Penentuan Peralatan Untuk Meredam Harmonisa Berdasakan Jenis Sumber Harmonisa, Orde dan Magnitude Harmonisa dengan Memperhitungkan Biaya Investasi

Transkripsi

1 Seminar Nasional Teknologi Infmasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) Penentuan Peralatan Untuk Meredam Harmonisa Berdasakan Jenis Sumber Harmonisa, Orde dan Magnitude Harmonisa dengan Memperhitungkan Biaya Investasi Rahmat Septian Wijanarko *), Ontoseno Penangsang **) Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember * rahmatseptianid@gmail.com, ** - Abstrak Dalam proses industri, hampir selalu terdapat peralatan elektronika daya seperti Variable Speed Drive (VSD) dan Uninterruptible Power Supply (UPS). Penggunaan VSD dan UPS sebagai komponen non-linear menimbulkan masalah kualitas daya berupa harmonisa. Peralatan yang umum digunakan untuk meredam harmonisa antara lain phase shifting transfmer, filter harmonisa (aktif dan pasif) dan reakt. Peralatan-peralatan tersebut memiliki biaya investasi dan tingkat efektivitas peredaman harmonisa yang berbeda-beda. Oleh karena itu, studi penentuan peralatan peredam harmonisa diperlukan untuk mengatasi permasalahan harmonisa dengan meminimalkan biaya investasi. Pada penelitian ini, software yang digunakan untuk proses simulasi adalah ETAP 7.0 dengan plant di PT. Wilmar Nabati. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa melalui proses penentuan peralatan yang tepat, penggunaan phase shifting transfmer dapat mengurangi pemasangan filter harmonisa sehingga diperoleh penghematan sebesar Rp Rp ,00. Kata kunci: Penentuan Peralatan, Biaya Investasi, Harmonisa, PT. Wilmar Nabati. 1. LATAR BELAKANG PT. Wilmar Nabati Indonesia merupakan perusahaan yang bergerak di bidang industri minyak nabati, oleo chemical, dan bio energy Dalam pengoperasian unit bisnisnya, PT. Wilmar Nabati menggunakan berbagai macam peralatan elektronika daya seperti variable speed drive (VSD), uninterruptible power supply (UPS), komputer dan lampu fluescent. Peralatanperalatan elektronika daya tersebut memiliki karakteristik beban non-linier yang dapat menimbulkan permasalahan kualitas daya yaitu munculnya gangguan harmonisa dalam sistem tenaga listrik. Gangguan harmonisa dapat menyebabkan kesalahan operasi dan penurunan umur peralatan Beberapa peralatan di industri yang umumnya digunakan untuk meredam gangguan harmonisa antara lain phase shifting transfmer, filter harmonisa (aktif, pasif dan hybrid) dan reakt. Peralatanperalatan tersebut memiliki karakteristik, biaya investasi dan tingkat efektifitas peredaman harmonisa yang berbeda-beda. Oleh karena itu, studi penentuan peralatan peredam harmonisa diperlukan untuk mengatasi permasalahan harmonisa di PT. Wilmar Nabati dengan meminimalkan biaya investasi. Data harmonisa untuk proses analisis dan simulasi pada studi ini adalah data pengukuran langsung yang diambil di panelpanel yang ada di PT.Wwilmar Nabati Gresik dengan menggunakan fluke power analyzer 43. Selanjutnya dari data harmonisa, data single line diagram dan data peralatan (data generat, trafo dan beban) selanjutnya akan disimulasikan dengan software ETAP TINJAUAN PUSTAKA.1. Pengertian Harmonisa Definisi harmonisa dapat dijelaskan sebagai gelombang terdistsi secara periodik pada keadaan steady-state yang disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinus sistem pada frekuensi fundamental dengan komponen gelombang lain yang merupakan frekuensi kelipatan integer dari frekuensi fundamental sumber. Untuk sistem tenaga dengan frekuensi 0 Hz, maka harmonisa ISBN:

2 0 Seminar Nasional Teknologi Infmasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 01 pertama atau frekuensi fundamental dari sistem tenaga tersebut adalah 0 Hz, harmonisa kedua (100 Hz) merupakan kelipatan kedua dari harmonisa pertama, harmonisa ketiga (10 Hz) merupakan kelipatan ketiga dari harmonisa pertama, maka harmonisa ke-n merupakan kelipatan-n dari frekuensi fundamental. Perubahan bentuk dari gelombang arus dan tegangan yang disebabkan harmonisa akan menganggu sistem distribusi listrik dan menurunkan kualitas daya sistem... Total Harmonic Disttion Total Harmonic Disttion (THD) yang didefinisikan sebagai sebagai persentase total komponen harmonisa terhadap komponen fundamentalnya (berupa tegangan atau arus). h V h Tabel 1. Limit distsi tegangan berdasarkan IEEE Distsi Tegangan Bus Pada PCC Tegangan Individual THD () () 69 kv dan ke bawah 3,0,0 69,001 kv sampai 161 kv 1,, 161,001 kv dan ke atas 1,0 1, Tabel. Limit distsi harmonisa arus untuk sistem distribusi berdasarkan IEEE Std Distsi Harmonisa Arus Maksimum dalam terhadap THDV V1 (1) < 0 * 4 1, 0,6 0, ,, 1 0, 8 Ih 0 h THDI () 0 10 () 4, 4 1, 0,7 1 I1 100 THD V adalah THD tegangan, THD I adalah 100 1, 1 1 THD arus. V h dan I h adalah tegangan dan 1000 arus harmonisa. V 1 dan I 1 adalah tegangan > 1 7 6, 1,4 dan arus fundamental Standar Harmonisa IEEE Filter Harmonisa Pasif Single-Tuned Besarnya THD maksimum yang Filter harmonisa pasif digunakan untuk diijinkan untuk tiap negara berbeda mereduksi harmonisa de frekuensi tertentu tergantung standar yang digunakan. Standar dari sebuah tegangan atau arus. Pada filter untuk THD umumnya ditunjukkan pada harmonisa pasif jenis single-tuned, hanya ada Gambar 1. satu de yang ditala. I SC /I L I L Orde Harmonisa Individual <11 11 h h 3 3 h 3 3 h T D D (a) Gelombang fundamental (b.1) Gelombang harmonisa-3 (b.) Gelombang harmonisa- (c) Gelombang Terdistsi Gambar 1. Gelombang Terdistsi Akibat Harmonisa Z (ω)=r + j(ωl - 1/ωC) (3) Z (ω) adalah Impedansi filter terhadap frekuensi. R, L, C adalah nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi komponen filter (a) (b) Gambar. Pengaruh ke impedansi: (a) Rangkaian filter Single-Tuned; (b)grafik impedansi filter terhadap frekuensi ISBN:

3 Seminar Nasional Teknologi Infmasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 01 1 PLN Segara Madu Gambar 3. Gambar skematik Phase Shifting Transfmer Gambar 4. Gambar pemasangan Line dan Load React.. Phase Shifting Transfmer Phase shifting transfmer dapat digunakan untuk mereduksi harmonisa. Prinsip kerjanya adalah mensuper-posisikan komponen-komponen harmonisa arus yang signifikan dari dua cabang beban sistem sehingga saling meniadakan. Gambar 3 adalah gambar skematik trafo penggeser fasa. G. Reakt Reakt dirancang untuk mengurangi arus yang mengalir pada saluran terutama saat terjadi hubung singkat. Dalam beberapa kasus (Gambar 4), penggunaan reakt juga dapat mengurangi harmonisa..6. Sistem Kelistrikan PT. Wilamar Nabati Sistem kelistrikan di pabrik PT. Wilmar Nabati, Gresik menggunakan suplai listrik dari PLN Segara Madu MVAsc di tegangan 0 kv dan 9 generat di tegangan 0.4 kv. Tabel 1. Data Grid PLN di PT. Wilmar Nabati, Gresik kv Tipe MW Mvar PF Nominal Power Grid 0 18, Tabel. Data Transfmat di PT. Wilmar Nabati Rating Bus / Plant Daya (MVA) Ref. & Frac TPD Rating Tegangan (kv) Bus / 0.4 TF-KB Bus / 0.4 Boiler Bus / 0.4 Tabel 3. Data di PT. Wilmar Nabati, Gresik kv M Mva Tipe Nomin W r PF al BPT 1 BPT NGT STG 1 STG ISBN:

4 Seminar Nasional Teknologi Infmasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 01 kapas it CAP CAP 3 CAP Tabel 4. Data Kapasit Bank di PT. Wilmar Nabati, Rating Rating Daya Tegang Lokasi (kvar) an (kv) 60 kvar 0.4 kv 40 kvar 300 kvar 0.4 kv 0.4 kv Ref.& Frac. 3000T Fatty Acid 01+ Hydrogena tion Keter angan Conti nous Conti nous Stand by Tabel. Data Beban dan VSD di PT. Wilmar Nabati, Jenis Beban Peak Load Nmal Load Mot 3 fasa MW.9493 MW Mot 1 fasa 0.08 MW MW Lump Load 1.48 MW 1.48 MW 3. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan dalam penelitian ini dijabarkan pada flowchart (Gambar ). Diawali dengan pengumpulan keseluruhan data single line diagram, data peralatan (grid, generat, trafo dan beban) dan data pengukuran harmonisa, kemudian disimulasikan. Simulasi yang pertama adalah simulasi aliran daya/load flow. Dari hasil simulasi, akan dilakukan analisis perhitungan tap trafo untuk memperbaiki profil tegangan di semua bus sehingga memenuhi standar (98-10). Apabila tegangan di semua bus telah sesuai standar, selanjutnya dilakukan simulasi aliran daya harmonisa/harmonic load flow untuk melihat nilai indeks harmonisa (THD V dan THD I ) serta karakteristik harmonisa (de dan magnitude) di keseluruhan sistem. Pada simulasi harmonic load flow, data library harmonisa VSD dimodelkan sesuai dengan hasil pengukuran. Gambar. Diagram Alir Peredaman Harmonisa di PT.Wilmar Nabati, Gresik Langkah pertama untuk meredam harmonisa adalah dengan menggunakan trafo penggeser fasa di beberapa lokasi yang terdapat dua atau lebih trafo terpasang secara paralel dalam satu bus yang sama. Nilai indeks harmonisa tegangan dibandingkan dengan standar IEEE , apabila belum memenuhi standar, maka akan dilanjutkan pada langkah kedua. Langkah kedua adalah dengan memasang filter harmonisa pasif. Pemasangan filter harmonisa pasif menyesuaikan dengan karakteristik harmonisa di bus lokasi pemasangan. Langkah ketiga adalah dengan memasang reakt. Pemasangan reakt perlu memperhatikan besarnya penurunan tegangan. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada kondisi peak load, hampir semua bus mengalami undervoltage, sehingga diperlukan pengaturan tap trafo untuk memperbaiki tegangan(tabel 6). Trafo penggeser fasa yang digunakan ditunjukkan pada gambar 6. ISBN:

5 Seminar Nasional Teknologi Infmasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 01 3 Trafo Biodi esel Biodi esel 3 CPK O Tabel 6. Perbaikan nilai tegangan setelah pengaturan tap trafo pada kondisi peak load di sebagian bus Tap trafo primer (-) primer (-) primer (-) Bu s Peak Load V sebelu m V setelah V stand ar Pada tabel 7 dan tabel 8, menunjukkan pengurangan indeks harmonisa tegangan pada bus trafo TF-KB dan telah memenuhi standar (tidak perlu filter harmonisa). Desain filter di Bus Outgoing Trafo Refinery-Fract. 3100TPD a. Single Tuned Orde, frekuensi = 0 Hz PF sebelum 90. PF sesudah 9 Q = 63 x ( tan θ awal tan θ target ) (1) = 414 x (tan (cos )- tan (cos )) = kvar Maka, kvar (Q c ) per fasa sebesar 84 kvar Maka, nilai kapasit komponen filter sebesar () Nilai indukt sebagai komponen filter adalah (3) Gambar 6. Penentuan Phase Shifting Trafo antara trafo TF-KB dan trafo Refinery&Fract 3100 TPD Tabel 7. Data Perubahan Nilai THD Sebelum dan Sesudah Penggunaan Trafo Penggeser Fasa (Peak Load) Data Nilai THD Trafo Refinery- Fract 3100 TPD Bus sebelum setelah Stan dar Tabel 8. Data Perubahan Nilai IHD Sebelum dan Sesudah Penggunaan Trafo Penggeser Fasa (Peak Load) Trafo Bu s Data Nilai IHD sebelu m setela h de Standar Refinery Fract TP D TF - KB (4) () Dan komponen resistansi filternya, asumsi nilai Q = 30, adalah (6) b. Single Tuned Orde 11, frekuensi = 0 Hz PF sebelum 9 PF sesudah 98 Q = 60 x ( tan θ awal tan θ target ) (7) = 60 x (tan(cos )- tan (cos )) = kvar Maka, kvar (Q c ) per fasa sebesar 706 kvar Maka, nilai kapasit sebagai komponen filter (8) Nilai indukt sebagai komponen filter adalah ISBN:

6 4 Seminar Nasional Teknologi Infmasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 01 (9) (10) (11) Dan komponen resistansi filternya, asumsi nilai Q = 30, adalah (1) Pemasangan filter harmonisa pasif pada semua bus yang indeks harmonisa tegangannya melebihi standar menurunkan harmonisa arus. Namun, masih terdapat 1 lokasi yang indeks THD I masih melebihi standar yaitu di lokasi plant boiler (THD I =6.0, standar=1), sehingga dibutuhkan pemasangan reakt pada sisi outgoing trafo boiler (gambar 7). Gambar 7. Pemasangan Reakt pada Trafo Boiler Perhitungan Biaya Ekonomis Penggunaan trafo penggeser fasa di lokasi yaitu pada trafo H Hydrochem 01 dan trafo Refinery&Fract 3100 TPD saat kondisi beban penuh, mampu meredam gangguan harmonisa atau setara dengan penggunaan filter harmonisa pasif di panel TF OLEO Shipment dan di panel TF-KB. Misalkan pada panel TF OLEO Shipment seharusnya dipasang filter dengan kapasitas 64 kva dan pada panel TF-KB seharusnya dipasang filter dengan kapasitas 1311 kva. Sehingga, penghematan yang bisa didapat adalah sebesar. KESIMPULAN Kesimpulan pada penelitian ini, yaitu: a) Orde harmonisa yang dominan di sistem kelistrikan PT.Wilmar Nabati, Gresik adalah de,7,11 dan 13; b) Penggunaan trafo penggeser fasa dapat meredam harmonisa de dan 7 tapi tidak bisa meredam harmonisa de 11. Selain itu tidak di semua lokasi dapat digunakan trafo penggeser fasa, sehingga digunakan filter harmonisa pasif; c) Pemasangan filter harmonisa pasif dapat meredam semua gangguan harmonisa tegangan dan harmonisa arus sehingga memenuhi standar IEEE , pada saat kondisi beban puncak maupun beban nmal, kecuali pada plant boiler; d) Pemasangan reakt pada sisi outgoing trafo boiler efektif untuk meredam harmonisa arus; e) Penggunaan trafo pengggeser fasa dapat mengurangi penggunaan filter harmonisa sehingga dapat menghemat biaya investasi sebesar Rp , DAFTAR PUSTAKA [1] Sekar, T. C., Rabi, B. J., A Review and Study of Harmonic Mitigation Techniques, International Conference Emerging Trends in Electrical Engineering and Energy Management (ICETEEEM), India, 01. [] Mukti, Ersalina Werda, Analisis Pemasangan Electrolyzer dan Perencanaan Filter Harmonisa Pada Sistem Kelistrikan PT. Wilmar Gresik Untuk Meredam Tingkat Distsi Harmonisa. Tugas Akhir ITS, Surabaya, 011. [3] Sunarto, Setio Aji. Analisa Penempatan Kapasit Bank Dan Power Quality Menggunakan Etap Pada Sistem Kelistrikan Pt. Wilmar Nabati, Gresik. Tugas Akhir ITS, Surabaya, 01. [4] IEEE Std , IEEE Recommended Practices and Requirements f Harmonic Control in Electrical Power Systems. 1 $/kva x [64 kva kva] = $ = Rp ,00 (1$=Rp ,00) (13) ISBN: