BAB II TEORI DASAR.

Transkripsi

1 BAB II TEORI DASAR 2.1 Alat Bongkar Muat Crane Mesin pemindah bahan (material handling equipment) adalah peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari suatu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tidak jauh, misalnya pada bagian atau departemen pabrik, pada tempat-tempat penumpukan bahan, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan, dan sebagainya. Mesin pemindah bahan hanya memindahkan muatan dalam jumlah besar serta jarak tertentu dengan arah perpundahan bahan vertikal, horizontal, dan atau kombinasi antar keduanya. Berdasarkan desainnya, mesin pemindah bahan (material handling equipment) dibagi dalam tiga kelompok, yaitu: a. Peralatan Pengangkat (lifting device) yaitu peralatan yang ditujukan untuk memindahkan muatan satuan dalam satu batch seperti mesing pengangkat, crane, elevator dan lain-lain. b. Peralatan Pengangkut (konveyor) yaitu peralatan yang ditujukan untuk menindahkan muatan curah (banyak partikel atau homogen) maupun muatan satuan secara kontinu seperti screw conveyor, belt conveyor, pneumatic conveyor, vibratic conveyor, dan lain-lain. c. Peralatan Permukaan dan overhead yaitu peralatan yang ditujukan untuk memindahkan muatan curah dan satuan, baik batch maupun kontinu seperti scrapper, eskavator, bulldozer, dan lain-lain. Setiap kelompok mesin pemindah bahan dibedakan oleh sejumlah ciri khas dan bidang penggunaan yang khusus. Perbedaan dalam desain kelompok ini juga ditentukan oleh keadaan muatan yang akan ditangani, arah gerak kerja, dan keadaan proses penanganannya. Umumnya mesin pengangkat digunakan untuk muatan satuan, seperti bagian-bagian mesin atau mesin secara keseluruhan, bagian dari struktur bangunan logam, hopper, baja bentangan, bahan bangunan, dan sebagainya. Conveyor dapat menangani baik muatan tumpahan curah maupun muatan satuan, sedangkan fasilitas permukaan dan overhead dapat mengani keduanya sekaligus. 4

2 Definisi Umum Quay Container Crane adalah gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah, dengan rangka untuk mengangkat atau sekaligus mengangkat dan memindahkan muatan yang dapat digantung secara bebas atau diikatkan pada crane. crane jenis Quay, yaitu Quay Container yang digunakan untuk bongkar muat kontainer yang ada di lapangan penumpukan (Container Yard). Pada dasarnya sebuah crane adalah alat pengangkat dan pemindah material yang bekerja dengan prinsip kerja tali. Crane digunakan untuk angkat muatan secara vertikal dan secara horisontal bergerak secara bersama dengan gerak vertikal dan menurunkan muatan ke tempat yang dituju. Fungsi dan gerakan pada masing-masing bagian utama QCC adalah sebagai berikut: a. Boom Hoist Yaitu gerakan naik dan turun terhadap boom yang digerakkan oleh motor boom hoist. Dalam keadaan tidak beroperasi / stand-by, posisi boom pada sebuah crane harus pada posisi up/naik. b. Gantry Travel Yaitu merupakan gerakan keseluruhan unit Crane pada jalur rel baik ke arah kiri dan ke kanan. Gerakan ini berfungsi untuk memposisikan unit crane dalam pemindahan container baik dalam hal muat ke dalam kapal ataupun bongkar dari kapal untuk kemudian diangkut oleh truck container (terminal trucktor) c. Trolley Travel Yaitu gerakan pemindahan spreader ke depan atau belakang (ke arah laut atau ke daratan) untuk menempatkan container baik dalam proses muat ke kapal ataupun bongkar untuk kemudian diangkut oleh truck container. d. Sistem Hidraulic pada Spreader Sistem hidraulic pada spreader akan menyesuaikan besar peti kemas dan menguci peti kemas sehigga spreader dan peti kemas menyatu. e. Main Hoist Gerakan ini adalah gerakan naik/ turun beban yang telah dipasang pada kait spreader, diangkat atau diturunkan dengan menggunakan tali (seling) yang digulung pada drum, dalam hal ini putaran drum disesuaikan dengan drum yang sudah direncanakan. Drum digerakkan oleh motor listrik dan gerakan drum, dihentikan dengan rem sehingga beban tidak akan naik atau turun setelah posisi yang ditentukan sesuai dengan yang direncanakan. Gerakan ini bertujuan untuk mengangkat (hoist 5

3 up) atau menurunkan (lowering) spreader. Gerakan pada QCC dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut ini: Boom Hoist Trolley Travel Main Hoist Gantry Travel Gambar 2.1. Fungsi gerakan QCC Definisi Umum Gantry luffing Crane adalah gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah, dengan rangka untuk mengangkat atau sekaligus mengangkat dan memindahkan muatan yang dapat digantung secara bebas atau diikatkan pada crane. Dari berbagai jenis crane di atas, yang selanjutnya dibahas adalah crane jenis gantry, yaitu Gantry luffing Crane (GLC) yang digunakan untuk bongkar muat curah yang ada di dermaga. Gerakan pada Gantry luffing Crane GLC dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut ini: 6

4 Boom Hoist (Luffing) Main Hoist Slewing Gantry Travel Gambar 2.2. Fungsi gerakan GLC Adapun fungsi dan gerakan pada masing-masing bagian utama pada Gantry luffing Crane adalah sebagai berikut: a. Boom Hoist / Luffing Yaitu gerakan naik dan turun terhadap boom yang digerakkan oleh motor boom hoist. Dalam keadaan tidak beroperasi / stand-by, posisi boom pada sebuah crane harus pada posisi up/naik. b. Gantry Travel Yaitu merupakan gerakan keseluruhan unit Crane pada jalur rel baik ke arah kiri dan ke kanan. Gerakan ini berfungsi untuk memposisikan unit crane dalam operasional muat ke dalam kapal ataupun bongkar dari kapal. 7

5 c. Slewing Gerakan Slewing merupakan gerakan rotasi moving part pada GLC. Pengerak menggunakan motor yang terhubung dengan gear. d. Main Hoist Gerakan ini adalah gerakan naik/ turun beban yang telah dipasang pada kait (hook) diangkat atau diturunkan dengan menggunakan tali (seling) yang digulung pada drum, dalam hal ini putaran drum disesuaikan dengan drum yang sudah direncanakan. Drum digerakkan oleh motor listrik dan gerakan drum, dihentikan dengan rem sehingga beban tidak akan naik atau turun setelah posisi yang ditentukan sesuai dengan yang direncanakan. 2.2 Sistem Jaringan Listrik Unit Pembangkitan Unit Transmisi Gardu Induk distribusi Unit Distribusi Generator G Trf PMT Transformator Pemutus Tenaga Konsumen Besar PMT Konsumen Umum Distribusi Primer Distribusi sekunder Gambar 2.3 Blok diagram jaringan listrik Dari blok diagram di atas dapat diketahui bahwa sistem jaringan Penyaluran listrik oleh Perusahaan Listrik Negara di Indonesia dibagi menjadi empat tahap yaitu: a. Sistem pembangkitan tenaga listrik Pada tahap ini tegangan yang dihasilkan oleh unit generator merupakan tegangan menengah dari 6 kv sampai 24 kv yang dinaikkan oleh Transformer Step Up menjadi tegangan 150 kv atau 500 kv. Penggerak generator bisa berbentuk turbin air, turbin uap, turbin gas, diesel engine, gas engine, combined cycle turbine dan lain sebagainya. Pembangkitan skala besar di Perusahaan Listrik Negara selalu dalam bentuk pembangkit listrik tenaga uap atau pembangkit listrik tenaga air. 8

6 b. Sistem transmisi Pada tahap ini tegangan yang udah di naikan di sisi pembangkit akan disalurkan ke jalur distribusi. Adapun pembagian tegangan pada sisi transmisi ini diantaranya dikisaran 70 kv, 150 kv, 275 kv dan 500 kv pada Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi dengan tujuan untuk memperkecil kerugian daya listrik pada sisi penghantar jaringan transmisi. c. Sistem Distribusi Pada tahap ini biasa disebut dengan jaringan tegangan menengah dikisaran tegangan 20 kv dan tegangan rendah 220/380 V. Jaringan distribusi TM 20 kv pada umumnya berupa saluran udara tegangan menengah dan saluran kabel bawah tanah. d. Konsumen Pada tahap ini merupakan Instalasi rumah tangga dengan langganan listrik tegangan rendah, sedangkan pelanggan besar seperti pelabuhan mempergunakan tegangan menengah hingga tegangan tinggi Sistem Jaringan Distribusi Tegangan Menengah Sistem distribusi berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar sampai ke konsumen. Sistem distribusi diklasifikasikan menurut beberapa cara, antara lain: a. Saluran Udara Tegangan Menengah terdiri atas tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan perlengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus. b. Saluran Kabel tegangan Menengah terdiri atas kabel tanah, indoor dan outdoor termination dan lain-lain. c. Gardu tramsformer terdiri atas transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, Low Volatage panel, pipa - pipa pelindung, arester, kabel - kabel, transformer band, peralatan grounding, dan lain sebagainya d. Saluran Udara Tegangan rendah dan Saluran Kabel Tegangan Rendah yang mempunyai material mirip dengan perlengkapan/material Saluran Udara Tegangan Menengah yang membedakan hanya dimensinya. 9

7 Secara umum sistem tenaga listrik jaringan PLN dapat dilihat pada gambar 2.4 Gambar 2.4 Sistem jaringan PLN [7] Sistem distribusi dibedakan menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem distribusi sekunder. a. Jaringan sistem distribusi primer Jaringan sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban. Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer, yaitu: 10

8 Jaringan distribusi radial, dengan model: radial tipe pohon, radial dengan tie dan switch pemisah, radial dengan pusat beban dan radial dengan pembagian phase area. Jaringan distribusi ring Jaringan distribusi jaring-jaring Jaringan distribusi spindle Saluran radial interkoneksi b. Jaringan sistem distribusi sekunder Jaringan sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan: Papan pembagi pada trafo distribusi, Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). Saluran layanan pelanggan (SLP) ke konsumen/pemakai Alat pembatas dan pengukur daya (kwh meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan. Sumber daya utama PLN pada jaringan system eksisting berasal dari jaringan TM 20 kv dari GI Suralaya. Dalam hal ini dapat diasumsikan bahwa pada sistem di GI PLN menggunakan trafo tenaga dengan kapasitas 60 MVA. Untuk trafo tenaga yang terpasang di Gardu Induk dengan pasokan jauh, maka perlu diperhatikan adalah impedansi trafo tenaga. Perhitungan arus gangguan listrik maksimum dari trafo dapat dihitung dengan persamaan: I max trafo = E I T Xt (2.1) S = 3 x V x I max trafo (2.2) Dengan: I max trafo = arus gangguan maksimum tarfo (A) E Xt IT = tegangan trafo tenaga (1 per unit) = reaktansi trafo (per unit) = arus nominal trafo (A) 11

9 S = daya maksimum (VA) Dengan menggunakan persamaan di atas, maka kapasitas dan arus maksimum trafo tenaga dapat dilihat pada table 2.1 sebagai berikut: Tabel 2.1 Kapasitas dan arus maksimum trafo tenaga [1] Kapasitas Trafo Tenaga Reaktansi Trafo Xt (%) Arus Maksimum (A) Breaking Capacity (MVA) 100 MVA 15 % 19, MVA 12 % 14, MVA 11 % 7, MVA 10 % 5, MVA 9,5 % 3, MVA 7,5 % 1, Sistem Jaringan Distribusi Tegangan 6,6 Kv pada Crane Tugas akhir ini membahas tindakan pengalihan suplai daya listrik pada peralatan bongkar muat crane di pelabuhan Ciwandan berupa perencanaan dan penyiapan suplai daya listrik dari PLN dengan tujuan menggantikan fungsi penyediaan daya dari generator set Dalam hal ini, generator set pada masing-masing crane akan digunakan sebagai sumber daya cadangan jika terjadi pemadaman daya listrik dari PLN. seluruh crane di Pelabuhan Ciwandan generator set sebagai sumber daya listrik utama bagi seluruh peralatan pada saat boom hoist, hoist, trolley, gantry slewing dan alat bantu pada saat rem, control, ventilasi, air conditioner, lift, lampu penerangan dan lain sebagainya. generator set ini diletakkan di platform generator set gantry luffing crane dan di ruang mesin untuk quay container crane. generator set yang digunakan di masing-masing crane memiliki spesifikasi teknis yang sama sesuai kapasitas angkutnya (safe working load). Perlu diketahui motor penggerak dan sistem kontrol motor pada quay container crane dan gantry luffing crane yaitu menggunakan motor arus bolak balik dan motor AC drive. Secara garis besar, sistem kelistrikan pada sebuah crane dapat dilihat pada gambar

10 GENS MDP = Main Distribution Panel Aux Load = Auxiliary Load MD Hoist Drive Gantr y Boom Drive Slewi ng Aux Load AC AC AC AC Gambar 2.5. Single Line Jaringan Listrik Crane Penyediaan daya untuk operasi alat bongkar muat (crane) pada pelabuhan Ciwandan selama ini masih menggunakan generator set. Tegangan keluaran generator set adalah 400V AC, 50 Hz pada quay container dan gantry luffing. Kapasitas generator set dipilih agar mampu mencatu kebutuhan daya motor - motor penggerak crane dan beban instalasi seperti beban kontrol, penerangan, rem, air conditioner dan lain - lain Sistem Proteksi pada Distribusi Proteksi pada saluran distribusi terdiri atas Relay, Pada dasarnya relay adalah suatu alat yang mendeteksi besaran yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo a. Relay Arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, dan akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (I set). Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting. Adapun karakterisitk dari relay arus adalah Relay arus lebih waktu seketika (instantaneous relay) Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10 20 ms). Karakteristik relay waktu seketika dapat dilihat pada gambar 2.6 berikut: 13

11 Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain.. (a) (b) Gambar 2.6. Karakteristik relay arus lebih waktu seketika [2] (a) Skematik relay arus lebih waktu seketika (b) Kurva arus terhadap waktu relay arus lebih waktu seketika Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay) Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperciwandan dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay. Karakteristik relay arus lebih waktu tertentu dapat dilihat pada gambar 2.7 berikut: (a) Gambar 2.7. Karakteristik relay arus lebih waktu tertentu [2] (b) 14

12 (a) Skematik relay arus lebih waktu tertentu (b) Kurva arus terhadap waktu relay arus lebih waktu tertentu Relay arus lebih waktu terbalik (invers time relay) Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam, setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok : standar inverse, very inverse, extremely inverse. Karakteristik relay arus lebih waktu terbalik dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut: (a) (b) Gambar 2.8. Karakteristik relay arus lebih waktu terbalik [2] (a) Skematik relay arus lebih waktu terbalik (b) Kurva arus terhadap waktu relay arus lebih waktu terbalik b. Relay Gangguan ke Tanah (GFR) Relay gangguan tanah merupakan proteksi cadangan pada busbar. Proteksi ini bekerja dengan cara mendeteksi besaran arus pada daerah yang diamankan. Apabila besaran arus tersebut melampaui setting relay, relay akan bekerja membuka PMT setelah waktu tundanya tercapai. GFR juga digunakan sebagai proteksi cadangan lokal pada proteksi penghantar untuk mengamankan penghantar dari gangguan fasatanah. 15

13 Cable Reel Sistem (CRS) Gerakan gantry pada crane memungkinkan crane berpindah tempat menyesuaikan posisinya dengan kapal yang akan dibongkar-muat. Pergerakan ini memerlukan sebuah mekanisme yang dapat menyesuaikan panjang-pendeknya kabel fleksibel selama crane melakukan pergerakan gantry dengan jalan menggulung atau mengulur kabel fleksibel yang terbentang antara crane dengan titik sambung kabel di jointing pit. Mekanisme ini disebut sebagai cable reel sistem (CRS) yang sekaligus berfungsi menerima daya 6,6 kv dari gardu distribusi dan meyaklurkannya ke CSS melalui slip ring. Cable reel sistem (CRS) terdiri atas: 1. Motor listrik, digunakan untuk memutar cable reel. Motor yang paling umum digunakan adalah motor induksi rotor sangkar, IP 55, insulation class F. 2. Magnetic couplers merupakan kopling magnetic antara poros motor dengan gearbox. 3. Main gearbox, fungsinya adalah mengurangi kecepatan putar poros motor penggerak agar sesuai dengan putaran yang dibutuhkan oleh cable reel. Main gear box ini merupakan tempat dipasangnya cable reel sehingga harus mampu menanggung beban statis dan dinamis yang dihasilkan oleh cable reel selama beroperasi ataupun diam. 4. Secondary gearbox, fungsinya adalah untuk menyamakan kecepatan dari main gearbox ke kecepatan crane dan memenuhi torsi yang dibutuhkan untuk menggulung kabel. 5. Additional gearbox fungsinya adalah untuk menyamakan kecepatan dari poros putar magnetic couplers ke secondary gearbox 6. Slip ring digunakan sebagai media penyaluran daya listrik dari struktur bergerak ke struktur yang diam atau sebaliknya. Terdiri atas sikat arang di bagian yang statis, dan metal ring di bagian yang bergerak. Pada saat metal ring berputar, arus listrik disalurkan menuju sikat arang yang disentuhkan ke metal ring. Sikat arang ini dihubungkan dengan penghantar yang berada diatas crane menuju CSS. 7. Spool / Cable reel tempat kabel fleksibel digulung atau diulur. Bagian-bagian pada cable reel sistem dapat dilihat pada gambar 2.18 berikut: 16

14 (a) (b) Gambar 2.9 Bagian dari sebuah Cable Reel System [15] (a) Motor listrik, magnetic coupler, dan gearbox (b) Slipring dan spool Automatic Transfer Switch dan Automatic Mains Failure Automatic Transfer Switch atau dingkat ATS, yaitu peralatan yang digunakan untuk memindahkan catuan daya dari generator set menjadi catuan daya PLN atau sebaliknya. Automatic Transfer Switch ini bisa difungsikan secara otomatis maupun manual. Diutamakan pengoperasiannya adalah otomatis, tetapi bila terjadi gangguan fungsi otomatis, maka bisa memilih mode manual. Automatic Transfer Switch dilengkapi dengan electrical interlock antara kedua Circuit Breaker generator set dan Circuit Breaker PLN agar tidak terjadi penyuplaian daya secara bersamaan. 17

15 Automatic Transfer Switch ini dipasang di dalam panel PP-ATS, bekerja pada tegangan rendah 400V quay crane dan gantry lauffing. Automatic Mains Failure atau disingkat AMF berfungsi untuk memantau kondisi tegangan sumber daya PLN dan akan memerintahkan start generator set secara otomatis bila terjadi gangguan/pemadaman sumber daya PLN. Pada kondisi ini beban akan dicatu oleh generator set. Selama generator set bekerja, Automatic Mains Failure tetap memantau kondisi tegangan PLN dan bila ternyata sudah sehat/pulih kembali akan terjadi perintah stop generator set dan beban kembali dicatu oleh PLN. Proses pemindahan catuan dikerjakan oleh Automatic Transfer Switch Jatuh Tegangan / Voltage Drop jatuh tegangan pada saluran adalah selisih antara tegangan sisi kirim/pangkal pengiriman (sending end) dengan tegangan pada sisi terima/ujung penerimaan (receiving end) pada suatu jalur kabel distribusi. Pada saluran/kabel yang dialiri arus bolak-balik besarnya tegangan jatuh tergantung pada dari impedansi dan admitansi saluran, besar beban dan faktor daya. Jatuh tegangan relatif dinamakan regulasi tegangan (voltage regulation), dan dinyatakan oleh rumus: VR % V R NL R FL V V R FL 100% atau VR VS VR % 100% (2.3) V R Dengan : VR(NL) = VS = tegangan pangkal pengiriman (sending end) pada beban nol. VR(FL) = VR = tegangan pada ujung penerimaan pada beban full load. Penurunan tegangan maksimum pada beban penuh, yang dibolehkan dibeberapa titik pada jaringan distribusi adalah (SPLN 72:1987) turun tegangan pada JTM dibolehkan: a. 2% dari tegangan kerja untuk sistem spindel dan gugus b. 5% dari tegangan kerja untuk sistem radial dan simpul Untuk drop tegangan ini dipengaruhi oleh konfigurasi sistem letak kabel saluran karena sistem letak kabel ini akan mempengaruhi nilai impedansi saluran, hal ini dapat dilihat dari rumus: 18

16 Vr = Vs I.Z (2.4) Dimana: Vr = tegangan sisi terima (volt) Vs = tegangan sisi kirim (volt) Z = impedansi saluran ( ) I = Arus (A) Karena saluran yang dipakai merupakan saluran jarak pendek maka nilai impedansi saluran hanya dipengaruhi oleh besarnya nilai reaktansi induktif dan resistansinya, hal ini dapat dinyatakan dengan rumus: Z = R + jxl (2.5) Dimana: XL = reaktansi induktif yaitu 2..f..L (Ω) L = induktansi saluran (H) f = frekuensi (Hz) Untuk saluran distribusi pada saluran jarak pendek, kapasitansinya dapat diabaikan. Secara umum hal ini dapat diterapkan pada sistem yang tegangannya sampai dengan 66 kv. Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reaktansinya, maupun faktor dayanya yang tidak sama dengan satu. Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan beban bebannya merupakan beban tiga fasa yang seimbang dan faktor dayanya (Cos φ) antara 0,6 s/d 0,85. Jatuh tegangan dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan hubungan sebagai berikut [6] : V = I R cos + I X L sin (2.6) Dengan: V = I (R cos + 2πfL sin ) (2.7) V I L R X L = jatuh tegangan (V) = arus maksimal (A) = panjang penghantar (km) = nilai resistansi penghantar (Ω/km) = nilai resistansi penghantar (Ω/km) 19

17 f = frekwensi (Hz) L = induktansi penghantar per-phasa (mh/km) cos = faktor daya 2.5. Arus Gangguan Hubung Singkat PUIL 2000 mendefinisikan arus hubung pendek adalah arus lebih yang diakibatkan oleh gangguan impedansi yang sangat kecil mendekati nol antara dua penghantar aktif yang dalam kondisi operasi normal berbeda potensialnya (short circuit current). Perhitungan arus hubungan singkat bertujuan untuk menentukan besarnya arus hubungan singkat yang dapat timbul pada suatu sistim tenaga listrik, sehingga mampu memberikan aksi terhadap perbandingan besarnya arus yang lewat pada suatu sistim dengan rating ketahanan peralatan di dalam sistim tersebut melalui suatu alat proteksi arus lebih (Over Current Protection Device) sehingga terhindar dari arus yang dapat merusaknya. Hubungan singkat dapat menyebabkan kerusakan serius pada komponen dan peralatan dalam sistim distribusi daya. Perhitungan dan analisa yang mendalam perlu dilakukan untuk mengetahui kemungkinan besarnya arus hubungan singkat yang dapat timbul pada sebuah sistim distribusi sehingga dapat dilakukan pencegahan melalui pengaturan setting pada alat proteksi arus lebih dan juga pemilihan peralatan atau komponen listrik yang akan digunakan dengan menyesuaikan rating ketahanannya terhadap arus hubugnan singkat disesuaikan dengan hasil analisa dan perhitungan arus hubungan singkat. Rangkaian sederhana untuk arus hubung singkat 3 fasa dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut ini: (a) (b) Gambar Contoh rangkaian arus hubung singkat 3 fasa [15] (a) Rangkaian hubung singkat 3 fasa (b) Rangkaian ekivalen hubung singkat 3 fasa 20

18 Dari gambar di atas dapat diketahui besarnya arus hubung singkat 3 fasa dengan persamaan: (Wahyudi SN; Proteksi sistem distribusi tenaga listrik. 2012) Isc = E (2.8) 3 Zsc Zsc = R 2 + X 2 (2.9) Dengan: Isc = arus hubung singkat (A) E = tegangan fasa ke fasa (V) Zsc = impedansi hubung singkat (ohm) R = resistansi hubung singkat (ohm) X = reaktansi hubung singkat (ohm) Gangguan dikatakan simetris, terjadi bila ketiga penghantar fasanya tersambung solid (tanpa adanya impedansi gangguan). Bila ada impedansi gangguan yang menghubungkan ketiga fasa atau anatara dua fasa atau anatara fasa ke tanah dikatakan sebagai gangguan tidak simetris (asimetris). Gelombang sinusoidal yang terjadi mempunyai nilai tidak sama pada puncak gelombangnya, hal inilah yang dikatakan sebagai gangguan tidak simetris. Arus dari gangguan tidak simetris diperhitungkan untuk menentukan making capacity dari pengaman (circuit breaker) dan electrodynamic forces dari instalasi listrik di pusat listrik atau gardu induk. Arus hubung singkat asimetris dapat diperhitungkan sebagai berikut: I P = k. 2. I k (2.10) Dengan: I P I k k = arus maksimum (puncak pertama) saat terjadi ganguan hubung singkat asimetris = arus hubung singkat maksimum simetris = faktor koefisien Karakteristik besarnya nilai k terhadap nilai R / X atau R/L dapat dilihat pada gambar 2.23 berikut ini: 21

19 Gambar Kurva koefisien K tergantung nilai R/X Sistem distribusi tenaga listrik merupakan salah satu bagian dari suatu sistem tenaga listrik yang dimulai dari PMT incoming di Gardu Induk sampai dengan Alat Penghitung dan Pembatas (APP) di instalasi konsumen yang berfungsi untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari Gardu Induk sebagai pusat beban ke pelanggan-pelanggan secara langsung atau melalui gardu-gardu distribusi dengan mutu yang memadai sesuai standar pelayanan yang berlaku. Sehingga sistem distribusi ini menjadi suatu sistem tersendiri karena unit distribusi ini memiliki komponen peralatan yang saling berkaitan dalam operasinya untuk menyalurkan tenaga listrik 2.6. Demand Factor dan Load Factor Demand factor adalah perbandingan antara beban puncak dengan beban terpasang pada suatu beban listrik. Besar demand factor dapat diketahui dari persamaan dibawah ini: Load factor adalah perbandingan antara daya rata-rata dalam jangka waktu tertentu dengan jumlah kapasitas terpasang pada suatu pusat listrik. Besar load factor dapat diketahui dari persamaan dibawah ini: 22

20 2.7. Generator Set Generator Set adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik, terdiri atas mesin diesel dan generator atau alternator. Mesin diesel merupakan penggerak utama berbahan bakar solar berpendingin air, sedangkan generator atau alternator merupakan mesin yang berfungsi sebagai pengubah energi poros menjadi energi listrik melalui kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri atas stator (kumparan statis) dan rotor (kumparan berputar). Gambar 2.12 berikut menunjukkan salah satu genset yang terpasang di QCC. Gambar Genset pada QCC-01 Gambar 2.13 berikut menunjukkan salah satu genset yang terpasang di GLC. Gambar Bangunan genset pada GLC 23

21 Mesin diesel digunakan sebagai penggerak utama alternator dengan jalan memutar poros pada kecepatan tetap yaitu 1500 rpm. Mesin ini menggunakan udara dan bahan bakar solar dengan kompresi tinggi untuk menghasilkan langkah usaha (gerak putar). Kelebihan mesin diesel adalah memiliki konstruksi yang kuat terhadap beban kerja yang tinggi, torsi yang besar, dan konsumsi bahan bakar yang efisien karena bahan bakar disuntikkan langsung ke ruang bakar. Oleh karena itu mesin diesel banyak dipakai untuk industri alat-alat berat, seperti lokomotif, truk, traktor, dan lain sebagainya. Generator atau alternator berfungsi sebagai pengubah energi gerak putar yang dihasilkan oleh mesin diesel menjadi energi listrik arus bolak-balik yang digunakan untuk mencatu energi listrik ke beban yang dipasangkan. Generator yang digunakan di seluruh crane adalah generator 3 tingkat tanpa sikat (brushless generator) terdiri atas beberapa bagian komponen dasar, yaitu permanent magnet generator (PMG), rotating dioda, pilot exciter, main generator dan AVR. Generator ini dikatakan 3 tingkat karena memiliki 3 tingkatan generator yang terpasang satu poros (main generator, pilot exciter, dan permanent magnet generator). Komponen-komponen tersebut memiliki fungsi-fungsi yang berbeda sebagai berikut: a) Rotor PMG (permanent magnet generator) merupakan generator bolak-balik tiga fasa dengan rotor berupa magnet permanen yang terpasang seporos dengan pilot exciter dan main rotor. Magnet permanen tersebut akan menginduksi tegangan bolak balik 3 fasa pada Stator PMG begitu mesin diesel berputar. Keluaran stator PMG ini digunakan sebagai sumber daya AVR untuk selanjutnya disearahkan dan diatur besarnya oleh AVR sebagai arus eksitasi stator pilot exciter. b) Main generator adalah generator utama yang berfungsi menghasilkan daya /energi listrik yang akan disalurkan ke beban. Bagian stator merupakan tempat belitan jangkar (armature) yang akan terinduksi tegangan bolak-balik tiga fasa dengan tegangan sesuai setting AVR dan frekuensi sesuai dengan kecepatan putar mesin diesel dan jumlah kutub. Sedangkan bagian rotor merupakan tempat belitan penguat (exciter) yang akan menghasilkan medan magnit penguat dengan besaran sesuai arus searah yang dialirkan oleh rotating diode. c) Rotating diode merupakan diode tiga fasa dengan konfigurasi bridge, terpasang pada poros yang sama dengan PMG, pilot exciter dan main generator. Biasanya rotating 24

22 diode dipasang di bagian paling luar berdekatan dengan PMG untuk memudahkan perbaikan. Rotating diode ini berfungsi sebagai penyearah tegangan bolak-balik tiga fasa yang terbentuk pada rotor pilot exciter untuk selanjutnya disalurkan ke rotor main generator yang berfungsi sebagai exciter pada main generator. d) Pilot exciter merupakan generator arus bolak-balik yang berfungsi sebagai sumber daya penguatan (eksitasi) utama bagi Main Generator. Pilot exciter menerima arus searah dari AVR di sisi statornya dan akan menginduksikan tegangan bolak-balik di rotor pilot exciter untuk selanjutnya disearahkan oleh rotating diode. Besar arus searah yang dikeluarkan oleh AVR menuju stator pilot exciter sesuai dengan setting tegangan AVR dan besarnya beban reaktif yang sedang terjadi di main generator. e) Automatic voltage regulator (AVR), merupakan komponen elektronis yang pada umumnya dipasang di kotak khusus dekat dengan main generator. Fungsi utama AVR adalah menyediakan arus eksitasi ke pilot exciter sesuai dengan nilai setting tegangan keluaran main generator yang diinginkan dan sesuai dengan besar daya reaktif yang sedang mengalir di main generator. Makin tinggi nilai setting tegangan dan makin besar daya rekatif induktif yang mengalir di main generator makin besar pula arus searah yang dihasilkan oleh AVR. Untuk memungkinkan pengaturan yang teliti dibutuhkan penginderaan tegangan keluaran Main Generator. Masukan/sumber daya AVR berasal dari tegangan tiga fasa yang terjadi pada stator PMG, bukan diambil dari tegangan keluaran main generator sebagaimana generator dua tingkat tanpa PMG. Oleh karena eksitasi PMG berasal dari magnet permanen yang tidak membutuhkan catuan arus searah maka selama poros berputar selalu tersedia sumber daya bagi AVR. Keunggulan ini sangat bermanfaat pada saat terjadi arus start motor (beban) yang besar pada main generator, PMG masih mampu menyediakan arus eksitasi yang besar untuk mengatasi jatuh tegangan pada terminal keluaran main generator (sampai 300 % selama 10 detik). Juga pada saat terjadinya hubung singkat yang mengalirkan arus cukup besar di keluaran main generator, sehingga arus hubung singkat tetap mengalir pada waktu yang cukup untuk koordinasi relay di sisi beban sampai terjadi pembukaan circuit breaker (CB) di posisi terdekat dengan titik terjadinya hubung-singkat tersebut. 25

23 Skema generator 3 tingkat dapat dilihat pada gambar ` Gambar Skema generator 3 tingkat [4] 2.7. Motor Arus Bolak-balik (Motor AC) Motor AC yang banyak digunakan pada crane sebagai motor penggerak adalah motor induksi rotor sangkar atau motor induksi rotor sangkar (selanjutnya disebur MIRS). Motor ini menggantikan motor DC karena berbagai keunggulan, antara lain konstruksi sederhana, kokoh, andal dan mudah dirawat karena tidak mempunyai komutator dan sikat sebagaimana motor DC. Kekurangan motor ini adalah dimensi yang lebih besar dan lebih berat dibandingkan dengan motor DC untuk daya keluaran poros yang sama sehingga membutuhkan luasan tapak yang lebih besar dan membutuhkan konstruksi struktur yang lebih kokoh. Disamping itu, kekurangan motor AC adalah rugi-rugi yang lebih besar karena inersia rotor dan kipas pendingin yang lebih besar dibandingkan dengan motor DC. Harga lebih murah merupakan pertimbangan utama walaupun dibutuhkan pengatur putaran (motor drive) yang lebih rumit daripada pengatur putaran motor DC. Konstruksi MIRS dapat dilihat pada gambar 2.15 berikut: 26

24 Gambar Nama bagian motor induksi rotor sangkar [4] Konstruksi rotor sangkar dapat dilihat pada gambar 2.16 berikut: Short circuits all rotor bars. /rotor winding Gambar Konstruksi rotor sangkar [3] Belitan stator terdiri atas tiga set belitan yang disediakan untuk masing-masing fasa tegangan sumber, misalnya belitan a-a untuk fasa R, b-b untuk fasa S dan c-c untuk fasa T. Gambar 2.16 berikut menunjukkan posisi ke tiga belitan fasa di suatu motor induksi rotor sangkar sederhana dua kutub. 27

25 Gambar 2.17 Posisi belitan fasa di motor induksi rotor sangkar [4] Medan putar yang terjadi di dalam MIRB sederhana dua kutub bisa dilihat pada gambar 2.18 berikut (pada posisi 0): Gambar Medan putar di dalam motor induksi rotor sangkar [4] Prinsip kerja motor induksi rotor sangkar adalah sebagai berikut: - Medan putar ini memotong belitan/batang rotor sehingga terbentuk tegangan induksi di belitan/batang rotor. - Kecepatan putar medan putar adalah sebesar ns = 120 f p (2.11) Dengan: n s = kecepatan putar medan putar atau kecepatan sinkron (rpm), f = frekuensi sumber tegangan (Hz) p = jumlah kutub. - Oleh karena belitan atau batang rotor pada MIRS terhubung-singkat, akan mengalir arus induksi di belitan/batang rotor. - Arus rotor ini akan membentuk medan magnet lainnya (medan magnet rotor, BR) 28

26 - Terbentuk momen akibat interaksi antara medan putar stator dengan medan magnit rotor. Momen inilah yang akan memutar rotor searah dengan putaran medan putar. - Kecepatan putar rotor tidak akan pernah secepat putaran sinkron ns karena pada saat rotor berputar secepat putaran sinkronnya tidak terjadi pergerakan relatif antara medan putar dengan belitan rotor sehingga tidak akan terbentuk momen ind sehingga rotor melambat. Saat rotor melambat, terjadi kembali pergerakan relatif antara medan putar dengan belitan rotor sehingga terbentuk kembali momen ind dan motor dipercepat kembali menuju kecepatan sinkronnya dan kembali terjadi perlambatan rotor dan seterusnya. Dengan kejadian ini rotor tidak akan pernah berputar secepat putaran sinkron sehingga motor ini disebut juga sebagai motor asinkron. - Selisih antara kecepatan medan putar (kecepatan sinkron, ns) dengan kecepatan putar rotor nr disebut sebagai slip s. S dapat dihitung dari persamaan s = (ns nr) ns - Pada saat beban poros bertambah besar, motor melambat (slip membesar) dan terjadi pergerakan relatif yang lebih besar antara medan putar dan belitan rotor sehingga induksi tegangan di rotor yang juga membesar. Dengan membesarnya tegangan induksi, arus rotor juga membesar dan medan magnet rotor BR juga membesar sehingga momen motor ind juga membesar dan terjadi keselimbangan antara momen beban dan momen motor. - Dengan bertambahnya beban, kecepatan putar motor akan berkurang dan slip membesar. 29