Edi Mugiono, Syafruddin HS Magister Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 tudi eningkatan Kapasitas uplai enyulang tudi Kasus Di T Indonesia Asahan Aluminium (ersero) Edi Mugiono, yafruddin H Magister Teknik Elektro, Universitas umatera Utara edimugiono12@gmail.com Abstrak roduksi aluminium T INDONEIA AAHAN ALUMINIUM (ersero) saat ini terbatas pada desain awal yaitu ton/tahun. uplai arus listrik DC ke tungku reduksi gedung no.3 saat ini hanya yang secara sistem disuplai dari transformator utama (Main Transformer, MTR), transformator regulator tegangan berbeban (On Load Voltage Regulator, LVR) dan transformator penyearah (Rectiformer). enelitian menganalisis kemungkinan kapasitas tambahan untuk meningkatkan produksi. Hasil analisis menunjukan arus searah yang disuplai dapat mencapai 255 ka dengan peedaman % distorsi harmonic menggunakan capasitor bank. eningkatan arus searah dari menjadi 255 ka dapat meningkatkan produksi aluminium. Kata Kunci: MTR, LVR, rectiformer, peningkatan kapasitas. Abstract Aluminium production of T INDONEIA AAHAN ALUMINIUM (ersero) is about 250,000 ton/year. DC current supply on reduction pot on building 3 is supplied by the main transformer (MTR), Load Voltage Regulator (LVR), and rectiformer. This paper analyzes the possible production improvement by changing these components. The analysis results show that the supply current can be increased up to 255 ka with distorting harmonic reduction % by using capasitor bank. This current improvement may result production increment. Keywords: MTR, LVR, rectiformer, capacity improvement. 1. ENDAHULUAN ada pabrik peleburan aluminium, jumlah aluminium yang dapat diproduksi akan berbanding lurus dengan besar arus listrik DC yang mengalir pada tungku-tungku reduksi. Berdasarkan studi yang dilakukan oleh KANNAK wiss (konsultan teknologi peleburan Aluminium), tungku reduksi Inalum masih mampu beroperasi hingga 255 ka dengan beberapa modifikasi pada konstruksinya [1]. Namun saat ini arus maksimum yang dapat disuplai ke Gedung reduksi no.3 hanya sebesar 193 ka karena kapasitas suplai peralatan yang terpasang seperti MTR, LVR dan Rectiformer untuk suplai gedung reduksi no.3 tidak mencukupi lagi khususnya faktor daya LVR hanya sebesar 0,88 lagging. eningkatan kapasitas suplai harus dilakukan dengan mempertimbangkan semua aspek penting terkait dengan kelangsungan operasional perusahaan seperti kehandalan sistem, faktor biaya dan manfaat yang akan diperoleh sehingga harus juga mengoptimalkan peralatan yang ada dan melakukan efisiensi pemakaian energi listrik [2]. Upaya yang dilakukan adalah dengan meningkatkan kapasitas suplai MTR menjadi 230 MVA dengan target arus sebesar 255 ka, penambahan Load Voltage Regulator dan penyearahnya sebesar 45 MVA atau setara dengan 45 ka. elanjutnya perbaikan faktor daya LVR dari 0,88 menjadi minimum 0,95 lagging dengan arus minimum 210 ka. Untuk melaksanakan penggantian transformator dalam rangka untuk meningkatkan kapasitas suplainya harus mempertimbangkan usia transformator. Usia transformator daya umumnya bervariasi dari 25~50 tahun dan sebagai pertimbangan lainnya untuk penggantian adalah historical pembebanan, waktu operasi, catatan gangguan serta ketersediaan suku cadang [3]. Disamping usia pemakaian, kondisi transformator juga bisa dijadikan dasar untuk penggantian transformator. Indikasi kondisi transformator bisa diketahui berdasarkan hasil pengujian Dissolved Gas Analysis (DGA), catatan pemeliharaan, data pabrikan atau karakteristik spesifikasi desain, kondisi bushing, arrester, cooling system dan pendapat ahli [4]. Untuk menentukan penggantian transformator bisa juga dilakukan dengan analisis risiko yang mempertimbangkan kemungkinan terjadinya kegagalan dan dampak yang ditimbulkan dari kegagalan tersebut [5]. Atas dasar pertimbangan transformator daya di penyulang sudah beroperasi lebih dari 36 tahun, kondisi dan analisis risikonya, maka penggantian sudah layak dilakukan dan ditingkatkan rated dayanya untuk meningkatkan kapasitas suplai arus menjadi 255 ka. erbaikan faktor daya dapat memaksimalkan daya aktif LVR sehingga arus sekunder dapat ditingkatkan [6]. Implementasi dari hal tersebut dapat dilakukan melalui pemasangan kapasitor bank beserta filter aktif untuk meredam harmonisa yang dihasilkan oleh sistem penyearah [7]. emanfaatan sumber daya reaktif ini sekaligus dapat mengurangi rugi-rugi daya pada transformator tersebut [8].

2 2. ERALATAN ENINGKATAN KAAITA eralatan utama yang dibutuhkan untuk peningkatan kapasitas suplai arus listrik ke tungku reduksi adalah transformator daya, load voltage regulator (LVR) dan penyearah (rectifier). Gardu Induk T. INALUM (ersero) memiliki 4 unit LVR yang masing-masing berkapasitas 182 MVA. LVR merupakan transformator pengatur tegangan yang berfungsi untuk mengatur dan menjaga tegangan keluaran transformator sesuai dengan kebutuhan transformator penyearah. etiap gedung reduksi dilayani oleh 1 unit LVR. ada LVR terdapat 3 tap NVTC ( No Voltage Tap Changer) dan pada masing-masing tap NVTC terdapat 27 tap OLTC (On Load Tap Changer). Tap ini berfungsi untuk mengatur tegangan pada saat terjadi fluktuasi beban, seperti pada saat penaikan atau penurunan arus gedung reduksi pada saat startup pot. pesifikasi dari LVR adalah sebagai berikut: 1. Kapasitas : 182 MVA 2. Frekuensi : 50 Hz 3. Jumlah Fasa : 3 4. Rated : 33 kv 5. Rated : 3184 A 6. Jenis Koneksi : Δ / Δ (delta/delta) 7. Jenis pendinginan : OFAF Transformator penyearah akan mengubah arus bolak balik AC menjadi arus searah DC yang akan disuplai ke gedung reduksi. ada sistem INALUM peralatan penyearah yang digunakan adalah penyearah silikon ( ilicon Rectifier/R) 36 pulsa. ebelum arus bolak balik keluaran Transformator LVR disearahkan, tegangannya diturunkan dan digeser fasanya oleh transformator tiga belitan penggeser fasa. emasangan transformator penggeser fasa dan penyearah silikon dikopeling menjadi satu bagian yang disebut transformator penyearah. Berikut spesifikasi silicon rectifier yang terpasang di T INALUM : erhitungan aliran beban seimbang dilakukan dengan memodelkan sistem ketenagalistrikan T Inalum, mulai dari pembangkit, transmisi, beban smelter, hingga penyederhanaan sistem LN yang terinterkoneksi dengan sistem Inalum, menggunakan software ETA Kemudian data hasil simulasi tersebut akan diolah menggunakan software Microsoft Excel 2010 dan didokumentasikan serta dipublikasikan dalam bentuk tulisan menggunakan software Microsoft Word eralatan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. oftware simulasi ETA. 2. Microsoft Excel dan Microsoft Word. 3. ower uality Meter. 4. erhitungan manual untuk menentukan kapasitas transformator utama, menentukan besaran tambahan load voltage regulator dan transformator penyearah (rectiformer) serta pemilihan capacitor bank yang sesuai. Berikut adalah perbandingan peralatan yang akan dijadikan obyek kajian untuk meningkatkan kapasitas suplai arus dari menjadi 255 ka pada gedung reduksi no.3 seperti dijelaskan pada Tabel 1. Tabel 1 erbandingan peralatan 4. HAIL DAN EMBAHAAN 4.1 Model istim Kapasitas desain diperoleh secara kalkulasi dengan menggunakan data-data yang tercatat di sistim CADA Inalum dan persamaan umum dalam energi listrik. Gambar 1 merupakan modeling sistem dalam diagram satu garis kondisi sebelum dan sesudah peningkatan kapasitas. 1. Rating kapasitas : 35.9 MVA 2. Rating tegangan primer (AC) : 33 kv 3. Rating teg. sekunder/tertier (AC) : 686 V 4. Rating arus primer (AC) : 628 A 5. Rating arus sekunder/tertier (AC) : 6 x 8720 A 3. METOLOGI ENELITIAN Obyek yang digunakan dalam penelitian ini adalah data jaringan listrik ubstation T Inalum, yaitu data transformator, data penghantar, data penyearah silikon, data beban, data operasi normal dan gangguan, diagram satu garis jaringan listrik ubstation. (a) (b) Gambar 1. (a) Diagram atu Garis aat Ini (b) eningkatan Kapasitas 4.2 Analisis Model elaksanaan permodelan sistem dilakukan sebagai langkah awal untuk melaksanakan 68

3 penelitian. ermodelan sistem tenaga listrik Inalum dilaksanakan dengan menggunakan software ETA etelah seluruh parameter diinputkan ke model sistem pada ETA 12.0, simulasi aliran daya dilakukan untuk menguji kesesuaian model sistem. engujian dilakukan beberapa kali diantaranya simulasi aliran daya pada tanggal 15 Oktober 2016 dengan hasil seperti pada Gambar 2. Kuala Tanjung 275kV A Bus B Bus KETERANGAN: MW Mvar A kv MW ka V 2nd'ry MTR 90 MVAR 33kV DC 686V MTR 182 MVA 146,6 10,7 311,1 272,9 0,0 92,1 145,5 83,6 1591,5 33,4 2925,7 33,1 LVR 145,4 78,6 3165,0 30,1 145,4 78,5 0,0 0,0 3165,0 30,1 0,0 30,0 2nd'ry LVR = 0 MVar upply Load Kuala Tanjung* Load LN From TK Line 114km 1MTR 2MTR 3MTR 4MTR LN ource MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar V bus KT CADA imulated Gambar 2. Data Aliran Daya Data CADA dan imulasi ETA imulasi selanjutnya dilaksanakan dengan mengambil data rugi-rugi transmisi pada CADA pada tanggal 17 Desember 2016 dan dibandingkan dengan hasil simulasi seperti pada Gambar 3. Tungku Reduksi Gedung No.3 145,4 193,4 23,6 0,0 32,2 731,3 Gambar 4 Aliran Daya Maksimum 193 ka Tabel 2 ebelum dan esudah emasangan MTR 230 MVA umber engukuran imulasi ending ide TK 1L TK 2L Receiving ide MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar ,97 7,8 10,6 7,7 10,5 550,3 43,8 564,8 64,4 7,7 10,4 7,7 10,4 549,4 43,6 Gambar 3 erbandingan Rugi-rugi Transmisi Hasil engukuran dan imulasi Hasil perbandingan data pengukuran pada CADA dan data simulasi pada oftware ETA menunjukkan kondisi data yang relatif sama, sehingga tingkat akurasi analisis dapat dianggap yang sangat baik. Gambar 4 menunjukkan kondisi saat ini dimana pada kondisi tersebut aliran daya reaktifnya mengalir cukup besar melalui LVR yaitu sebesar 78.5 MVAR sehingga menambah pembebanan transformator LVR. Hal ini mengakibatkan arus sekunder LVR sebesar 3.165,6 A, mendekati arus rating maksimum A dengan suplai arus DC ke tungku reduksi no.3 sebesar ka. edangkan faktor dayanya hanya 0,88 lagging dengan tegangan pada bus incoming sebesar 272,9 kv dan pada bus 33 kv sebesar 33,1 kv. Hasil simulasi dengan penambahan MTR 230 MVA yang baru dibebani dengan kondisi arus 193 ka dibandingkan dengan kondisi sebelumnya, dengan suplai arus yang sama yaitu sebesar dijelaskan pada Tabel 2. aat ini dengan MTR 230 MVA ry MTR 146,6 10,7 147,0 0, ,1 272,9 1,08% ry MTR 146,3-6,6 146,4 0, ,4 33,4 1,60% ry LVR 145,5 83,6 167,8 0, ,7 33,1 1,46% ry LVR 145,4 78,6 165,3 0, ,6 30,1 1,48% Cap Bank Eksisting 92,1 92,1 0, ,5 33,4 Gedung Reduksi 145,4 78,6 165,3 0, ,6 30,1 1,48% ry MTR 147,4 7,1 147,6 0, ,0 273,1 1,10% ry MTR 147,1-6,6 147,3 0, ,1 33,5 1,75% ry LVR 146,4 84,1 168,9 0, ,6 33,2 1,62% ry LVR 146,3 79,0 166,3 0, ,2 30,2 1,61% Cap Bank Eksisting 92,4 92,4 0, ,3 33,5 Gedung Reduksi 146,3 79,0 166,3 0, ,2 30,2 1,61% ecara umum keadaan sistem tidak mengalami perubahan yang signifikan. Hanya ada kenaikan daya reaktif disisi sekunder LVR dari 78,6 menjadi 79 MVAR dan kenaikan arus pada sisi primer LVR dari 2.925,7 A menjadi 2.934,6 A yang disebabkan oleh meningkatnya kapasitas MTR dari 182 MVA menjadi 230 MVA yang disumbangkan oleh penambahan beban auxiliary MTR. Kenaikan arus suplai ke tungku reduksi juga mengalami kenaikan dari 3165,6 A menjadi 3175,2 A yang dapat dikonversi ke arus DC dari menjadi 195 ka. Namun karena keterbatasan rated arus maka arus ke gedung reduksi hanya bisa 193 ka. edangkan untuk faktor daya kedua kondisi tersebut sama yaitu 0,88 lagging. Tabel 3 menunjukkan perubahan hasil keadaan daya reaktif, faktor daya dan arus pada sisi sekunder LVR yang diperoleh setelah penambahan capasitor bank. 69

4 Tabel 3 ebelum dan esudah Capacitor Bank Terhubung MTR 230 MVA Baru Terhubung ry MTR 147,4 7,1 147,6 0, ,0 273,1 1,10% ry MTR 147,1-6,6 147,3 0, ,1 33,5 1,75% ry LVR 146,4 84,1 168,9 0, ,6 33,2 1,62% ry LVR 146,3 79,0 166,3 0, ,2 30,2 1,61% Cap Bank Eksisting 92,4 92,4 0, ,3 33,5 Gedung Reduksi 146,3 79,0 166,3 0, ,2 30,2 1,61% ry MTR 166,4 0,7 166,4 1, ,0 273,0 0,51% ry MTR 166,0-17,2 166,9 0, ,8 33,2 2,41% ry LVR 165,4 11,5 165,8 0, ,4 33,1 2,18% ry LVR 165,2 6,5 165,4 0, ,4 30,0 1,54% Cap Bank Eksisting 30,4 30,4 0, ,6 33,2 82,8 82,8 0, ,7 30,0 Gedung Reduksi 165,2 6,5 187,7 0, ,3 30,0 1,53% Dengan penambahan kapasitor bank ini sangat berpengaruh terhadap perbaikan faktor daya sistem yaitu dari 0,88 pf menjadi 0,999 pf dengan perubahan arus pada sisi sekunder LVR sebesar 4,2 ampere dari 3.175,2 A menjadi 3.179,4. Namun arus pada tungku reduksi naik cukup signifikan menjadi 3.610,3 A atau setara dengan 220,8 ka DC. Hal ini juga terlihat dari perubahan daya aktif yang sangat signifikan pada sisi sekunder LVR yaitu dari 146,3 MW menjadi 165,2 MW. Total Harmonic Distortion tegangan () juga mengalami perbaikan dari 1,61% menjadi 1,53%. Tabel 4 menunjukkan hasil proses switching LVR baru untuk terhubung ke sistem. Dari Tabel 4.3 dapat diketahui bahwa faktor daya pada sisi sekunder telah mencapai optimum yaitu 0,99 lagging pada saat kapasitor bank terhubung ke sistem dan menjadi 1.0 pf pada saat LVR baru terhubung. Rated arus LVR juga telah mencapai ratednya yaitu sebesar 3.179,4 A dan menjadi 3.012,8 A pada saat LVR baru terhubung ke sistem. Beban awalnya ditanggung oleh LVR yang ada dan menjadi berkurang pada saat LVR baru dibebani sehingga kondisi sistem menjadi lebih stabil. Tabel 4. ebelum dan esudah LVR Baru Terhubung Baru Tehubung LVR Tambahan (Baru) Terhubung ry MTR 166,4 0,7 166,4 1, ,0 273,0 0,51% ry MTR 166,0-17,2 166,9 0, ,8 33,2 2,41% ry LVR 165,4 11,5 165,8 0, ,4 33,1 2,18% ry LVR 165,2 6,5 165,4 0, ,4 30,0 1,54% Cap Bank Eksisting 30,4 30,4 0, ,6 33,2 82,8 82,8 0, ,7 30,0 Gedung Reduksi 165,2 6,5 187,7 0, ,3 30,0 1,53% ry MTR 194,5-8,8 194,7 0, ,0 272,8 0,59% ry MTR 193,9-33,4 196,8 0, ,0 33,5 0,36% ry LVR 157,9 5,8 158,0 0, ,9 33,3 0,30% ry LVR 157,8 1,3 157,8 1, ,8 30,2 0,63% ry LVR Baru 35,1 20,3 40,6 0, ,0 33,3 0,30% ry LVR Baru 35,1 18,9 39,9 0, ,8 30,1 0,31% Cap Bank Eksisting 61,8 61,8 0, ,6 33,5 83,9 83,9 0, ,7 30,1 Gedung Reduksi 192,9 20,2 194,0 0, ,6 30,1 0,94% Beban awal LVR yang ada sebesar 165,2 MW berkurang menjadi 157,8 MW dan sebahagian bebannya di tanggung oleh LVR baru sebesar 35,1 MW sehingga total daya yang dialirkan ke gedung reduksi menjadi sebesar 192,9 MW. Total Harmonic Distortion tegangan () juga mengalami perbaikan dari 1,53 % menjadi 0,94 %. Hasil peningkatan arus yang dilakukan dengan peningkatan kapasitas penyulang dijelaskan pada Tabel 5. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa arus target sebesar 255 ka dapat diperoleh dengan penggantian MTR 230 MVA, penambahan kapasitor bank 90 MVAR dan LVR baru dengan kapasitas 45MVA/45 ka. edangkan arus pada secondary LVR sebesar 3.012,8 A masih di bawah arus ratingnya sebesar A yang diperoleh dengan penambahan kapasitor bank. maksimum yang dapat disuplai ke gedung reduksi no.3 lebih besar dari arus yang ditargetkan yaitu sebesar 257,08 ka, namun busbar pada tungku reduksi hanya mampu sampai batas kapasitas maksimum sebesar 255 ka. Total daya yang dibutuhkan untuk gedung reduksi no.3 sebesar 192,9 MW yang jika dikonversikan ke daya AC dengan faktor konversi sebesar 1,033 menjadi sebesar 199,3 MVA. Tabel 5 Hasil eningkatan Kapasitas uplai enyulang ac dc Idc (ka) Idc Target (ka) Vdc (V) Jumlah Tungku aat ini dengan 145,4 140,76 193, ,4 165 MTR 230 MVA 146,3 141,63 195, ,4 165 Baru 165,2 159,92 220, ,4 165 LVR Tambahan R 31~36 157,7 152,66 210, ,4 165 RGTR 35,1 33,98 46, ,4 165 Total pada Gedung reduksi No.3 192,8 186,64 257, KEIMULAN 1. Dengan penggantian MTR 230 MVA, penambahan kapasitor bank 90 MVAR dan LVR baru dengan kapasitas 45MVA/45 ka, arus maksimum yang dapat disuplai ke gedung reduksi no.3 lebih besar dari arus yang ditargetkan yaitu sebesar 257,08 ka, namun busbar pada tungku reduksi hanya mampu sampai batas kapasitas maksimum sebesar 255 ka. 2. Distorsi harmonik pada orde ke-5 dan 7 dapat diredam dengan kapasitor bank yang dipasang dengan besaran distorsi harmoniknya menjadi 0,008-0,13 % dari sebelumnya 0,09-0,91 % yang berdampak pada perbaikan kualitas daya yang dihasilkan. 3. emasangan kapasitor bank menurunkan arus pada sisi secondary LVR dari 3165,6 A dengan output arus DC 193,4 ka menjadi 3.012,8 A dengan output arus DC sebesar 210,28 ka sesuai dengan arus target desain. 6. DAFTAR UTAKA [1] René von Kaenel and KANNAK Team T. Inalum Reduction Cell Assessment Repot KANNAK Report on Assessment of Reduction Cell T. Inalum

5 [2] Xiao Zhang, Gabriela Hug. Optimal Regulation rovision by Aluminium melters, IEEE /14, 2014 [3] Van chijndel, A., Wetzer, J. M., and Wouters,.A.A.F Remaining Lifetime Modelling for Replacement of ower Transformer opulations, IEEE /08, 2007 [4] Eileen Duarte, David Miller, Matthew Lawrence, hillip rout, Hohn Gavin, DanFalla, and Tony McGrail. rioritizing Transformers for Condition Based Asset Replacement, IEEE /10, 2010 [5] Duarte, E., Falla, D., Gavin, J., Lawrence, M., McGrail, T., Miller, D., rout,., and Rogan,. A ractical Approach to Condition and Risk Based ower Transformer Asset Replacement, IEEE /10, 2010 [6] Jiawei Yang Fast and Continuous on load voltage regulator based on electronic power transformer (IET Electric ower Applications, 2012) [7] Babak Badrzadeh, Kenneth mith, Roddy Wilson, Designing assive Harmonic Filters for an Aluminum melting lant, IEEE Journal, [8] J. ontt, J. Rodriguez, and J. an Martin, Improving Operational erformance of Industrial ystems with High-ower Rectifiers, ower Electronics pecialists Conference (EC), IEEE 36th,