STUDI ANALISA DISTORSI HARMONIK PADA UNIT KILN INDARUNG II PT. SEMEN PADANG

Transkripsi

1 STUDI ANALISA DISTORSI HARMONIK PADA UNIT KILN INDARUNG II PT. SEMEN PADANG Ole: Zulkarnaini 1, Dasman 1, Micel A.A 2 1 Dosen Program Studi S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Padang 2 Maasiswa Program Studi S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Padang zulkarnainieva@gmail.com Abstract Harmonisa yang ditimbulkan beban non linier dapat menyebar ke seluru bagian sistem tenaga listrik. Harmonik merupakan suatu fenomena yang terjadi akibat dioperasikannya beban listrik nonlinier, beban listrik nonlinier adala beban listrik yang memiliki sifat menyimpang dari ukum Om, peralatan beban non linear seperti motor listrik, komputer, printer, inverter dan sebagainya. Tingkat armonik yang melewati standar dapat menyebabkan terjadinya tingkat panas pada peralatan. Distorsi bentuk gelombang tegangan dan arus yang ditimbulkan akan menjadi potensi gangguan yang serius bagi peralatan supply maupun beban listrik yang terubung secara bersama bila melebii batas yang ditetapkan. Data THD diambil melalui software pada Unit Kiln Indarung II PT. Semen Padang. Pengelompokan beban atas tingkatan bus pada kasus ini dipandang cara yang cukup baik untuk mengamati perambatan armonisa pada sistem. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis armonik yang ada pada sistem kelistrikan Unit Kiln Indarung II PT. Semen Padang, Untuk menentukan tingkat armonik tertinggi pada Unit Kiln Indarung II PT. Semen Padang, Dengan simulasi armonik menggunakan software ETAP, data total armonik distortion THDi bus incoming sebesar 64,15% yang dimana nilai tersebut suda melebii dari standar IEEE. Maka yang dipasang adala tipe single tuned pada orde ke-3, orde ke-5, orde ke-7, ke-9, ke-11, ke-13, ke-15 dan ke-17. Setela pemasangan armonik diatas terjadi penurunan nilai THDi dari 64.15% menjadi 3.25%. Kata Kunci : Harmonik, THD, Filter. 1. PENDAHULUAN Pada dasarnya, gelombang tegangan dan arus yang ditransmisikan dan didistribusikan dari sumber ke beban berupa gelombang sinusoidal murni. Akan tetapi, pada proses transmisi dan distribusi ini terjadi berbagai macam gangguan seingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal murni. Sala satu fenomena penyimpangan bentuk gelombang sinusoidal ini adala distorsi armonik Studi Literatur Secara umum, di Indonesia masala kualitas daya belum sampai menjadi peratian secara nasional dan detail, beberapa al memang suda cukup diperatikan dari pengguna namun masi dalam kaitan tegangan renda, tidak stabil atau pemadaman listrik. Padaal kualitas daya listrik bukan anya masala tegangan saja atau terputusnya catuan tetapi menyangkut karakteristik parameter kelistrikannya seperti arus dan frekuensi dan kaitannya dengan armonik, arus bocor, tegangan transient, sag/dips, surge, swell, ripple, noise, dan lain sebagainya yang dapat merusak peralatan dan mengurangi umur perangkat/device. Sebelum era elektronika modern, sumber daya listrik dimaksudkan untuk memberikan energi listrik pada beban lampu pijar, pemanas, penyeara dengan dioda, dan sebagainya. Beban tersebut tidak mempengarui karakteristik pada tegangan, arus, frekuensi, dan bentuk gelombang, artinya bentuk tidak beruba (tetap) maka beban demikian disebut beban linier. Seiring dengan perkembangan teknologi elektronika, teknologi sistem konversi dan kontrol, bebanbeban sumber daya listrik ternyata ada yang mempengarui karakteristik pada tegangan, arus, frekuensi dan bentuk gelombang, artinya bentuk gelombang beruba atau cacat, beban yang mengakibatkan al ini disebut beban non linier. Ada beberapa penelitian yang perna dilakukan sebelumnya ole beberapa peneliti yang terus berkembang dalam kajian penyebab armonik dan penggunaan armonik. Mark Mc G. (2009) Filter aktif bisa memiliki aplikasi yang luas untuk DOI /JM.2017.V ITP Press. All rigt reserved. 40

2 mengendalikan armonik arus dari beban. yang tidak liner. Kinerja yang terbaik diperole untuk beban seperti Pulse Widt Wave Modulatiom (PWM) dan Alternating Speed Divices (ASDs), dimana gelombang tidak memiliki perubaan yang rumit untuk aktif.transien switcing kapasitor bisa juga menyebabkan kelebian beban dari dioda parallel di inverter. Perangkat lain di pelanggan juga dapat memiliki masala dengan transien. Filter armonik tela menjadi alternatif untuk mengendalikan tingkat armonik dalam industri dan fasilitas komersial. Bila terjadi superposisi antara gelombang frekuensi dasar dengan gelombang frekuensi armonik maka terbentukla gelombang yang terdistorsi seingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal. Fenomena ini disebut dengan distorsi armonik. Berdasarkan pemparan diatas analisa ini bertujuan untuk mempelajari kondisi armonik pada suatu sisitem kelistrikan serta mengaplikasikan suatu armonik berbasis simulasi dan program pada suatu system kelistrikan ini. Maka dari itu penilitan ini kami beri judul Analisa Perancangan Filter Harmonik Pada Unit Kiln Indarung II PT. Semen Padang Menggunakan Program ETAP. 1.3 Landasan Teori Harmonisa merupakan suatu fenomena yang terjadi akibat dioperasikannya beban listrik nonlinier, beban listrik nonlinier adala beban listrik yang memiliki sifat menyimpang dari ukum om. Beban non linier yang umumnya merupakan peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor, yang dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan Prasetyadi, Willy dkk (2012) Gambar 1. Konsep dasar gelombang armonik Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni/aslinya seingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumla antara gelombang murni sesaat dengan gelombang armoniknya. Gambar 2 dan 3.menunjukkan komponen gelombang sinus fundamental dan komponen armonik yang terkandung didalamnya. Gambar 2. Gelombang fundamental dan gelombang armonik ke-3 berbeda fasa 180 o, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi olearmonik ke-3 Gambar 3. Gelombang fundamental dan gelombang armonik yang ke-3 berbeda fasa 0, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi ole armonik ke-3. Fenomena ini akan menimbulkan ganggguan beban tidak linier satu pase. Hal di atas banyak terjadi pada distribusi yang memasok pada areal perkantoran/komersial. Sedangkan pada areal perindustrian gangguan yang terjadi adala beban non linier tiga pase yang disebabkab ole motor listrik, kontrol kecepatan motor, batere carger, electroplating, dapur busur listrik, dll. Setiap komponen sistem distribusi dapat dipengarui ole armonik walaupun dengan akibat yang berbeda. Namun demikian komponen tersebut akan mengalami penurunan kinerja dan bakan akan mengalami kerusakan. Sala satu dampak yang umum dari gangguan armonik adala panas lebi pada kawat netral dan transformator sebagai akibat timbulnya armonik ketiga yang dibangkitkan ole peralatan listrik satu pase. 41

3 Pada keadaan normal, arus beban setiap pase dari beban linier yang seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling mengurangi seingga arus netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban tidak linier satu pase akan menimbulkan armonik kelipatan tiga yang disebut triplen armonik (armonik ke- 3, ke-9, ke-15 dan seterusnya) yang sering disebut zero sequece armonik (liat Tabel.1). Harmonik ini tidak mengilangkan arus netral tetapi dapat mengasilkan arus netral yang lebi tinggi dari satu pase. 1. Kuantitas Listrik pada Kondisi Tidak Sinusoidal Jika armonik dalam keadaan mantap (Steady state), maka tegangan dan arus dapat direpresentasikan ole deret Fourier sebagai berikut: v v = 2V sin( w0t ), i i = 2I sin( w0t ), dengan bagian dc biasanya diabaikan untuk kesederanaan, V dan I nilai rms untuk armonik orde ke pada masing-masing tegangan dan arus, maka daya sesaat adala, p(t) = v(t). i(t)...3 dan daya rerata dalam suatu periode T dari p(t) didefinisikan 1 P T T 0 p( t) dt,...4 Jika persamaan (1) dan (2) disubsitusikan dengan persamaan (3) dan dengan menggunakan relasi ortogonal,,...5 P 0,. i j i j dt,. i j i V. I cos( ) P, Persamaan (6) memperliatkan bawa tiap armonik memberikan konstribusi pada daya rerata, daya rerata yang dibangkitkan armonik biasanya kecil bila dibandingkan dengan daya rerata dasar. Harmonisa Arus dan Tegangan Tingkat kecacatan seringkali dinyatakan dengan Total Harmonic Distortion (THD), Total Harmonic Distortion digunakan sebagai ukuran untuk meliat berapa besar pengaru keseluruan adanya armonisa teradap sinyal sinus. Pengaru keseluruan armonisa diperbandingkan teradap komponen fundamental, karena komponen fundamentala yang memberikan transfer energi nyata. Untuk tegangan nonsinus, THD didefinisikan sebagai berikut Karena begitu besar dan bervariasi dampak armonisa pada peralatan dan sistem secara teknis dan ekonomis maka diperlukan standarisasi armonisa. Standar yang mengatur distorsi armonisa ini adala standar IEEE , standar ini mengatur batasan armonisa yang diijinkan. Total armonik distorsion (THD) THD tegangan : =2 V 2 THD V = x 100%...7 V 1 THD arus : =2 I 2 THD i = x 100%...8 I 1 Yang didefinisikan perbandingan nilai rms komponen armonik teradap komponen dasar dalam persen (%). Indeks ini digunakan untuk mengukur penyimpangan (deviation) dari bentuk gelombang satu periode yang mengandung armonik pada satu gelombang sinus sempurna. Untuk satu gelombang sinus sempurna pada frekwensi dasar, THD adala nol. Demikian pula pengukuran distorsi armonik individual untuk tegangan dan arus pada orde ke- didefinisikan sebagai V/V1 dan I/I1 Total demand distorsion (TDD) 2 TDD = =2 I...9 I L Dengan IL adala permintaan arus beban maksimum, dalam 15 atau 30 menit dalam frekuensi dasar pada titik sambung. Standar Harmonik IEEE Standar IEEE menilik batas distorsi arus armonik pada PCC. Batas armonik tergantung pada beban konsumen yang berkaitan dengan arus SC pada PCC yang terliat pada tabel 2.4. dibawa Tabel 1. Batas distorsi arus dan tegangan armonik 42

4 a. Untuk kebutuan data yang diperlukan, pengambilan data berupa single line diagram dari instansi terkait dalam al ini adala PT. Semen Padang. b. Pemilian landasan teori pengaru armonik akibat perubaan tegangan sistem distribusi. c. Analisis dan pemilian tegangan yang paling optimal berdasarkan landasan teori yang ada. Dengan: - I merupakan magnitude dari komponen armonik (rms amp) - ISC merupakan arus ubung singkat pada PCC - IL merupakan beban maksimum pada PCC Distorsi pada PCC yang mengakibatkan DC offset tidak dibenarkan TDD merupakan maksimum armonisa yang terjadi pada arus beban maksimum pada system. Gambar 4. Diagram alir penelitian 2. METODOLOGI PENELITIAN Jenis penelitian ini mengkaji tentang pengaru beban non linier dalam system distribusi yang digunakan pada unit Kiln Indarung II, kemudian menganilisis kondisi armonik yang terjadi akibat beban non linier seingga dapat ditentukan total distorsi armonik. Single line diagram Indarung II PT. Semen Padang. Data peralatan dan ratingnya yang sesuai dengan single line diagram Data beban Data perangkat yang ada agar dapat disesuaikan dengan program ETAP (Single Line Diagram) Buku teks yang berkaitan dengan permasalaan armonik Penelitian ini dilakukan dengan taap-taap sebagai berikut: 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Data-data yang digunakan dalam analisa Tugas Akir ini adala: Single line diagram Kiln W1 (Indarung II) PT. Semen Padang sebagai berikut : Gambar 5. Single Line Diagram Kiln W1 (Indarung II) 43

5 Data-data beban yang terdapat pada Unit Kiln W1 (Indarung II) sebagai berikut : Motor ID Fan J1P01M1 - Tegangan : 6000 V AC - Frekuensi : 50 Hz - Daya : 1500 Kw - N : 993 rpm - Cos pi : Ampere : 183 A Kiln Drive W1W05M1 - Tegangan : 600V DC - Daya : 230 Kw - Ampere : A Kiln Drive W1W03M1 - Tegangan : 600V DC - Daya : 230 kw - Ampere : A Motor ESP Fan J1P02M1 - Merk : Siemens - Tegangan : 6000 V AC - Frekuensi : 50 Hz - Daya : 600 kw - N : 987 rpm - Cos pi : Ampere : 68.8 A Motor Coal Mill K1M03M1 - Tegangan : 6000 V AC - Frekuensi : 50 Hz - Daya : 400 kw - N : 989 rpm - Cos pi : Ampere : 45.8 A Beban Trafo Tegangan : 6,3 kv / 400 V - Daya : 1250 kva - Vektor Grup : Dyn11 - Arus 2nd : 3125 A Beban Trafo Tegangan : 6,3 kv / 400 V - Daya : 1250 kva - Vektor Grup : Dyn11 - Arus 2nd : 3125 A Tabel 2. Hasil Peritungan Parameter untuk Data ETAP Harm Indu Kapa Resi N onik ktor K sitor stor o Order (mh et. (μf) (Ω) ke- ) Gambar 6. Hasil THDi Bus Incoming tanpa Gambar 7. Gelombang Bus Incoming tanpa Hasil dari pemasangan orde 3, 5, 7, 9, 11,13, 15 & 17 Gambar 8. Hasil THDi Bus Incoming dengan orde 3, 5, 7, 9, 11,13, 15 dan 17 THDi Bus Incoming awal sebesar 64,15 % setela pemasangan orde 3, 5, 7, 9, 11,13, 15 & 17 menjadi 3,25 % terjadi 44

6 Besar Harmonik Funda Vol.19 No.1 Februari 2017 Jurnal Momentum ISSN : X penurunan sebesar %. Dengan bentuk gelombang sebagai berikut. Gambar 9. Gelombang Bus Incoming dengan orde 3, 5, 7, 9, 11,13, 15 & 17 Hasil THDi Sebelum dan Sesuda Pemasangan Filter Harmo Harmon nik ik Setela K N Sebelum Pemasangan e o. pemasan Filter Orde kepemas t gan angan % 2 3 & % 3 3, 5 & % 4 3, 5, 7 & % 5 64,15 % 3, 5, 7, 9 & % 6 3, 5, 7, 9, 11 & 4.61 % , 5, 7, 9, 11, 3.83 % 13 & , 5, 7, 9,11, 3.25 % 13, 15 & 17 Setela didapat beberapa orde dari Filter Harmonik, kemudian - ini dipasang pada bus Incoming unit Kiln Indarung 2 PT. Semen Padang. Seingga setela dibangun sistem pada simulasi didapatkan bentuk diagram menjadi: Gambar 10. Permodelan ETAP-Program setela pemasangan 3.2. Analisa Setela dilakukan peritungan dan pemasangan armonik secara bertaap pada Bus Incoming dari mulai armonik ke-3 ingga ke-17 terliat pada pemasangan ke-3 ingga ke-17 armonik mengalami penurunan yang signifikan, penurunan nilai THDi Bus dari 64,15% menjadi 3.25%. Dengan grafik dibawa ini: Filter Harmonik ke- Gambar 11. Grafik penurunan THDi dari pemasangan armonik ke-3 ingga ke KESIMPULAN DAN SARAN Grafik Harmonik 4.1 Kesimpulan Setela dilakukan proses simulasi armonik pada sistem kelistrikan Unit Kiln Indarung II PT. Semen Padang maka didapatkan simpulan : 1. Setela dibuat simulasi armonik menggunakan software ETAP 7, data total armonik distortion THDi bus incoming sebesar 64,15% yang diamana nilai tersebut suda melebii dari standar IEEE. 2. Filter yang akan dipasang adala tipe single tuned pada orde ke-3, orde ke-5, orde ke-7, ke-9, ke-11, ke-13, ke-15 dan ke-17. Setela pemasangan armonik diatas terjadi penurunan nilai THDi dari 64.15% menjadi 3.25 % 4.2. Saran Adapun saran-saran yang dapat diambil dari penelitian ini adala : 1. Perlu dilakukan analisa yang lebi mendalam untuk perancangan dan pemasangan armonik, karena dalam analisa tugas akir ini di fokuskan pada peritungan besar armonik dan armonik. 2. Perlu dilakukan penelitian/pengecekan lebi lanjut 45

7 teradap kandungan armonik di peralatan PT. Semen Padang kususnya pada unit Kiln Indarung II. DAFTAR PUSTAKA Adly A. Girgis,(1993). Harmonics and Transient Overvoltages Due to Capasitor Switcing. Vol.29 No.6, IEE Asaad A. Elmoudi, (2006). Evaluation of Power Afandi, A.N. (2010). Operasi Sistem Tenaga Listrik. Edisi Pertama. Jogjakarta: Penerbit GAVA MEDIA. Daryanto. (2008). Pengetauan Teknik Elektronika. Cetakan Kelima. Jakarta: Penerbit PT Bumi Aksara. De La Rosa, Frank C. (2006). Harmonics and Power Systems. New York: Taylor Francis Group,LLC. Surbakti, Eka Ramat. (2013). Analisa Pengaru Harmonisa Terdap Faktor- K Pada Transformator. Medan : Universitas Sumatera Utara (USU) Syawil, Muammad dkk (2010). Studi Dampak Harmonisa Teradap Susut Teknis Pada Industri Semen (kasus Industri Semen Tonasa). Makassar : Hasanuddin University. System Harmonic Effects on Transformer. Doctoral Dissertation. Helsinki University of Tecnology. Transacttions on Industry Applications Zulkarnaini. (2012). Perancangan Harmonik Untuk Kelistrikan Ruma Tangga. Institut Teknologi Padang. Zulkarnaini. (2013). Pengaru Harmonik Teradap MCCB Ruma Tangga. Institut Teknologi Padang. Dugan, Roger C, Mcgranagan, Mark F, Santoso, Surya, Beaty, H Wayne. (2002). Electrical Power Systems Quality. Second Edition. McGraw Hill. Hasan, Basri. (2011). Distribusi Tenaga Listrik. Baan Ajar ITP. Padang: Institut Teknologi Padang. Hutauruk, T.S. (1990). Transmisi Daya Listrik. Cetakan Kedua. Jakarta: Penerbit Erlangga. IEEE Std Recommendee Practice And Requairment For Harmonic. Control In Electric Power System Petruzella, Frank D. (1971). Elektronik Industri (Terjemaan Drs. Sumanto. MA). Second Ed. Jogjakarta: Penerbit ANDI. Prasetyadi, Willy dkk (2012). Evaluasi Harmonisa dan Perencanaan Filter Pasif pada Sisi Tegangan 20 kv Akibat Penambaan Beban pada Sistem Kelistrikan Pabrik Semen Tuban. Surabaya : Institut Sepulu November (ITS) 46