply beban, dengan beban maksimal
sebesar 308 kVA maka harus dibuat kurva performance
chart generator. Kurva performance chart diperoleh dari
spesifikasi generator.
Spesifikasi generator untuk tegangan 380 V adalah
500 kVA, 400 kW, pf 0,8 dan pitch 0,67. Dari spesifikasi
generator tersebut maka dapat dihitung nilai-nilai sebagai
berikut:
I base =
500kVA
= 759,67 A
3.380
380
Vbase =
= 220 V
3
220
Z base =
= 0,29 Ω
759,67
0,29
Xs =
= 0,44 Ω
0,67
lead var =
380 2
= 328,182 kVAr
0,44
Setelah diperoleh hasil nilai batasnya maka dapat
dibuat kurva peformance chart generator yang
ditunjukkan pada gambar 4.3. Kurva ini menunjukkan
batas kerja generator.
Gambar 4. 1 Performance Chart Generator 380 V, 500KVA
Dari gambar 4.1 terlihat bahwa pada saat generator
men-supply beban terbesar yang nilainya 253 kW, 176
kVAr maka generator bekerja dalam batas kerja
generator. Hal ini menunjukkan bahwa pada saat
generator men-supply beban terbesar, generator masih
stabil.
4.7 Perbaikan Faktor Daya
Berdasarkan data-data lapangan terlihat bahwa
generator dan beban masih memiliki faktor daya yang
rendah yaitu 0,8. Pemakaian energi listrik dengan faktor
daya rendah memiliki kerugian karena dengan nilai daya
reaktif (Q) yang cukup besar menyebabkan kebutuhan
daya semu (S) yang lebih besar untuk mencukupi
kebutuhan daya aktif (P). Dengan kata lain untuk
mencukupi kebutuhan daya aktif yang sama, dibutuhkan
penyediaan daya (S) yang lebih besar. Untuk mengurangi
kerugian tersebut maka diperlukan adanya perbaikan
faktor daya hingga mendekati nilai idealnya yaitu faktor
daya = 1, biasanya diperbaiki hingga mencapai 0,95 –
0,97.
Besarnya daya reaktif (Q) pada setiap panel dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai
berikut :
F
= cos -1 0,8 = 36,87°
Q
= 3 × V × I × sinφ ……………( 4.1 )
P-CT-1-1
:
Q = 3 × 380V ×165,23 A × sin 36,87 = 65,25kVAr
P-Booster-Pump :
Q = 3 × 380V ×10 A × sin 36,87 = 3,95kVAr
LP-Fact-1
:
Q = 3 × 380V × 7,6 A × sin 36,87 = 3kVAr
P-MOL-1
:
Q = 3 × 380V × 41,7 A × sin 36,87 = 16,47kVAr
P-MEL-1
Q = 3 ×380V ×126,5 A ×sin 36,87 = 49,95kVAr
P-MEL-2
:
Q = 3 × 380V ×117 A × sin 36,87 = 46,20kVAr
Secara lengkap dapat ditampilkan dalam bentuk tabel
sebagai berikut :
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Daya Reaktif ( Q )
Teg 3Ø
No.
Nama Panel
Arus Terukur
Daya [P]
Daya [S]
Daya [Q]
Cos F
(V)
(A)
( KW )
( KVA )
( KVAr )
1
P-CT-1-1
380
0.80
165.23
87.00
108.75
65.25
2
P-Booster Pump
380
0.80
10.00
5.27
6.58
3.95
3
LP-Fact-1
380
0.80
7.60
4.00
5.00
3.00
4
P-MOL-1
380
0.80
41.70
21.96
27.45
16.47
5
6
P-MEL-1
380
P-MEL-2
Tabel 4.3 Perbandingan Daya Reaktif ( Q ) Sebelum dan Sesudah
Dipasang Kapasitor
380
Total Beban Terukur
0.80
0.80
126.50
117.00
66.61
61.60
83.26
77.00
49.95
46.20
468.03
Total Daya Aktif ( kW )
246.43
Total Daya Semu ( kVA )
308.04
Total Daya Reaktif ( kVAr )
184.82
Dalam penulisan tugas akhir ini dikehendaki
perbaikan faktor daya sesudah dipasang kapasitor adalah
0,97. Untuk itu diperlukan perhitungan untuk
menentukan besar kapasitor yang akan dipasang pada
masing-masing beban agar faktor daya menjadi 0,97.
Berikut ini adalah cara untuk menghitung besarnya daya
reaktif sebelum dan sesudah dipasang kapasitor serta
menentukan besarnya kapasitor yang akan dipasang agar
faktor daya menjadi 0,97.
No.
Xc
C
= P.tan F 1
= P.tan F 2
= Q1 – Q2
2
= V
Qc
1
=
2. ∏ .f.Xc
43.45
0.80
0.97
958.4
2 P-Booster Pump
3.95
1.32
2.63
0.80
0.97
58.0
3 LP-Fact-1
3.00
1.00
2.00
0.80
0.97
44.0
4 P-MOL-1
16.47
5.50
10.97
0.80
0.97
242.0
5 P-MEL-1
49.95
16.69
33.26
0.80
0.97
733.8
6 P-MEL-2
46.20
15.43
30.77
0.80
0.97
184.82
61.74
123.08
Jumlah
678.6
2,714.8
Dari tabel diatas terlihat jelas bahwa setelah faktor daya
diperbaiki dengan pemasangan kapasitor pada tiap
beban, maka daya reaktif yang terbuang (Qc) cukup
besar yaitu 123,08 kVAr atau 66,59 %.
Selanjutnya dengan adanya perbaikan faktor daya
dapat dihitung pula berapa besar pengaruhnya terhadap
penambahan kapasitas beban pada masing-masing panel.
ϕ
= Q'
S
Arc cos ϕ 2 = ϕ
Pt =
…………………… (4.7)
2
Q’ = S . Sin
ϕ
S 2 − Q'
P’ = Pt – P
2
2
2
…………………… (4.8)
…………………… (4.9)
…...……………… (4.10)
…………………… (4.11)
Keterangan
Q’
Pt
P’
= Q baru setelah faktor daya diperbaiki
= Daya total setelah faktor daya diperbaiki
= Daya yang tersisa setelah faktor daya diperbaiki
Dengan mengacu pada persamaan-persamaan diatas
maka penambahan kapasitas beban pada masing-masing
panel dapat dihitung sebagai berikut:
Panel P-CT-1-1:
Q’
= S . Sin ϕ 2
Q’
= 108,75 kVA . sin 14,07
= 26,438 kVAr
Pt
=
S 2 − Q'
Pt
=
108,75 2 − 26,438 2
Pt
= 11127,59 = 105,487 kW
= Pt – P
= 105,487 – 87,00 = 18,487 kW
2
Agar lebih mudah dalam membandingkan daya
reaktif semula dan daya reaktif setelah faktor daya
dijadikan 0,97 serta besar kapasitor yang harus dipasang
pada masing-masing beban, maka berikut ini akan
disajikan dalam bentuk tabel berikut ini.
( µF )
21.80
…………………… (4.6)
380
= 3,323 ohm
43,45 ×103
1
C =
= 958,4 µF
2 × 3,14 × 50 × 3,323
Xc =
C
Cos F 2
65.25
…………………… (4.5)
Contoh Perhitungan pada panel P-CT-1-1:
Q1 = 87 x tan 36,87 = 65,25 kVar
Q2 = 87 x tan 14,07 = 21,80 kVar
Qc = 65,25 – 21,80 = 43,45 kVar
Cos F 1
1 P-CT-1-1
…………………… (4.2)
…………………… (4.3)
…………………… (4.4)
Dimana:
Q1
= Daya reaktif sebelum dipasang kapasitor
Q2
= Daya reaktif sesudah dipasang kapasitor
Qc
= Daya keluaran dari kapasitor.
F1
= Sudut fasa semula ( cos-1 0,8 = 36,87° )
F2
= Sudut fasa yang dikehendaki
( cos-1 0,97 = 14,06° )
P
= Daya aktif
Xc
= Reaktansi kapasitif
C
= Besar kapasitor yang akan dipasang
Qc
( kVAr ) ( kVAr ) ( kVAr )
Sin
Q1
Q2
Qc
Q2
Q1
Nama Panel
P’
P’
2
Dari perhitungan diatas dapat diketahui besarnya
kapasitas beban yang dapat ditambahkan pada masingmasing panel. Jumlah keseluruhan beban yang dapat
ditambahkan pada LV-MDB-2 yang disuplai genset
adalah sebesar 52,354 kW.
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
Tabel 4.4 Nilai Daya Aktif ( P ) Sebelum dan Sesudah Dipasang
Kapasitor
S
Q'
( kVA )
( kVAr )
108.75
26.438
0.97
105.487
87.00
18.487
2 P-Booster Pump
6.58
1.600
0.97
6.380
5.27
1.110
3 LP-Fact-1
5.00
1.215
0.97
4.850
4.00
0.850
4 P-MOL-1
27.45
6.670
0.97
26.627
21.96
4.667
5 P-MEL-1
83.26
20.240
0.97
80.760
66.61
14.150
77.00
18.720
0.97
74.690
61.60
13.090
308.04
74.88
298.794
246.44
52.354
No.
Nama Panel
1 P-CT-1-1
6 P-MEL-2
Jumlah
Cos F
Pt (kW)
P (kW)
P' (kW)
Daya Total Daya Awal Daya Sisa
Selanjutnya dengan menggunakan data pada tabel
4.1 yang merupakan hasil simulasi generator 380V dapat
dihitung pula perbaikan faktor daya dari 0,82 menjadi
0,97.
Q1
= 253 kW x tan 34,91 = 176,56 kVar
Q2
= 253 kW x tan 14,07 = 63,408 kVar
Qc
= 176,56 – 63,408 = 113,152 kVar
380 2
Xc
=
= 1,276 ohm
113,152 ×10 3
C
=
1
= 2.496 µF
2 × 3,14 × 50 ×1,276
Besarnya penambahan beban yang masih mungkin
dilakukan adalah :
Q’
= S . Sin ϕ 2
Q’
= 308 kVA . sin 14,07 = 74,877 kVAr
Pt
= S 2 − Q' 2
Pt
= 3082 − 74,877 2
= 89257,43 = 298,76 kW
P’
P’
= Pt – P
= 298,76 – 253 = 45,76 kW
Pt
Setelah dilakukan perhitungan diperoleh nilai total
kapasitor yang harus dipasang untuk memperbaiki faktor
daya dari semula 0,8 menjadi 0,97 adalah sebesar
2.714,8 µF (tabel 4.3). Dari perhitungan kemungkinan
penambahan kapasitas beban yang dapat dilakukan
dengan asumsi nilai daya semu (S) adalah tetap,
diperoleh bahwa apabila faktor daya diperbaiki menjadi
0,97 maka nilai daya reaktif (Q) berkurang cukup besar
dari semula 184,82 kVAr (tabel 4.3) menjadi 74,88
kVAr (tabel 4.4) sehingga daya aktif (P) yang dapat
digunakan bertambah sebesar 52,354 kW dari semula
246,44 kW menjadi 298,794 kW (tabel 4.4).
Hasil simulasi dengan program ETAP Power Station
4.0 diperoleh nilai-nilai 253 kW, 176 kVAr, 308 kVA
dan faktor daya 0,82. Setelah dilakukan perhitungan
untuk memperbaiki faktor daya dari 0,82 menjadi 0,97
diperoleh nilai kapasitor yang harus dipasang adalah
2.496 µF. Perbaikan faktor daya menjadi 0,97 mampu
menurunkan nilai daya reaktif (Q) dari semula 176
kVAR (tabel 4.1) menjadi 74,877 kVAr dan
meningkatkan daya aktif (P) sebesar 45,76 kW dari
semula 253 kW (tabel 4.1) menjadi 298,76 kW.
V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perhitungan dan analisis dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil simulasi dengan program ETAP Power
Station 4.0 diperoleh beban terbesar yang harus
disuplai oleh genset adalah 253 kW, 176 kVAr, 308
kVA dengan power factor 82,0 lagging. Setelah
dimasukkan dalam performance chart generator
terlihat bahwa generator masih bekerja dalam batas
kestabilan.
2. Daya genset yang digunakan 500 kVA telah sesuai
dengan total daya beban yang harus disuplai genset
tersebut sebesar 308,04 kVA ( perhitungan ) dan 308
kVA ( simulasi program ETAP ).
3. Rating pengaman yang dihitung untuk total daya
beban telah mencukupi untuk daya beban yang
disuplai genset.
4. Luas penampang penghantar yang digunakan NYY
(1C – 240 mm² x 2) dengan KHA 2 x 743 amper
telah memenuhi syarat kemampuan hantar arus
minimal 873,62 amper.
5. Untuk memperbaiki faktor daya menjadi 0,97
dibutuhkan kapasitor 2,714 µF (dari data hasil
pengukuran) atau 2,496 µF (dari data hasil simulasi
tabel 4.1). Setelah faktor daya diperbaiki menjadi
0,97 dapat dilakukan penambahan beban sebear
52,354 kW (tabel 4.4) atau 45,76 kW (dari data hasil
simulasi).
5.2 Saran
1. Penelitian ini bisa dikembangkan lebih lanjut
dengan beban yang fluktuatif dan beban real.
2. Pemodelan dan simulasi bisa menggunakan
software lain.
Please purchase PDFcamp Printer on http://www.verypdf.com/ to remove this watermark.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
Arismunandar, W dan Tsuda, Koichi, Motor
Diesel Putaran Tinggi, Pradnya Paramitha,
Jakarta, 1983.
Deshpande, MV, Electrical Power System Design,
Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited,
New Delhi, 1984.
Harten, Van. Setiawan, Instalasi Listrik Arus Kuat
1, Bina Cipta, Bandung. 1981.
Mahon, L.L.J, Diesel Generator Handbook,
Butterworth-Heinemann Ltd, Wellington, 1992.
Marsudi, Djiteng, Operasi SistemTenaga Listrik,
Balai Penerbit dan Humas ISTN , Jakarta, 1990.
Marsudi, Djiteng, Pembangkitan Energi Listrik,
Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005.
Suhana, Neno, Seri Teknik, Penerbit ITB,
Bandung, 2002.
Sumanto, Mesin Sinkron (Generator Sinkron dan
Motor Sinkron), Andi Offset, Yogyakarta, 1996.
Sulasno, Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga
Listrik, Badan Penerbit Universitas Diponegoro,
Semarang, 2001.
Sulasno, Dasar Teknik Konversi Energi Listrik
dan Sistem Pengaturan, Badan Penerbit
Universitas Diponegoro, Semarang, 2003.
Theraja, BL, Electrical Technology, Volume II, ,
Nirja Construction & Development, New Delhi,
1984.
Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, Penerbit ITB,
Bandung, 1991.
Zuhal, Dasar Tenaga Listrik Dan Elektronika
Daya, PT Gramedia Pustaka
Utama, Jakarta,
2000.
Panitia PUIL, Persyaratan Umum Instalasi Listrik
2000 (PUIL 2000), Yayasan PUIL, Jakarta, 2000.
Anggoro, Bayu, Pemilihan Kapasitas dan
Tegangan Generator Diesel Container Crane
Studi Kasus Terminal Peti Kemas Semarang,
Tugas Akhir, Universitas Diponegoro, Semarang,
2008.
PT PLN JASDIKLAT, Generator, PT PLN
Persero, Jakarta, 1997.
PT PLN JASDIKLAT, Pengoperasian Mesin
Diesel, PT PLN Persero, Jakarta, 1997.
---, The Operation of a Generator on Infinite
Busbars,
www.kefax.com/assets/opcht.pdf,
Februari 2008.
Sabto Budi P. (L2F 304 331)
Lahir di Sukoharjo, 17
Pebruari 1978. Saat ini sedang
menyelesaikan pendidikan S1
di Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas
Diponegoro Semarang dengan
konsentrasi Ketenagaan.
Pembimbing I
Ir. Tejo Sukmadi, MT.
NIP. 131 764 876
Pembimbing II
Susatyo Handoko,ST,MT.
NIP. 132 282 683