Optimasi Pemilihan, Penempatan, dan Perencanaan Pemasangan Kapasitor Bank Pada Sistem Tenaga Listrik di Unit SA, PA & GG Pabrik Petro Jordan Abadi

Transkripsi

1 Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan 2017 Vol.01 No.01, ISSN: Optimasi Pemilihan, Penempatan, dan Perencanaan Pemasangan Kapasitor Bank Pada Sistem Tenaga Listrik di Unit SA, PA & GG Pabrik Petro Jordan Abadi Andrean Yudha Prasetya* a), Mohammad Noor Hidayat a), Ferdian Ronilaya a) Abstrak : Penggunaan energi listrik sangat dibutuhkan dalam setiap industri untuk menunjang kelangsungan proses produksi. PT Petro Jordan Abadi memiliki 3 unit pabrik utama yaitu unit PA, SA dan GG. Pada pabrik Petro Jordan Abadi memiliki satu pembangkit tenaga uap (STG) berkapasitas 17.5 MW. Sebagian besar beban pada pabrik Petro Jordan Abadi bersifat induktif, artinya beban jenis ini membutuhkan daya yang terdiri atas daya aktif (MW) dan daya reaktif (MVAR). Umumnya kebutuhan daya reaktif pada beban induktif relatif besar, hal ini menyebabkan faktor daya beban jenis ini relatif rendah. Untuk memperkecil pengaruh tersebut perlu dilakukan dengan cara memperbesar faktor daya sistem tenaga listrik, salah satunya dengan pemasangan capasitor bank secara paralel di dekat beban. Berdasarkan hasil analisis, diperoleh letak pemasangan kapasitor bank tegangan menengah (6 kv) yaitu pada bus SS01-6B2. Dengan nilai rating kapasitor bank yaitu 3750 kvar, dan total 3750 kvar pada sisi tegangan rendah (400 V) di setiap sisi keluaran trafo yang telah terpasang, dapat menginjeksi daya reaktif sebesar % yaitu dengan daya reaktif awal MVAR menjadi MVAR. Dari perencanaan besar nilai kapasitor yang di pasang dapat mencakup tujuan perencanaan pemasangan yang di inginkan yaitu menaikkan factor daya pada system di indrustri yang sebelumnya 0.77 menjadi Kata kunci : faktor daya system, memperkecil daya reaktif, pemasangan capasitor bank I. PENDAHULUAN Sebagian besar beban pada pabrik Petro Jordan Abadi bersifat induktif, artinya beban jenis ini membutuhkan daya yang terdiri atas daya aktif (MW) dan daya reaktif (MVAR). Umumnya kebutuhan daya reaktif pada beban induktif relatif besar, hal ini menyebabkan faktor daya beban jenis ini relatif rendah. Untuk memperkecil pengaruh tersebut perlu dilakukan dengan cara memperbesar faktor daya sistem tenaga listrik, salah satunya dengan pemasangan capasitor bank secara paralel di dekat beban. Sehingga diperlukan analisa untuk dapat mengetahui factor daya yang rendah, dan analisa kondisi aliran daya pada system di Petro Jordan Abadi. Sehingga dapat mengetahui dan menganalisa solusi yang tepat untuk melakukan pemasangan kapasitor bank. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa kondisi aliran daya dan factor daya untuk dapat menentukan pemilihan, penempatan dan perencanaan pemasangan kapasitor bank yang optimal pada unit SA, PA & GG Pabrik Petro Jordan Abadi. II. TEORI DASAR 2.1 Konsep Dasar Daya Definisi daya adalah kecepatan perubahan energy terhadap waktu. Daya yang diserap oleh beban sama dengan jatuh tegangan dalam volt dalam beban dikalikan dengan arus yang mengalir melewati beban dan ampere. * Korespondensi: andreanyudha35@gmail.com a) Prodi Sistem Kelistrikan, Jurusan Teknik Elektro, Polinema. Jalan Soekarno-Hatta No. 9 Malang Arus yang mengalir dalam rangkaian AC dapat dianggap terdiri dari 2 komponen yaitu komponen yang sefase dengan tegangan dan komponen yang berbeda fase. Persamaan untuk menghitung daya reaktif dan daya aktif seperti berikut ini: P = V x I cos ɵ ( W )... (1) Q = V x I sin ɵ ( VAR )... (2) S = V x I ( VA )... (3) dengan: P = daya aktif (W) Q = daya reaktif (VAR) S = daya semu (VA) V = tegangan pada sisi pengirim (V) I = arus nominal (A) cos ɵ = sudut fasa ( 0 ) 2.2 Faktor Daya Pengertian factor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kw) dengan daya semu (VA). Sebuah instalasi listrik akan semakin optimal, baik dari segi teknis maupun dari segi ekonomis, jika factor daya mendekati atau sama dengan satu Perbaikan Faktor Daya Didalam rangkaian arus bolak balik, arus dapat bersifat mendahului (leading), sefasa atau terlambat (lagging) terhadap tegangan, tergantung dari macam bebannya. Suatu cara yang sampai saat ini dianggap handal

2 untuk memperbaiki factor daya yang rendah adalah dengan menggunakan kapasitor. Prinsip dari perbaikan factor daya adalah memberikan arus dengan phasa yang mendahului dalam rangkaian sehingga memberikan perlawanan yang akan menetralisir arus pemagnetan yang ketinggalan phasanya (terkhusus untuk sistem yang bersifat kelebihan beban induktif). Dengan rumus untuk melakukan perbaikan factor daya sebagai sebagai berikut : (Sumber : Eugene C Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Jakarta Hal 147) Qc = Q 1 Q 2 ( VAR )... (4) Dimana : Q 1 = V x I sin ɵ 1 dan Q 2 = V x I sin ɵ 2 Di dalam suatu industri dalam memperhitungkan kebutuhan daya reaktif bisa dilakukan dengan beberapa cara yang cukup praktis. Cara cara tersebut adalah : 1. Metode menggunakan Tabel cos phi 2. Metode kuitansi PLN 3. Metode sederhana dan tepat Dengan metode ini kapasitor bank dipasang pada induk panel main distribution panel (MDP) Group Compensation Dengan metoda ini kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang di panel SDP. Cara ini cocok diterapkan pada industry dengan kapasitas beban terpasang cukup besar sampai ribuan kva dan terlebih jarak antara panel MDP dan SDP cukup berjauhan. III. METODOLOGI 3.1 Flowchart Penelitian Penelitian ini dilaksanakan mulai 1 Agustus September 2015 dan bertempat di PT. Petro Jordan Abadi Jawa Timur, Gresik. Diagram alir proses penyelesaian penelitian ditunjukkan oleh gambar berikut. 2.3 Kapasitor Bank Kapasitor bank (untuk kebutuhan besar) merupakan salah satu komponen perbaikan factor daya saat factor daya suatu system buruk, yang mengakibatkan konsumsi VAR besar pada system. Adapun manfaat pemasangan dari kapasitor adalah sebagai berikut: (Sumber : Hand Out Instalasi Tenaga Listrik II tahun 2008) 1. Mengoptimalkan daya terpasang 2. Menrunkan arus 3. Serta mengurangi biaya daya reaktif pada industry Automatic Type Pada jenis ini ddilengkapi dengan sebuah Power Factor Controller (PFC) sebagai pengaman. PFC akan menjaga cos phi pada jaringan listrik yang sesuai dengan target yang ditentukan. 2.4 Rancangan Hubungan Kapasitor Sambungan Delta Sambungan delta kapasitor bank hanya digunakan pada tegangan rendah. Dikarenakan sambungan delta menjadi satu grup, keuntungannya overvoltage pada unit kapasitor tidak akan terjadi akibat ketidak seimbangan tegangan. Gambar 1. Diagram Alir Pengerjaan Skripsi 2.5 Metode Penempatan Kapasitor Global Compensation 206

3 Gambar 2. Single line diagram PT. Petro Jordan Abadi IV. PEMBAHASAN 4.1 Sistem Kelistrikan PT. Petro Jordan Abadi Sistem distribusi yang dipakai PT. Petro Jordan Abadi menggunakan Tegangan menengah dengan service voltage 6 kv dan 400 V yang disupply dari sumber tegangan generator 6 kv dan parallel dengan PLN di tegangan 20 kv. Pemakaian energy listrik di PT. Petro Jordan Abadi sebesar KVA dengan golongan tariff I3 Tegangan menengah dengan tariff premium gold. 4.2 Analisa Aliran Daya Dalam menganalisa aliran daya dari system di PT. Petro Jordan Abadi menggunakan bantuan perangkat lunak E-TAP data yang dimasukkan sesuai dengan name plate dan kondisi di lapangan. Tabel 1. General info hasil simulasi sebelum dipasang kapasitor bank Study ID sebelum pasang Buses 62 Branches 63 Generators 1 Power Grids 1 Loads 44 Load-MW Load-Mvar Generation-MW Generation-Mvar Loss-MW Loss-Mvar 1.03 Mismatch-MW 0 Mismatch-Mvar 0 Tabel 2. Sources hasil simulasi ID Rating Rated kv AMP % PF Gen MW PLN 8.66 MVA Dari hasi simulasi dapat dianalisa aliran daya pada system, yaitu dengan total daya terpakai sebesar MW dan total daya reaktifnya sebesar MVAR. Dengan arus pada generator sebesar 1715 A dan sebesar pada PLN. PF pada sistem masih yang artinya tidak sesuai dengan ketentuan PLN. Jika kondisi ini dibiarkan maka akan merugikan pabrik Petro Jordan Abadi utamanya pada biaya tagihan listrik bulanan, karena factor daya minimum yang diperbolehkan oleh PLN terhadap suatu industry sebesar 0.85 untuk pelanggan sekelas pabrik. Kondisi ini terjadi sebelum terpasang kapasitor bank. 4.3 Perhitungan Kebutuhan KVAR Tabel 3. Data Beban dengan factor daya rendah LOADS kv kw AMP COS PHI 207

4 Load Load Load Load Load Load Load Load Dengan menggunakan metode perhitungan dengan menggunakan tabel cos phi maka dapat ditentukan kebutuhan KVAR tiap bebannya sebagai berikut : Tabel 4. Data kebutuhan KVAR menurut estimasi system saat beroperasi LOADS COS PHI awal Estimasi beban 100% Estimasi beban 80% Estimasi beban 60% COS PHI akhir Load Load Load Load Load Load Load Load bank pada sisi 6 kv hanya sebagai penetrasi kekurangan kompensasi daya reaktif. Dengan pengaturan pasokan daya reaktif (KVAR) dari GTG disesuaikan dengan range operasi factor daya dari GTG maka kebutuhan KVAR pada bus 6 kv akan mengikutinya, estimasi besarnya daya reaktif dari kapasitor bank sebesar 3750 KVAR adalah minimum yang harus dipenuhi. 4.4 Skema Rangkaian Kapasitor Bank Setelah menentukan rating dari kapasitor bank yang dipilih, maka penting jugak untuk menentukan skema rangkaian kapasitor bank yang akan dipasang pada system. Untuk mendapatkan proteksi yang handal pada kapasitor bank akan dipilih susunan kapasitor terdiri dari 1 phasa yang disusun dengan double star dan dipasangkan unbalance CT diantara dua star connection dengan relay over current sehingga akan didapat pengamanan yang sempurna apabila ada gangguan internal fault pada unit kapasitor. Dapat dilihat seperti gambar berikut : Tabel 5. Data kapasitor yang dipilih beserta step nya LOADS Kapasitor yang dipilih Step kapasitor yang dipilih Total step Load kvar 25 kvar/1 step 10 Load kvar 75 kvar/1 step 10 Load kvar 75 kvar/1 step 10 Load kvar 50 kvar/1 step 10 Load kvar 50 kvar/1 step 10 Load kvar 30 kvar/1 step 10 Load kvar 15 kvar/1 step 10 Load kvar 30 kvar/1 step 10 Perubahan step diatur secara automatic mengikuti perubahan beban pada system. Dipilih menggunakan step / automatic control karena beban pada tegangan rendah cenderung tidak stabil. Sedangkan penentuan rating kapasitor pada tegangan menengah dapat dilihat dari analisa kebutuhan daya reaktif ( KVAR) pada system distribusi di pabrik petro Jordan Abadi, kebutuhan daya reaktif sudah sebagian dipenuhi pada sisi tegangan rendah 400 V tetapi hanya untuk menghilangkan beban kvarh dari PLN yaitu factor daya minimal sebesar >0.85. Dan untuk factor daya pada system di PT. Petro Jordan Abadi lebih dari 0.92 maka kebutuhan kapasitor Gambar 3. Skema Rangkaian Kapasitor Bank 4.5 Simulasi Penempatan Kapasitor Bank Pemasangan kapasitor bank sebesar 3750 kvar fixed type di tegangan 6 kv di letakkan di panel spare substation SS01-6B1. Panel circuit breaker spare pada SS01-6B1 terdapat relay proteksi yang akan diaktifkan sebagai proteksi dan operasional ON/OFF dari MV kapasitor bank. 208

5 Dari hasi simulasi dapat dianalisa aliran daya pada system, setelah dipasang kapasitor bank. Dapat dilihat perbedaan yang begitu jelas yaitu sebagai berikut : Konsumsi daya, SEBELUM : total daya terpakai sebesar MW dan total daya reaktifnya sebesar MVAR. SESUDAH : total daya terpakai sebesar MW dan total daya reaktifnya sebesar MVAR. Gambar 4. Simulasi Penempatan Kapasitor Bank 4.6 Kondisi Pemasangan Kapasitor Bank yang Dipilih Kondisi kapasitor bank pada tegangan LV atau 400 V dipasang secara automatic type dengan mengacu pada step kapasitor yang sudah di setting berdasarkan kenaikan beban pada tegangan 400 V. sedangkan untuk kondisi kapasitor bank pada tegangan MV atau 6 kv dipasang secara fixed type mengacu pada beban di tegangan menengah yang cenderung tetap dan stabil, selain itu dapat meminimalisir dalam segi biaya pemasangan kapasitor bank. 4.7 Analisa Aliran Daya Setelah Dipasang Kapasitor Bank Tabel 6. General info hasil simulasi setelah dipasang kapasitor bank Study ID Setelah Dipasang Buses 62 Branches 63 Generators 1 Power Grids 1 Loads 44 Load-MW Load-Mvar Generation-MW Generation-Mvar Loss-MW Loss-Mvar Mismatch-MW 0 Mismatch-Mvar 0 Tabel 7. Sources hasil simulasi ID Rating Rated kv AMP % PF Gen MW PLN 8.66 MVA Kondisi Arus, SEBELUM : arus pada generator sebesar 1715 A dan sebesar pada PLN. SESUDAH : arus pada generator sebesar 1333 A dan sebesar pada PLN. Kondisi Faktor Daya, SEBELUM : PF pada sistem masih SESUDAH : PF pada system menjadi 0.92 Tabel 8. Perbandingan Sebelum dan Sesudah Pemasangan Kapasitor Bank Kondisi SEBELUM SESUDAH Daya MW MW MVAR MVAR Arus 1715 A (GEN) 1333 A (GEN) A (PLN) (PLN) Faktor Daya Dari hasil simulasi diatas dapat disimpulkan bahwa kondisi system sudah baik karena factor daya dari pabrik sebesar 0.92 dan sudah terbebas dari biaya denda kvarh dari PLN setelah dipasangnya kapasitor bank. V. KESIMPULAN Dari uraian pembahasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Analisa kondisi aliran daya sebelum pemasangan kapasitor bank, cos phi pada system sebesar 0.70, Mvar sebesar Penentuan rating capasitor bank didapat berdasarkan perhitungan beban yang terpasang dengan 3 estimasi yaitu saat full load, 80% load, dan 60% load. Sedangkan saat ini hanya menggunakan 60% load. 3. Setelah dilakukannya perhitungan untuk mengatasi penalty KVAR-H PLN, dapat disimpulkan perlunya penambahan capasitor bank disisi 6 KV minimum sebesar 750 kvar untuk terbebas dari biaya penalty. Tetapi terlepas dari itu, suatu pabrik pasti ingin memiliki PF yang mendekati 1. Jadi, dapat disimpulkan dan ditentukan PF dari pabrik Petro Jordan Abadi harus >

6 4. Pemasangan capasitor yang dipilih ialah kedua capasitor bank berjalan bersamaan pada sisi LV maupun sisi MV, dengan ketentuan pada sisi LV terpasang secara automatic operation atau bekerja berdasarkan step step capasitor yang sudah dihitung dan ditentukan kenaikan bebannya. Sedangkan MV capacitor dipasang fixed type dikarenakan beban di sisi 6kV cenderung lebih tetap dan stabil, selain itu juga dapat meminimalisir dalam segi biasa pemasangan capasitor. 5. Analisa aliran daya setelah pemansangan kapasitor bank, Load-Mvar yang sebelumnya sebesar menjadi 5.363, dan Loss-Mvar yang sebelumnya 1.03 menjadi Faktor daya pada system di industry Petro Jordan mengalami kenaikan yang sebelumnya 0.7 menjadi Daftar Pustaka (1) ABB, Reaktive Power Compensation (2) Bongas,L Tobing. 2003, Peralatan Listrik, Jakarta (3) Eugene, C Lister. 1993, Mesin dan Rangkaian Listrik, Jakarta (4) IEEE, An American National Standard IEEE Guide for Safety in AC (5) IEEE Std 18 TM Standard for Power Capacitors (6) IEC Standard Capacitor (7) PUIL 2011, Pemilihan Dan Pemansangan Perlengkapan Listrik - Perlengkapan Lain. (8) Ramasamy Natarajan. Power System Capacitors. Taylor&Francis Group,LLC. U.S (9) Schneider Electrric Indonesia (2010) (10) substation Grounding, New York, USA (11) Std 519 Recommended Practices and in Electrical Power System 210