PENGARUH KAPASITOR BANK PADA BUSBAR BHA, BHB DAN BHC DI PUSAT REAKTOR SERBA GUNA GA. SIWABESSY*)

Transkripsi

1 SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER 011 PENGARUH KAPASTOR BANK PADA BUSBAR BHA, BHB DAN BHC D PUSAT REAKTOR SERBA GUNA GA. SWABESSY*) Koes ndrakoesoema 1, Yayan Andryanto, Kswanto 3 1,,3 Pusat Reaktor Serba Guna BATAN Kawasan Puspptek Serpong Gedung No. 30, Kota Tangerang Selatan Banten Alamat emal : koes@batan.go.d ABSTRAK PENGARUH KAPASTOR BANK PADA BUSBAR BHA, BHB DAN BHC D PUSAT REAKTOR SERBA GUNA GA. SWABESSY. Pemasangan kapastor bank pada ke tga jalur (BHA, BHB dan BHC) telah dlakukan, masng-masng dengan daya 500 kar yang terbag dalam 10 step, dengan tap step 50 kar. Pemasangan dlakukan karena selama reaktor beroperas total faktor daya (cos φ) d bawah 0,85 sehngga terkena denda oleh PLN. Pengukuran telah dlakukan saat reaktor sedang beroperas pada bulan Jul dan September 011 d output 3 buah transformator yang terhubung ke masng-masng busbar dengan menggunakan Power Qualty Analyzer Hok Parameter lstrk yang dukur adalah daya aktf (P), daya semu (S), daya reaktf (Q) dan faktor daya (cos φ). Kapastor bank pada jalur BHA telah mengalam kerusakan, sehngga cos φ turun hngga 0,8; sedangkan pada jalur BHB dan BHC cos φ mencapa 0,9 dan 0,945. Kata kunc : Kapastor Bank, transformator, faktor daya ABSTRACT EFFECT OF CAPACTOR BANKS ON BUSBAR BHA, BHB AND BHC N ULT PURPOSE REACTOR GA. SWABESSY. nstallaton of capactor banks on the three lnes (BHA, BHB and BHC) has been carred out, each wth a power 500 kar whch s dvded nto 10 steps, wth each step 50 kar. The Purpose of nstallaton capactor banks s durng the reactor operaton the total power factor (cos φ) below 0.85, so ncur a fne by PLN. easurements have been done when the reactor s operatng n July and August at the output of 3 transformers whch connected to each busbar usng Hok 3197 Power Qualty Analyzer, electrcal parameters were measured are actve power (P), apparent power (S), reactve power (Q) and power factor (cos φ). Capactor banks on track BHA has been damaged, so that cos φ drops to 0.8 whle cos φ of lne BHB and BHC reaches 0.9 and Key wordas : Bank capactor, transformator, power factor 1. PENDAHULUAN Salah satu cara yang palng ekonoms, mudah, dan aman untuk mengrmkan energ adalah melalu bentuk energ lstrk. Energ lstrk sudah menjad kebutuhan pokok bak bag ndustr maupun rumah tangga sehngga dbutuhkan kelangsungan penyaluran sstem tenaga lstrk secara handal dan bak. Penggunaan yang efsen dan pemasangan peralatan lstrk serta komponen yang tepat akan membantu dalam penggunaan energ lstrk secara hemat dan mempunya manfaat optmal sepert yang dharapkan. Penerapan program penghematan energ d kantor-kantor pemerntah dapat memperkecl baya energ untuk setap satuan produk (specfc energy consumpton) dsampng akan menghemat pemakaan energ nasonal juga akan menghemat pemakaan anggaran. Pusat Reaktor Serba Guna (PRSG) terdr dar gedung, yatu Gedung No.30 yang merupakan gedung reaktor beserta fasltas laboratorumnya dan Gedung No.31 yang merupakan gedung perkantoran, d mana energy lstrk untuk ke dua gedung tersebut d catu oleh PLN melalu 3 buah transformator 0 k/400 ke masng-masng bus bar BHA, BHB dan BHC. asng-masng bus bar mencatu berbaga tpe beban antara lan motor pompa, motor katub, Koes ndrakoesoema dkk 85 Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN

2 motor chller, penerangan, lft, dll. Kontrak daya dengan PLN telah mengalam (dua) kal perubahan, kontrak daya pertama adalah 4805 ka kemudan dlakukan penurunan daya menjad 3805 ka dan terakhr dturunkan kembal menjad 3030 ka. Hal n dlakukan karena daya yang dgunakan d reaktor selama n, rata-rata adalah 1834 ka atau sektar 60,5%. Pemasangan kapastor bank telah dlakukan pada tap-tap busbar, yatu masng-masng 500 kar dengan tujuan memperbak faktor daya agar lebh besar dar 0,85 sehngga tdak terkena denda oleh PLN. Pada makalah n akan danalss pengaruh kapastor bank pada ke tga jalur serta kegagalan 1 set kapastor bank pada satu jalur, yatu jalur BHA. SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER 011 saluran, transformator, motor lstrk, pemanas lstrk (heater), dan lan sebaganya. Bla dhubungkan pada sumber arus bolakbalk maka beban resstf memlk karakterstk sebaga berkut : AC Gambar 1. Beban resstf pada sumber arus bolak-balk R. TEOR Sstem dstrbus dkenal dengan sstem dstrbus prmer yatu tegangan dar tegangan tngg (TT) dturunkan ke tegangan menengah T dengan menggunakan step down transformer, dan sstem dstrbus sekunder dmana tegangan T dturunkan lag ke tegangan rendah (TR). Pemakaan (utlsas) yang menggunakan tegangan rendah ddapat dengan cara menurunkan tegangan menengah 0 k, 1 k atau 6 k ke tegangan 380 /0 dengan transformator penurun tegangan pada gardu tang ataupun gardu beton yang berada dlngkungan sektar konsumen. Penghematan pemakaan energ lstrk (kwh) oleh konsumen dapat dlakukan dengan lma cara, yatu : 1. enggunakan pemanfaat lstrk (beban lstrk) yang hemat energ,. emnmalkan pemakaan energ lstrk, 3. emnmalkan rug jarngan dengan menggunakan penghantar berpenampang besar dan atau menggunakan tegangan tngg, 4. engurang rug konduktor dengan menggunakan materal super-conductor, 5. emnmalkan rug jarngan dengan mengkompensr daya reaktf nduktf/kapastf. Beban-Beban Lstrk ) Jens-jens beban energ lstrk terbag atas 3 jens beban yatu : Beban Resstf Beban nduktf Beban Kapastf Beban Resstf (resstor) Beban resstf (resstor): adalah beban yang berasal dar suatu komponen tahanan murn dengan smbol (R), memlk satuan Ohm ( ). Beban resstf terdapat pada generator, bahan penghantar, Gambar. Dagram vektor beban resstf Resstans suatu beban dberkan oleh rumus : ( t) R = [ ] (1) ( t) dmana : (t) (t) = besar tegangan lstrk fungs. [olt]. = besar arus yang mengalr fungs [Ampere]. Beban nduktf (nduktor) Beban nduktf (nduktor) adalah beban yang berasal dar suatu penghantar untuk menghaslkan medan magnet yang dpergunakan untuk: merubah energ mekank ke energ lstrk ataupun sebalknya, menakkan atau menurunkan tegangan lstrk dan lan sebaganya. nduktor tu sendr memlk smbol (L) dengan satuan Henry. Beban nduktf terdapat pada suatu saluran transms yang merupakan rug-rug dar saluran tersebut. Beban nduktf juga terdapat pada generator, motor lstrk, kontaktor magnet, dan lan sebaganya. nduktans dberkan dengan persamaan : d 1 (t) = L dan (t) = dt. dt () L L = ( t) d / dt dmana : (t) = besar tegangan lstrk dalam fungs. [olt]. (3) Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN 86 Koes ndrakoesoema dkk

3 SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER 011 d/dt = turunan pertama dar arus terhadap [Ampere] Bla dhubungkan pada sumber arus bolakbalk maka beban nduktf memlk karakterstk sebaga berkut : (t) = 1 C dt dq d = C dt dt (t) = (6) (7) Q(t) = C.(t) (8) AC L aka : Q A C = = d = o r A d (Farad) (9) Gambar 3. Beban nduktf pada sumber arus bolak-balk Gambar 4. Dagram vektor beban nduktf Reaktans nduktf suatu beban dberkan oleh rumus : maka, (5) L = X L = L = [ ] (4) [Henry] dmana : = kecepatan sudut [rad/sec] = f ; f = frekuens tegangan.[hertz] X L = reaktans nduktf [ ] Beban Kapastf (kapastor) Beban Kapastf (kapastor) adalah beban yang berasal dar dua bahan penghantar (konduktor) yang terpsah, dengan polartas yang berbeda pada penghantarnya. Beban kapastf n berfungs menympan muatan lstrk. Beban kapastf dantaranya terdapat pada: saluran penghantar, mesn snkron berpenguatan lebh, kapastor, dan lan sebaganya. Kapastor memlk smbol (C) dengan satuan Farad. Kapastans dberkan dengan persamaan : dmana : (t) = besar tegangan lstrk dalam fungs. [olt]. d/dt = turunan pertama dar arus terhadap [Ampere]. C = besar kapastans (Farad) Q = muatan pada salah satu konduktor (Coulomb) = tegangan kedua konduktor (olt) = permtvtas bahan antara dua penghantar o = permtvtas udara ( ) r = permtvtas relatf bahan. A = luas masng-masng plat penghantar D = jarak antara dua penghantar Bla dhubungkan pada sumber arus bolakbalk maka beban kapastf memlk karakterstk sebaga berkut : AC C Gambar 5. Beban kapastf pada sumber arus bolakbalk Gambar 6. Dagram vector beban kapastf delektrk udara Daya Lstrk ) Daya adalah banyaknya perubahan tenaga terhadap dalam besaran tegangan dan arus dengan satuan Watt. Daya dalam Watt yang dserap Koes ndrakoesoema dkk 87 Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN

4 oleh suatu beban pada setap saat adalah hasl kal tegangan beban sesaat (olt) dengan arus sesaat yang mengalr dalam beban tersebut (Ampere). Dalam kelstrkan dkenal adanya beberapa jens daya, yatu : Daya Semu (S) Daya Aktf (P) Daya Reaktf (Q) SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER 011 S P Gambar 7. Segtga Daya Q Daya Semu Daya semu untuk sstem fasa tunggal dengan srkut dua kawat adalah perkalan skalar arus dan tegangan efektfnya. Daya semu (S) dnyatakan melalu persamaan : S. [A] (10) Sedangkan untuk sstem 3 fasa daya semu dnyatakan dengan : Daya Aktf S 3. [A] (11) dmana : P =.. cos Q =.. sn cos sn Daya aktf dnyatakan oleh persamaan : maks maks P cos (1) P adalah daya rata-rata yang juga dsebut sebaga daya aktf. P = cos Q = sn S = Laggng Gambar 8. Segtga Daya untuk beban Persamaan untuk daya beban tga fasa yang sembang dnyatakan oleh nduktf P 3 jala - jala jala - jala cos [Watt] (13) dmana: jala = tegangan efektf jala = arus jala efektf cos sn Daya Reaktf Daya reaktf dtulskan dengan persamaan : Q atau maks maks sn Q sn [Ar] (14) (15) S = Q = sn Leadng P = cos Gambar 9.Segtga Daya untuk beban Kapastf Dar gambar-gambar d atas jelas bahwa S atau P = S cos Q = S sn P Q Segtga Daya 1) Hubungan antara daya semu (S), daya aktf (P) dan daya reaktf (Q) dkenal dengan stlah segtga daya. Hubungan antara ketganya, bak untuk beban bersfat nduktf maupun untuk beban bersfat kapastf dapat dlhat pada gambar berkut n. Faktor Daya 1) Faktor daya pada dasarnya ddefnskan sebaga perbandngan daya reaktf dengan daya semu dan dapat drumuskan dengan : Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN 88 Koes ndrakoesoema dkk

5 SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER 011 faktor daya = cos = P( daya aktf ) S( daya semu) (17) Sudut adalah sudut fasa; dmana arus mendahulu tegangan (leadng) atau arus tertnggal dar tegangan (laggng) dar beban yang bersangkutan. Semua peralatan lstrk, kecual motor snkron, tahananpemanas dan lampu pjar, mengkonsums daya lstrk pada faktor kerja pengkut (laggng) BEBAN PADA JALUR BHA, BHB DAN BHC Gedung reaktor GA. Swabessy d catu oleh 3 buah transformator (BHT01, BHT0 dan BHT03) masng-masng mempunya kapastas 1600 ka, 0 k/400. Tga buah transformator n masngmasng dhubungkan ke 3 buah busbar BHA, BHB dan BHC, sepert terlhat pada Gambar 10. Tabel 1, dan 3 menunjukkan jens beban dan dayanya yang melalu tap-tap jalur BHA, BHB dan BHC. BHA 01 Tabel 1. Beban pada jalur BHA 3) No. Jens Beban Kode Daya (kw) Rate d (A) 1. otor Katup PA-01 AA001 1,1 3,. otor Katup PA-01 AA003 0,55 1,9 3. otor Katup PA-01 AA010 0,55 1,9 4. otor Katup PA-01 AA011 0,03 0,5 5. otor Katup PA-01 AA01 0,55 1,9 6. otor Katup PA-01 AA014 0,55 1,9 7. otor Katup PA-01 AA016 0,55 1,9 8. otor Katup PA-01 AA00 0,55 1,9 9. otor Katup PA-01 AA0 0,55 1,9 BHA otor Fan PA-01 AH otor Fan PA-01 AH otor Fan PA-01 AH BHA otor Pompa PA-01 AP BHA Hydraulc Booster 15. Chlled Water Plant GHC0 GS * / 10 QKJ00 GS * / 300 T O T A L 474,98 Tabel. Beban pada jalur BHB 3) BHB 01 No. Jens Beban Kode Daya (kw) Rated (A) 1. otor Katup PA-0 AA001 1,1 4. otor Katup PA-0 AA003 1, otor Katup PA-0 AA010 0,55 1,6 4. otor Katup PA-0 AA011 0, otor Katup PA-0 AA01 0,55 1,6 6. otor Katup PA-0 AA014 0,55 1,6 7. otor Katup PA-0 AA016 0,55 1,6 8. otor Katup PA-0 AA00 0,55 1,6 9. otor Katup PA-0 AA0 0,37 1,6 10. otor Katup PA-0 AA004 0,03 1 BHB otor Pompa PA-04 AP00 4, otor Fan PA-0 AH * / otor Fan PA-0 AH * / otor Fan PA-0 AH * /15 BHB otor Pompa PA-0 AP * /40 BHB Panel GCA01 GS * / otor Crane SK * / Panel otor QKJ00 GS * /40 entlas 0 T O T A L 486,78 Tabel 3. Beban Pada Jalur BHC 3) BHC 01 No. Jens Beban Kode Daya (kw) Rated (A 1. otor Katup PA-03 0,55 1,6. otor Katup AA004 PA-03 0, otor Katup AA003 PA-05 0, otor Katup AA00 PA-03 0,55 1,6 5. otor Katup AA011 PA-03 0,55 1,6 6. otor Katup AA01 PA-03 0,55 1,6 7. otor Katup AA013 PA-04 0, otor Katup AA00 PD-01 0,55 1,6 9. otor Katup AA001 PD-01 0,55 1,6 BHC 0 AA otor Katup PD-01 0,55 1,6 11. otor Katup AA003 GBA01 0, otor Fan AA001 PD * /1 11. otor Pompa AH001 PA-04 AP001 4,4 516 Koes ndrakoesoema dkk 89 Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN

6 BHC 05 1 otor Pompa. 13. otor Pompa PA-05 AP001 PA-03 AP001,5 6, * / 400 BHC Panel UKA04 GP Panel PAH01/ GS Panel otor entlas KLC00 GS SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER HASL DAN PEBAHASAN Panel pada Busbar BHA, BHB dan BHC telah dpasang kapastor Bank dengan daya masngmasng 500 kar. Hasl pengukuran daya dan faktor daya (cos φ) pada busbar BHA dapat dlhat pada Gambar 11 dan Gambar 1. Daya (W/A/KAr) 17. Panel otor entlas QKJ00 GS * / 400 T O T A L 459,969 *) Kapastas CB ) Kapastas arus hubung sngkat Total beban pada jalur BHD adalah 183,8 kw, jalur BHE adalah 198,1 kw dan jalur BHF adalah 17,5 kw. Gambar 11. Daya (P, S, dan Q) pada jalur BHA Dar Gambar 11 terlhat rata-rata daya aktf (P) adalah 610 kw, daya semu (S) adalah 76 ka dan daya reaktf (Q) adalah 455 kar. Tnggnya daya reaktf dsebabkan kegagalan kapastor bank dalam memperbak faktor daya, hal n bsa dlhat pada Gambar 1, dmana cos φ jatuh pada harga 0,8 dan sempat terjad fluktuas beban sesaat dmana cos φ turun hngga 0,74. BUS BAR BHT01 GS001 GS001 GS001 0k 0k 0k 1600kA BHT0 1600kA BHT kA GS00 Faktor daya BHA 500A 380/0; 3/PE/N~50Hz BHB 500A 380/0; 3/PE/N~50Hz BHC 500A 380/0; 3/PE/N~50Hz SR5E PT.PLN BHD BR10 G 3~ BHE BR0 G 3~ BHF BR30 G 3~ kapastor kapastor kapastor BNA 380/0; 50Hz BNB 380/0; 50Hz BNC 380/0; 50Hz 150A 5A 150A 5A BTD01 BTP01 BTJ11 BTJ1 BTD0 BTP0 BTJ1 BTJ BTD03 BTP03 BTJ31 BTJ3 160A BRA 0 1/PE ~50Hz BRU01 430A 150A BTU11 BTU1 50A BWE BA 4, L+/L-/PE/A 0 ; L+/L-/PE 140A 160A RPS RED A BRU0 150A BWF 0 ; L+/L-/PE BTU1 BTU 50A 140A EERGENCY CONTROL ROO Gambar 10. Dagram segars sstem lstrk RSG- GAS BRB BWG 4, L+/L-/PE/A 380/0 1/PE ~50Hz 0 ; L+/L-/PE 4, L+/L-/PE/A RPS RED. - BRU03 150A BTU31 BTU3 50A RPS RED. Gambar 1. Faktor daya (cos φ) beban jalur BHA Daya dan faktor daya pada jalur BHB dapat dlhat pada Gambar 13 dan Gambar ETODE PENELTAN Pengukuran parameter lstrk dlakukan pada saat reaktor operas, dmana beban-beban pada jalur BHA, BHB dan BHC pada keadaan maksmal. Peralatan yang dgunakan adalah Power Qualty Analzer Hok 3197 dan dpasang pada output transformator BHT01, BHT0 dan BHT03. Lhat Gambar 10. Pengukuran pada jalur BHA dlakukan pada bulan September 011 selama 4 jam, pada jalur BHB dan BHC pada bulan Agustus 011 selama 4 jam Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN 90 Koes ndrakoesoema dkk

7 SENAR NASONAL SD TEKNOLOG NUKLR YOGYAKARTA, 16 NOEBER 011 Daya (W/A/KAr) 300 kw dkut kenakan daya reaktf menjad 150 kar. Rata-rata daya aktf P = 351 kw, daya semu S = 369 ka dan daya reaktf Q = 110 kar. Faktor daya Gambar 13. Daya (P, S, dan Q) pada jalur BHB Dar gambar d atas terlhat daya aktf jauh lebh besar dar daya reaktf, dmana P = 558 kw, daya semu, S = 605 ka dan daya reaktf, Q = 35 kar. Hal n menunjukkan kapastor bank mash berfungs bak dmana faktor daya lebh besar dar 0,85, sepert terlhat pada gambar 14, yatu 0,9 Faktor daya Gambar 16. Faktor daya (cos φ) beban jalur BHC Faktor daya pada jalur BHC saat pengukuran sempat mengalam penurunan sampa d bawah 0,85 dalam sngkat, hal n dkarenakan adanya fluktuas beban, namun rata-rata cos φ selama 4 jam adalah 0,945, dengan demkan kapastor bank pada jalur BHC mash berfungs bak. 5. KESPULAN Kapastor bank pada jalur BHA mengalam kerusakan sehngga faktor daya turun hngga 0,8 sedangkan pada jalur BHB dan BHC faktor daya mash berfungs bak karena mash d atas 0,85, yatu masng-masng 0,9 dan 0, REFERENS Gambar 14. Faktor daya (cos φ) beban jalur BHB Pada jalur BHC, daya aktf, daya semu dan daya reaktf dapat dlhat pada Gambar 15 dan faktor dayanya pada Gambar 16. Daya (W/A/KAr) 1. ZUHAL, Dasar Teknk Tenaga Lstrk dan Elektronka Daya, Grameda Pustaka Utama, Jakarta, PABLA AS, ABDUL HAD, Sstem Dstrbus Daya Lstrk, Erlangga, Jakarta, KOES NDRAKOESOEA, dkk, Optmas Pemakaan Energy Lstrk Pada Gedung 90 PKTN BATAN, Prosdng PP-PDPTN 008, Yogyakarta, 15 Jul antenance and Repar anual (R) PR30, nteratom, Germany, 1988 Gambar 15. Daya (P, S, dan Q) pada jalur BHC Pada Gambar 15 terlhat daya aktf P lebh besar dar daya reaktf Q, saat terjad fluktuas beban daya aktf Koes ndrakoesoema dkk 91 Sekolah Tngg Teknolog Nuklr-BATAN