analisis pemasangan detuned reactordan … · kerusakan pada kapasitor bank ... sumber [10]...

OlehINDHIRA K. WARDHANI 2210 105 004

Gedung AJ-102, 4-5 Juli 2012

ANALISIS PEMASANGAN DETUNED REACTOR DAN PERANCANGAN FILTER HARMONISA PADA SISTEM

KELISTRIKAN PT. ASAHIMAS FLAT GLASS, TBK SIDOARJO FACTORY

Dosen Pembimbing :Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D.Heri Suryoatmojo, ST, MT, Ph.D.

PENDAHULUAN

SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING

SIMULASI DAN ANALISA PEMASANGAN FILTER

KESIMPULAN

AGENDA

PENDAHULUAN

SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING

SIMULASI DAN ANALISA PEMASANGAN FILTER

KESIMPULAN

PERMASALAHAN

PT. Asahimas Flat Glass,Tbk Sidoarjo Factory

Gelombang HarmonikUPS

VFD

Detuned ReactorNichicon-Packcon

DCS Yamatake-Balley

TUJUAN dan BATASAN MASALAH

Mempelajari kualitas daya, khususnya tentang harmonisa kondisi existing

Memodelkan dan mensimulasikan sistem kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Menganalisa hasil simulasi dan meredam harmonisa yang terjadi denganFilter Pasif

Diharapkan Terjadi Perbaikan Kualitas Daya Listrik di PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Filter direncanakan dipasang pada bus tegangan rendah (low voltage)

Menggunakan Software ETAP 7.0 dalam memodelkan dan mensimulasikan

Filter harmonisa yang digunakan berjenis Filter Pasif Single Tuned Filter

HARMONISA

Gambar Gelombang Terdistorsi Akibat Harmonisa [1](a) Gelombang sinus frekuensi fundamental ; (b.1) Gelombang harmonisa ke-3(b.2) Gelombang harmonisa ke-5; (c) Gelombang terdistorsi

Harmonisa dapat diartikan sebagai perubahan bentuk gelombang arus maupun teganganyang mengganggu sistem distribusi listrik dan menurunkan kualitas dari daya sistem listriktersebut.

Harmonisa adalah komponen sinusoidal dari suatu periode gelombang yang memilikifrekuensi kelipatan bilatan bulat (integer) dari frekuensi fundamental.

SUMBER HARMONISA

Harmonisa timbul karena penggunaan beban-beban non linier. Contoh beban non linier antara lain:

Peralatan industri : mesin las, arc furnace, konverter, UPS, VFDPeralatan kantor : komputer, mesin faximile, mesin copyPeralatan rumah : televisi, microwave, lampu pijar

DevicePredominant Harmonics

3rd 5th 7th 9th 11th 13th

1Phase Computer Power Supplies3Phase Computer Power Supplies

3Phase UPSElectronic Ballast

6 Pulse Drive12 Pulse Drive

Tabel Beberapa Sumber Harmonisa dan Harmonisa yang Dibangkitkan [2]

Sumber [2] Hubert, Charles. “Electric Circuits AC/DC”. McGraw-Hill International. 1982.

Akibat yang ditimbulkanHARMONISA

Panas yang berlebih pada peralatan distribusi ( transformator, kabel, danmesin-mesin berputar )

Peningkatan rugi-rugi pada jaringan distribusi akibat peningkatan arusRMS

Mengganggu kontrol yang digunakan pada sistem elektronik Kerusakan pada kapasitor bank Tripping pada peralatan proteksi atau putusnya fuse Pembacaan yang tidak sesuai pada instrumen alat ukur Berkurangnya kapasitas jaringan distribusi Meningkatnya biaya perawatan peralatan dan mesin

Akibat yang ditimbulkan oleh harmonisa [10] :

Sumber [10] Pujiantara, Margo., “Harmonisa-Diktat Kuliah Desain SistemKelistrikan. Teknik Elektro.

DISTORSI HARMONISA

%1001

22

×∑==

U

k

nnU

THD

Total Harmonic Distortion (THD) yang didefinisikan sebagaipersentase total komponen harmonisa terhadap komponen fundamentalnya. Total HarmonicDistortion (THD) dituliskan sebagai:

Distorsi Harmonisa Arus Maksimum dalam Persen terhadap IL

ISC/ILOrde Harmonisa Individual (Harmonisa Orde Ganjil)

<11 11≤h≤17 17≤h≤23 23≤h≤35 35≤h TDD< 20* 4 2 1,5 0,6 0,3 5

20 – 50 7 3,5 2,5 1 0,5 850 – 100 10 4,5 4 1,5 0,7 12

100 – 1000 12 5,5 5 2 1 15> 1000 15 7 6 2,5 1,4 20

Tegangan Bus Pada PCCDistorsi Tegangan

Individual (%)THD (%)

69 kV dan ke bawah 3 569,001 kV sampai 161 kV 1,5 2,5161,001 kV dan ke atas 1 1,5

Tabel. Limit distorsi harmonisa untuk sistem distribusi 120 V- 69 kV

Tabel. Limit distorsi tegangan berdasarkan IEEE Std 519-1992

DETUNED REACTOR

Detuned reactor [12] adalah komponen yang terdiri dari coilimpedansi yang dipasang seri dengan kapasitor bank. Pemasangan detuned reactordifungsikan untuk melindungi kapasitor dari kerusakan akibat kelebihan tegangan atau aruskarena nilai harmonisa yang terlalu tinggi. Fungsi lainnya adalah dapat menurunkanprosentase harmonisa pada jaringan namun tidak semaksimal filter harmonisa.

No Lokasi Bus Nilai L Nilai C(kVar)I KV Z

1 B52F13 65 3.15 1.9845 3002 BF2F13 65 3.15 1.9845 3003 B52F26 215 3.15 0.59535 10004 B52F25.2 65 3.15 1.9845 3005 B52F25.1 65 3.15 1.9845 3006 B52F23.1 105 3.15 1.1907 5007 B52F23.2 65 3.15 1.9845 3008 B52F14 65 3.15 1.9845 3009 B52F15.1 65 3.15 1.9845 300

Tabel . Data Detuned Reactor pada PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Sumber [12] Hadi, Ir. Abdul. “Sistem Distribusi Daya Listrik” terjemahan dari AS Pabla Electric PowerDistribution Systems McGraw-Hill. Erlangga. 1986

PENDAHULUAN

SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING

SIMULASI DAN ANALISA PEMASANGAN FILTER

KESIMPULAN

SLD-PT. ASAHIMAS FLAT GLASS, TBK SIDOARJO

Gambar . Single Line Diagram Sistem Kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Aliran Daya Kondisi Existing

Tabel . Aliran Daya Bus Beban Kondisi Existing

Data-data mengenai aliran daya diambil saat beban dalamkondisi beban penuh yaitu semua beban beroperasi dan dalam keadaan steady state. Padakeadaan ini didapat data bahwa sistem memerlukan pasokan daya sebesar 12.453 kW. Faktordaya sistem tercatat sebesar 94.1% pada sisi grid PLN.

Bus Beban kV % kV kW kVAR kVAPF (%)

B5SS3 3,15 97,63 80,863 43,64 92 88,0B5SS4 3,15 97,61 88,949 43,64 100 89,0B52F13 3,15 96,71 1079 645 1258 85,8B52F14 3,15 97,20 490 302 575 85.1

B52F15.1 3,15 97,09 600 331 686 87,5B52F15.2 3,15 97,09 341 189 390 87,4B52F17 3,15 96,81 3543 2081 4108 86,2B52F2 3,15 96,73 1371 811 1593 86,1

B52F23.1 3,15 97,13 1656 707 1800 92,0B52F23.2 3,15 97,13 1009 613 1180 85,5B52F25.1 3,15 97,68 1009 305 1054 95,7B52F25.2 3,15 97,68 538 332 633 85,1B52F26 3,15 97,39 1793 1063 2084 86,0B52F21 3,15 97,00 2195 1269 2536 86,6BMT1 3,15 97,04 102 47,08 112 90,8

BMT2.1 3,15 96,86 542 348 644 84,2BMT3.1 3,15 96,66 540 346 642 84,2BMT4.1 3,15 97,01 362 217 422 85,8BMT5 3,15 97,05 102 49,60 114 89,9Gambar. Aliran Daya Sistem Kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Bus Beban

Rating kV THDV (%)Standar IEEE (%)

B52F21 3,15 0,72 5BMT1 3,15 0,81 5BMT2 0,4 5,05 5

BMT2.1 3,15 0,90 5BMT3 0,4 5,02 5

BMT3.1 3,15 0,93 5BMT4 0,4 0,70 5

BMT4.1 3,15 0,83 5BMT5 3,15 0,81 5BPK3 3,15 0,47 5BPK4 3,15 0,47 5BPK5 3,15 0,47 5

Tabel. Total distorsi harmonisa tegangan bus saat kondisiexisting

Gambar. Spektrum Harmonisa Tegangan Bus BMT2

Gambar. Spektrum Harmonisa Tegangan Bus BMT3

Harmonisa TeganganKondisi Existing

Gambar. Harmonik Tegangan yang Timbul pada Sistem Kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo saat kondisi existing

Harmonisa Arus KondisiExisting

Bus To Feeder BebanTDDI

(%)Standar

IEEE (%)B52F23.1 BMT2.1 L1Melt 14,28 8B52F23.2 BMT3.1 L2Melt 14,09 8B52F26 B52F4.1 L-BL-2 5,75 8B52F17 B52F2.1 L-BL-1 4,14 8

Tabel . Kondisi Harmonisa Arus Saat Kondisi Existing pada Sistem Kelistrikan PT. Asahimas

Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Bus B52F23.1 To Feeder BMT2.1Dari simulasi aliran daya didapat IL = 898,3 ADari simulasi hubung singkat didapat ISC = 21,3 kARasio ISC / IL = 23,71Standar yang digunakan : TDD = 8%

Bus B52F23.2 To Feeder BMT3.1Dari simulasi aliran daya didapat IL = 896,3 ADari simulasi hubung singkat didapat ISC = 21,2 kARasio ISC / IL = 23,65Standar yang digunakan : TDD = 8%

Gambar . Harmonik Arus yang Timbul pada Sistem Kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo Kondisi Existing

Harmonisa Teg TanpaDetuned Reactor

Bus Beban

Rating kV

THDV (%)

KondisiExistingTanpa

Detuned Reactor

BBC4 0,4 0,39 1,21 NaikBBH1 0,4 0,62 2,17 NaikBBH2 0,4 0,62 2,17 NaikBBH3 0,4 0,62 2,17 NaikBC4 3,15 0,48 1,37 Naik

B52F21 3,15 0,72 2,38 NaikBMT1 3,15 0,81 2,55 NaikBMT2 0,4 5,05 5,14 Naik

BMT2.1 3,15 0,90 2,59 NaikBMT3 0,4 5,02 5,11 Naik

BMT3.1 3,15 0,93 2,63 NaikBMT4 0,4 0,70 2,31 Naik

BMT4.1 3,15 0,83 2,55 NaikBMT5 3,15 0,81 2,55 NaikBPK3 3,15 0,47 1,42 NaikBPK4 3,15 0,47 1,42 NaikBPK5 3,15 0,47 1,42 Naik

Gambar. Spektrum harmonisa tegangan bus B52F13 padakeadaan existing

Gambar. Spektrum harmonisa tegangan bus B52F13 padakeadaan Tanpa detuned reactor

Tabel. Perbandingan tingkat distorsi harmonisa tegangan saatkondisi existing dan tanpa detuned reactor

Harmonisa Arus TanpaDetuned Reactor

Bus To Feeder

TDDI (%)

KondisiExisting

Tanpa Detuned Reactor

B52S1 B52F13 1,70 4,34 NaikB52S1 B52F17 1,23 1,45 NaikB52S1 B52F15.1 17,32 21,89 NaikB52S1 B52F14 1,97 4,49 NaikB52S2 B52F23.1 6,22 11,13 NaikB52S2 B52F25.1 3,09 5,93 NaikB52S2 B52F26 1,83 6,74 Naik

Tabel. Perbandingan tingkat distorsi harmonisa arus saat kondisi existingdan tanpa detuned reactor

PENDAHULUAN

SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING

SIMULASI DAN ANALISA PEMASANGAN FILTER

KESIMPULAN

Perencanaan PerbaikanFaktor Daya

Perencanaan Perbaikan Faktor Daya Bus BMT2

kVarQ

Q

PQ

65,208

98,01costan86,01costan5352tan1tan

=∆

−−−×=∆

−×=∆

θθ

Perencanaan Perbaikan Faktor Daya Bus BMT3

kVarQ

Q

PQ

87,207

98,01costan86,01costan5332tan1tan

=∆

−−−×=∆

−×=∆

θθ

Gambar . Diagram Fasor Perbaikan Faktor Daya

Perencanaan Filter Harmonisa Bus BMT2

Single Tuned Filter Orde 7 yang direncanakan memerlukan kompensasidaya reaktif sebesar 79,29 kVAR dipasang dengan hubungan delta padalevel tegangan 0,4 kV.

Dari perhitungan kapasitor yang akan dikonfigurasi denganinduktor dan resistor, total kapasitor yang dibutuhkan untuk meredamharmonisa bus ini sebesar 208,65 kVAR.

Single Tuned Filter Orde 5 yang direncanakan memerlukan kompensasidaya reaktif sebesar 129,35 kVAR dipasang dengan hubungan delta padalevel tegangan 0,4 kV.

Perencanaan Filter HarmonisaBus BMT2 (lanjutan)

Single Tuned Filter Orde 5Kapasitor (C)

cxllV

kVAR2

= collVkVAR ω2= 23

llVO

kVARc×

=ω

Fc µπ

8,85723104,0502

31012,43 =××

×=

; ;

Induktor (L)

OXCXLX == cnLn ωω 1= ( )

Hcn

L 000484,06108,85722472

12

1 =−××

==

πω; ;

Resistor (R)

RoXQ= Ω=== 0051,030

1521,0QoXR;

Ω=×==

1521,0000484,0502πω LoLX

Perencanaan Filter HarmonisaBus BMT2 (lanjutan)

Single Tuned Filter Orde 7Kapasitor (C)

cxllV

kVAR2

= collVkVAR ω2= 23

llVO

kVARc×

=ω; ;

Induktor (L)

OXCXLX == cnLn ωω 1=; ;

Resistor (R)

RoXQ= ;

Ω=×==

1256,00004,0502πω LoLX

( )H

cnL 0004,0

6108,525234721

21 =

−××==

πω

Ω=== 0042,03012561,0

QoXR

Fc µπ

8,52523104,0502

31043,26 =××

×=

Gambar. Contoh Pemasangan Filter Harmonisa di Sistem Kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Perencanaan Filter Harmonisa PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo

Bus Jenis Filter kVAR Q

faktor

Komponen Filter(3 fasa)

C (μF) L (mH) R (Ω)

BMT2Single Tuned 5th 43,12 30 857,8 0,484 0,0051Single Tuned 7th 26,43 30 525,8 0,4 0,0042

BMT3Single Tuned 5th 43,01 30 855,7 0,485 0,0051Single Tuned 7th 26,27 30 522,6 0,4025 0,0042

Tabel . Jenis Dan Nilai Komponen Perencanaan Filter Pasif Harmonisa

Aliran Daya Sistem SetelahPemasangan Filter Harmonisa

Dari hasil simulasi aliran daya diperoleh kenaikan faktor daya GridPLN dari 94,1 % menjadi 95,2%, serta faktor daya pada beberapa busmengalami kenaikan dari kondisi sebelumnya,sedangkan faktor dayapada bus BMT2.1 dan bus BMT3.1 mengalami kenaikan faktor dayayang signifikan sebesar 97,5 dan 97,4 yang sebelumnya memiliki nilaikurang dari 85 %. Hal ini dikarenakan adanya pemasangan filter padabus BMT2 dan BMT3 pada level tegangan rendah.

Gambar. Aliran Daya Sistem Kelistrikan PT. Asahimas Flat Glass, Tbk Sidoarjo Setelah Pemasangan Filter Harmonisa

Harmonisa Teg SetelahPemasangan Filter Harmonisa

Bus BebanTHDV (%)

Existing Setelah Pemasangan FilterB52F15.1 0,55 0.53B52F15.2 0,55 0.53B52F23.1 0,83 0.47B52F23.2 0,83 0.47B52F2.1 1,33 1,29BMT2 5,05 1,65

B52F4.1 1,77 1,38BMT3 5,02 1,63

Tabel . Perbandingan Tingkat Distorsi Harmonisa Tegangan Sebelum Dan SesudahPemasangan Filter

Dari Tabel tampak bahwa performa filter harmonisa yang dipasang di bus BMT2dan BMT3 untuk meredam harmonisa tegangan memberikan hasil redaman yangsangat baik. Semua bus beban yang dekat dengan sumber harmonisa mengalamipenurunan distorsi harmonisa tegangan yang signifikan.

Harmonisa Arus SetelahPemasangan Filter Harmonisa

Bus BebanTDDI (%)

Kondisi HarmonisaExisting

Setelah Pemasangan Filter

BMT2.1 14,28 2,62 TurunBMT3.1 14,09 2,55 TurunB52F4.1 5,75 5,95 NaikB52F2.1 4,14 4,16 Naik

Tabel .Perbandingan Tingkat Distorsi Harmonisa Arus Sebelum Dan sesudah Pemasangan Filter

Tabel menunjukkan bahwa pada beberapa bus beban, distorsi harmonisa arusmengalami kenaikan akibat pemasangan filter yaitu bus beban B52F4.1 dan busbeban B52F2.1. Pada bus beban B52F4.1 mengalami kenaikan 3,36% menjadi5,95%. Sedangkan pada bus B52F2.1 mengalami kenaikan 0,48% menjadi4,16%. Namun, keadaan dua bus ini masih aman, dikarenakan masih dibawahstandar IEEE Std. 519-1992.

Analisis Kebutuhan dan BiayaPemasangan Filter

Gambar. Diagram proses pembuatan kaca di PT. AsahimasFlat Glass,Tbk Sidoarjo

Proses pembuatan kaca di PT. Asahimas FlatGlass,Tbk Sidoarjo terdapat tiga tahapan utama,yakni Pembakaran, Atmosphere, dan Heating.Tahapan ini dilakukan secara berurutan padaplant Melting Furnace, Metal Bath, danAnnealing & Cooling Lehr.

Ketiga tahapan tersebut dikoordinasikan olehDCS (Distributed Control System) yang beradapada plant Melting Furnace, bila DCS tidakdapat bekerja secara baik, maka akanmempengaruhi pada proses pengontrolanyang dimulai dari plant Melting Furnace,sehingga hasil produksi tidak optimal yangberdampak pada kepuasan konsumen.

Analisis Kebutuhan dan BiayaPemasangan Filter (Lanjutan)

Untuk memasang empat filter dengan brand HG7 Drive yang merupakan produk dari Transcoil membutuhkan biaya sebagai berikut, HG150AW00ST 45 kVAR (x2) = $15.618HG75AW00ST 25 kVAR (x2) = $ 8.606TOTAL $24.224 x Rp.9.200,- = Rp. 222.860.800,-

Gambar. Filter Harmonisa HG7

PENDAHULUAN

SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING

SIMULASI DAN ANALISA PEMASANGAN FILTER

KESIMPULAN

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan, dapat diambilkesimpulan sebagai berikut:

Pemasangan Detuned Reactor tidak efisien dalam mengurangi Harmonisa

Single Tuned Filter orde 5 dan orde 7 dipasang pada bus BMT2 untukmeredam harmonisa orde dominan 5 dan 7. Harmonisa tegangan berhasilditurunkan dari 5,05% menjadi 1,65%.

Single Tuned Filter orde 5 dan orde 7 dipasang pada bus BMT3 untukmeredam harmonisa orde dominan 5 dan 7. Harmonisa tegangan berhasilditurunkan dari 5,02% menjadi 1,63%.

Terdapat dua unit beban yang mengalami kenaikan total distorsiharmonisa arus sedangkan dua unit beban lainnya berhasil diturunkansecara signifikan.

T E R I M A K A S I HBe “+” Thinking and Never Give-Up