MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK

Transkripsi

1 MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK SIMULASI ALIRAN DAYA PADA DIVISI WIRE ROD MILL (WRM) PT. KRAKATAU STEEL (PERSERO) TBK. DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 7 Andri Wibowo 1, Ir. Tedjo Sukmadi 2 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia andriwibowo92@yahoo.com Abstrak Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangantegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan. Untuk menyelesaikan studi aliran daya, metode yang sering digunakan adalah metode Gauss-Seidel dan metode Newton Raphson. Metode Newton Raphson lebih cepat mencapai nilai konvergen sehingga proses iterasi yang berlangsung lebih sedikit. Pada Laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas tentang simulasi aliran daya pada divisi Wire Rod Mill PT Krakatau Steel TBK, dengan menggunakan software ETAP 7.0. Adapun metode aliran daya yang digunakan adalah metode newton-raphson. Hasil simulasi menynjukkan bahwa total beban yang diterima gardu induk PT. Krakatau Daya Listrik sebesar 19,883 MW dan 3,360 Mvar. Kata kunci:aliran daya, newton-raphson, ETAP I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri manufaktur pada bidang pengecoran baja. PT. Krakatau Steel sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun beja beton. Pada pabrik batang Kawat (Wir e Rod Mill), produk kawat baja yang dihasilkan harus memiliki kualitas yang sesuai standart untuk dapat memenuhi kebutuhan pasar. Untuk itu dibutuhkan studi aliran daya agar proses pembuatan batang kawat berjalan dengan baik. Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangan-tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan. 1.2 Tujuan Mengetahui dan bisa menjalankan software ETAP Power Station untuk menganalisa aliran daya. Mengetahui losses, drop tegangan, dan total demand daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau Stell TBK. 1.3 Pembatasan Masalah Makalah ini membahas mengenai analisis aliran daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau Stell TBK dengan menggunakan ETAP Power Station 7.0. Metode aliran daya yang digunakan adalah Newton-Raphson.

2 II. DASAR TEORI 2.1 Studi Aliran Daya listrik Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang (Stevenson,1996). Adapun tujuan dari studi analisa aliran daya antara lain (Sulasno,1993): a. Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan. b. Untuk mengetahui daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam sistem. c. Untuk mengetahui kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan. d. Untuk memperoleh kondisi mula pada perencanaan sistem yang baru. e. Untuk memperoleh kondisi awal untuk studi-studi selanjutnya seperti : studi hubung singkat, stabilitas, dan pembebanan ekonomis. Beberapa hal di atas inilah yang sangat diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang dari sistem guna perencanaan perluasan sistem yang akan datang. Persamaan umum untuk arus yang mengalir menuju suatu bus adalah (Pai,1979) : I 1 = Y 11 V 1 + Y 12 V 2 + Y 13 V Y 1n V n I 2 = Y 21 V 1 + Y 22 V 2 + Y 23 V Y 2n V n I 3 = Y 31 V 1 + Y 32 V 2 + Y 33 V Y 3n V n I n = Y n1 V 1 + Y n2 V 2 + Y n3 V Y nn V n (1) berikut : atau dapat juga ditulis dengan persamaan = ; = 1,2,3,, (2) Daya kompleks pada bus p tersebut adalah : S p = P p + jq p = V p I p * (3) dengan memasukkan Persamaan ( 2) ke Persamaan (3) akan menghasilkan : + = (4) Apabila bagian real dan imajiner dari Persamaan (4) dipisahkan maka akan diperoleh : = (5) = (6) apabila impedansi dinyatakan dalam bentuk siku-siku maka : Y pq = G pq + jb pq sehingga persamaan daya pada Persamaan (5) dan (6) akan menjadi: = cos + sin (7) = sin + cos (8) 2.2 Metode Newton Raphson Pada metode Newton Raphson, slack bus diabaikan dari perhitungan iterasi untuk menentukan tegangan-tegangan, karena besar dan sudut tegangan pada slack bus telah ditentukan. Sedangkan pada generator bus, daya

3 aktif dan magnitude tegangan bernilai tetap, sehingga hanya daya reaktif yang dihitung pada setiap iterasinya. Dalam analisa aliran daya, ada dua persamaan yang harus diselesaikan pada tiap-tiap bus. Kedua persamaan itu adalah seperti pada Persamaan (7) dan Persamaan (8). Dalam penyelesaian iterasi pada metode Newton Raphson, nilai dari daya aktif ( P p ) dan daya reaktif ( Q p) yang telah dihitung harus dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan, dengan persamaan berikut (Pai,1979): = = cos + sin (9) = 1,2,3,. = = sin cos (10) = 1,2,3,. dimana superskrip spec berarti yang ditetapkan ( specified) dan calc adalah yang dihitung (calculated). Proses iterasi ini akan berlangsung sampai perubahan daya aktif (ΔP p ) dan perubahan daya reaktif (ΔQ p ) tersebut telah mencapai nilai konvergen (ε ) yang telah ditetapkan. Pada umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai 0,0001. (Sulasno,1993). Matrik Jacobian terdiri dari turunan parsial dari P dan Q terhadap masing-masing variabel, besar dan sudut fasa tegangan, dalam Persamaan ( 7) dan Persamaan ( 8). Besar dan sudut fasa tegangan yang diasumsikan serta daya aktif dan daya reaktif yang dihitung digunakan untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian. Setelah itu akan diperoleh harga dari perubahan besar tegangan,, dan perubahan sudut fasa tegangan, Δδ. Secara umum persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut (Pai,1979): ( ) = ( ) ( ) (11) Submatrik H, N, J, L menunjukkan turunan parsial dari Persamaan ( 7) dan ( 8) terhadap V dan δ, dimana matrik tersebut disebut matrik Jacobian. Nilai dari masingmasing elemen Jacobian sebagai berikut (Pai,1979): a. Untuk p q (12) = = sin cos = = cos + sin = = + = = sin cos b. Untuk p = q (13) = = = = + = = + = = dengan : = cos + sin = sin + cos

4 III. SIMULASI ALIRAN DAYA MENGGUNAKAN SOFTWAE ETAP Single Line Diagram PTKS-WRM 3.1 Langkah-langkah menjalankan simulasi aliran daya pada ETAP. a. Menggambar single-line diagram pada lembar kerja ETAP. b. Memasukan parameter-parameter setiap komponen - Power grid (rated kv, MVAsc, %V, Vangle, dll) - Bus (Nominal kv) - Transformator (kv prim,kv sek, rating MVA, %Z, X/R, dll) - Line (panjang, R 0, X 0, Y 0, R 1,2, X 1,2, Y 1,2, dll) - Load (1 fasa/ 3 fasa, MVA, PF, Amps, rated KV, dll) - dll c. Mengganti mode load-flow dengan cara klik load flow analysis pada mode toolbar. d. Pilih metode aliran daya dengan cara klik load flow study case, disi terdapat beberapa pilihan metode yaitu: newtonraphson, gaus siedel, fast decouple. e. Run load flow dengan cara klik ikon run load flow pada load flow toolbar. f. Untuk melihat hasil secara komplit klik report manager. Disini terdapat beberapa pilihan format dari hasil aliran daya yaitu: pdf, Microsoft word, Microsoft excel, dll. Gambar 1 Single line diagram pabrik Wire Rod Mill

5 3.3 Hasil Simulasi dengan Menggunakan ETAP Tabel 1 Daya yang mengalir pada bus Bus Generation Load Load Flow ID kv MW Mvar MW Mvar ID MW Mvar Amp %PF Bus14 30,000 19,883 3, HV Distribution 19,883 3, ,1 98,6 Bus15 30,000 19,883 3, HV Distribution 19,883 3, ,1 98,6 Bus22 0, ,650 0,799 HV Distribution -1,650-0, ,8 90,0 Bus23 0, ,650 0,799 HV Distribution -1,650-0, ,8 90,0 Bus24 0, ,444 0,700 HV Distribution -1,444-0, ,9 90,0 Bus41 0, ,363 0,578 HV Distribution -1,363-0, ,2 92,1 Bus43 0, ,676 0,334 HV Distribution -0,676-0, ,3 89,7 Bus50 0, ,690 0,289 HOV 22-0,690-0, ,9 92,2 Bus58 0, HOV 21-1,774-0, ,5 91,3 distrib. rough &inter 0,602 0, ,1 91,5 CO2-C22 0,768 0, ,6 91,5 DO2-D22 0,119 0, ,4 91,3 Oil 0,285 0, ,5 90,6 Bus71 0, ,487 0,216 Distrib.Furn& Wtr Pl 2-0,487-0, ,1 91,4 Bus91 0, ,442 0,588 Water Suplai -1,442-0, ,3 92,6 Bus92 0, ,136 0,931 Water Suplai -2,136-0, ,1 91,7 Bus106 6, Bus110 3,321 1, ,1 93,7 Bus110 3,321 1, ,1 93,7 HV Distribution -6,642-2, ,2 93,7 Bus110 1, ,609 2,065 Bus106-3,304-1, ,9 95,5 Bus106-3,304-1, ,9 95,5 Bus124 6, Bus125 3,321 1, ,1 93,7 Bus125 3,321 1, ,1 93,7 HV Distribution -6,642-2, ,2 93,7 Bus125 1, ,609 2,065 Bus124-3,304-1, ,9 95,5 Bus124-3,304-1, ,9 95,5 D0 E , ,889 1,171 HV Distribution -1,889-1, ,2 85,0 HOV 21 0, HV Distribution -3,119-1, ,4 91,5 Bus58 1,774 0, ,5 91,3 Distrib.Furn& Wtr Pl 2 1,345 0, ,0 91,6 HOV 22 0, ,105 0,487 HV Distribution -1,795-0, ,4 91,8 Bus50 0,690 0, ,9 92,2 HOV 23 0, ,148 0,471 HV Distribution -1,148-0, ,4 92,5 HV Distribution 6, ,000-15,906 Bus14-19,799-1, ,8 99,6 Bus15-19,799-1, ,8 99,6

6 intermediatemill 14-17L1 intermediatemill 14-17L2 Distrib.Furn& Wtr Pl 2 distrib. rough &inter CO2-C22 DO2-D22 Oil Water Suplai 3,978 2, ,1 88,8 HOV 22 1,808 0, ,9 89,2 HOV 21 3,172 1, ,3 87,4 HOV 23 1,154 0, ,4 91,2 Bus43 0,677 0,357 72,8 88,5 Bus41 1,368 0, ,3 90,8 intermediatemill 14-17L1 intermediatemill 14-17L2 1,785 0, ,3 87,4 1,785 1, ,9 82,1 stelmor blower 1,678 0, ,2 91,1 D0 E ,896 1, ,2 82,3 prefinishl1 1,115 0, ,9 82,9 prefinishl2 1,116 0, ,1 83,5 Bus23 1,664 0, ,9 88,0 Bus22 1,664 0, ,9 88,0 Bus24 1,456 0, ,1 88,2 Bus106 6,642 2, ,2 93,7 Bus124 6,642 2, ,2 93,7 0, ,778 0,861 HV Distribution -1,778-0, ,0 0, ,778 1,102 HV Distribution -1,778-1, ,5 0, ,858 0,372 HOV 21-1,778-1,345-0, ,0 0, ,602 0,266 0, ,768 0,339 0, ,119 0,053 0, ,285 0,133 prefinishl1 0, ,111 0,689 prefinishl2 0, ,111 0,689 stelmor blower 0, ,668 0,579 Water Suplai 0, ,345 0,150 Bus71 0, ,1 91,4 Bus58-1,345-0,602-0, ,1 Bus58 Bus58 Bus58 HV Distribution HV Distribution HV Distribution HV Distribution -0,768-0, ,6 0,487-0,119-0, ,4-0,602-0,285-0, ,5-1,111-0, ,2-0,768-1,111-0, ,8-1,668-0, ,5-0,119-3,923-1, ,3 Bus91 0, ,3 92,6 Bus92-0,285 0, ,1 91,7

7 Dari tabel di atas dapat dilihat daya yang mengalir pada tiap bus. Besarnya daya yang mengalir tergantung pada beban yang terpasang pada bus tersebut. Pada beberapa bus besarnya nilai beban sebesar 0 (nol), hal ini disebabkan karena daya yang masuk pada bus tersebut sama dengan daya yang keluar dari bus tersebut. Tabel 2 Hasil simulasi tegangan dan beban pada tiap bus Bus Voltage ID kv %Mag Ang. Bus ,0 Bus ,0 Bus22 0,5 100,58-6,9 Bus23 0,5 100,58-6,9 Bus24 0,5 98,32-6,7 Bus41 0,5 99,38-6,1 Bus43 0,38 99,61-5,9 Bus50 0,38 97,57-7,8 Bus58 0,38 95,03-9,5 Bus71 0,38 95,03-9,5 Bus91 0,38 96,28-11,0 Bus92 0,38 96,28-11,0 Bus ,13-4,4 Bus110 1,47 98,82-7,4 Bus ,13-4,4 Bus125 1,47 98,82-7,4 D0 E ,7 97,53-7,2 HOV 21 0,38 95,03-9,5 HOV 22 0,38 97,57-7,8 HOV 23 0,38 99,18-6,2 HV Distribution 6 101,13-4,4 intermediatemi ll 14-17L1 0,7 97,85-7,6 intermediatemi ll 14-17L2 Distrib.Furn& Wtr Pl 2 distrib. rough &inter 0,7 99,74-7,4 0,38 95,03-9,5 0,38 95,03-9,5 Distribution 0,38 95,03-9,5 CO2-C22 Distribution 0,38 95,03-9,5 DO2-D22 Distribution 0,38 95,03-9,5 Oil prefinishl1 0,84 103,48-6,6 prefinishl2 0,84 104,14-6,0 stelmor blower 0, ,5 Water Suplai 0,38 96,28-11,0 Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa, terdapat beberapa bus yang yang masuk dalam kondisi over voltage dan under voltage. Seperti pada bus prefinishl1 dan prefinishl2 dimana rating/limit pada bus tersebut sebesar 0,84 kv namun pada bus tersebut beroprasi masingmasing yaitu 0,869 kv dan 0,875 kv sehingga bus tersebut termasuk dalam kondisi Over voltage. Akan tetapi profil tegangan masih dalam batas toleransi ± 5%.

8 Tabel 3 Losses dan drop voltage Losses Vd % ID Type Vmag drop kw kvar in finishing L1 Trafo 16, ,4 2,31 finishingl1 Trafo 16, ,4 2,31 Finishing L2 Trafo 16, ,4 2,31 finishing L2 Trafo 16, ,4 2,31 H1- T11 Trafo 83, ,9 1,13 H2-T11 Trafo 83, ,9 1,13 T2 Trafo 54, ,3 4,85 T 3 Trafo 13, ,56 T 4 Trafo 53,88 382,4 6,1 T 5 Trafo 6,548 46,5 1,95 T 6 Trafo 1,229 22,9 1,52 T 7 Trafo 4,97 53,0 1,75 T 8 Trafo 7, ,2 3,28 T 9 Trafo 7, ,5 1,39 T 10 Trafo 9, ,9 4,13 T 11 Trafo 7, ,2 3,6 T 12 Trafo 3,426 63,7 2,35 T 13 Trafo 4,411 47,1 3,01 T 14 Trafo 13,906 98,7 0,55 T 15 Trafo 13,906 98,7 0,55 T 17 Trafo 11,152 79,2 2,81 Total 45, ,7 0 Tabel 4 Total Beban dan losses MW MVar MVA Source 19,883 3,360 20,164 Demand 19,883 3,360 20,164 Load 39,765 6,72 46,782 Losses 0,445 5,902 Total demand pada Pabrik Wire Rod Mill sebesar 19,883 MW dan 3,360 MVar, Sedangkan losses nya sebesar 0,445 MW dan 5,902 MVar. Pada saluran distribusi 6 kv pabrik Wire Rod Mill, supply listrik diambil dari feeder AJ- 06 dan AJ-12 dengan trafo berkapasitas 20 MVA. Jika seluruh peralatan listrik pada WRM beroperasi, maka daya beban yang dibutuhkan adalah 19,883 MW. Angka ini diperoleh dengan mengabaikan losses yang disebabkan oleh kabel. Pada kondisi ini, daya yang disuplai oleh feeder AJ-06 dan AJ-12 adalah 20,164 MVA. Artinya, daya yang melewati trafo lebih dari 20 MVA sehingga melebihi kapasitas trafo. Namun trafo tersebut masih dalam batas toleransi karena maksimum kapasitas dari trafo tersebut adalah 22 MVA, sehingga belum membahayakan trafo itu sendiri. Dari tabel di atas dapat mengetahui bahwa semakin besar beban maka lossesnya akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan pada saat beban bertambah maka arus akan bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran (I 2 R) akan semakin besar pula.

9 IV. PENUTUP 4.1 KESIMPULAN 1. Analisa aliran daya merupakan suatu analisa aliran daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) dari suatu sistem pembangkit (sisi pengirim) melalui suatu saluran transmisi hingga sampai ke beban (sisi penerima). 2. Semakin besar beban maka lossesnya akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan pada saat beban bertambah maka arus akan bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran ( ) akan semakin besar pula. 3. Besarnya daya yang mengalir tergantung pada beban yang terpasang pada bus tersebut. 4. Total demand pada Pabrik Wire Rod Mill sebesar 19,883 MW dan 3,360 MVar, Sedangkan lossesnya sebesar 0,445 MW dan 5,902 MVar. 4.2 SARAN 1. Dalam simulasi aliran daya menggunakan software ETAP 7 diperlukan ketelitian dalam menginput data pada tiap-tiap peralatan yang digunakan. 2. Jika ingin mendapatkan hasil simulasi yang sesuai dengan yang ada lapangan maka diperlukan pengukuran langsung. 3. Bagi para mahasiwa yang ingin melakukan kegiatan kerja praktek sebaiknya mempersiapkan terlebih dahulu segala sesuatu yang mungkin dihadapi sebelum terjun langsung ke lapangan. [4] Sulasno, Ir. Analisis Sistem tenaga,semarang: Badan Penerbit Universitas Diponegoro, 1993 [5] Sulasno, Ir. Sistem Distribusi Tenaga Listrik,Semarang: Satya Wacana, 1993 BIODATA PENULIS Andri wibowo, lahir di Tangerang, 12 Juni Menempuh pendidikan di SD Islam Al-Azhar BSD, SMP Negeri 4 Tangerang, SMA Negeri 1 Tangerang dan sekarang sebagai mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang, Desember 2013 Mengetahui, Dosen Pembimbing Ir. Tedjo Sukmadi, MT DAFTAR PUSTAKA [1] John J. Grainger, William D. Stevenson, Jr., Power System Analysis, McGraw-Hill Inc, 1994 [2] Hadi Saadat, Power System Analysis, McGraw-Hill Inc, 1999 [3] Turan Gonen, Modern Power System Analysis, John Wiley & Sons, 1988