Profil Kualitas Daya Listrik (Power Quality) Pada Industri Manufaktur Pengolahan Plastik

Transkripsi

1 Profil Kualitas Daya Listrik (Power Quality) Pada Industri Manufaktur Pengolahan Plastik Alex Sandria Jaya Wardhana 1 1), Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Pasca Sarjana Elektro UGM Jln. Grafika 2 Yogyakarta INDONESIA jaya_wardhana@yahoo.co.id ABSTRAK Kualitas daya listrik (power quality) merupakan syarat umum yang menggambarkan karakteristik parameter-parameter besaran listrik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui profil kualitas daya yang meliputi arus, tegangan, daya aktif, daya reaktif, daya semu, frekuensi, harmonik arus dan harmonik tegangan. Profil kualitas daya dilakukan dengan melakukan pengukuran selama 24 jam untuk mengetahui karakteritik kualitas daya dengan objek penelitian pada industri manufaktur pengolahan plastik di PT. Supratik Suryamas. Pengukuran dilakukan pada masing-masing trafo yang ada pada PT. Supratik Suryamas yaitu trafo kva dan kva. Berdasarkan hasil pengukuran, beban puncak total untuk pembebanan di PT Supratik Suryamas adalah ,55 VA, dimana nilai ini sebenarnya masih mampu dilayani hanya dengan satu titik langganan saja yaitu kva.. Kondisi yang paling menonjol dari hasil pengukuran adalah adanya indikasi aliran arus di kawat netral yang cukup tinggi, yaitu 40,11 ampere untuk langganan 345 kva dan 201,96 ampere untuk langganan kva dimana nilai tersebut akan berdampak pada kerugian energi pada saluran netral maupun rugi-rugi pada transformator. Kata kunci: kualitas daya listrik, profil, pengukuran. ABSTRACT The quality of electrical power is a common condition that describes the characteristics of the parameters of electrical quantities. This study aims to determine the power quality profile that includes current, voltage, active power, reactive power, apparent power, frequency, harmonic current and voltage harmonics. Power quality profile is done by measuring for 24 hours to determine the characteristic qualities of the object of research in the manufacturing industry of plastic processing at PT. Supratik Suryamas. Measurements were taken at each of transformer 1000 kva and 1600 kva at PT. Supratik Suryamas. Based on the measurement results, the total peak load for loading in PT Supratik Suryamas is 1,038, VA, where this value is still able to be serviced only by a single point (transformer 1,150 kva). The most prominent conditions of measurement results are any indication of the current flow in the neutral wire is high enough, ie amperes to 345 kva subscription and amperes to 1,150 kva subscription, which will impact on the value of the energy loss in the neutral wire and losses in the transformer. Keywords: power quality, profile, measurement. Pendahuluan SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

2 Energi merupakan salah satu faktor yang sangat diperlukan untuk pembangunan berkelanjutan dan pertumbuhan ekonomi. Produksi netto energi listrik, berdasarkan statistik dari Departemen ESDM di tahun 2012 adalah sebesar 180,862 GWh dengan pemakaian akhir sebesar 173,990 GWh. Dua sektor yang paling dominan untuk pemakaian energi ini adalah sektor rumah tangga sebesar 41,5% dan sektor industri sebesar 34,6% [1]. Kebutuhan energy listrik dari sektor rumah tangga dan industri terus tumbuh dari tahun ke tahun. Kualitas daya listrik (power quality) adalah syarat umum yang menggambarkan karakteristik parameter catuan seperti arus, tegangan, frekuensi, serta menggambarkan dampak negatif dari gangguan listrik seperti deviasi frekuensi, variasi tegangan sumber, tegangan transien, harmonik dan sebagainya [2]. Kualitas daya dan faktor ekonomis saling berhubungan. Faktor ekonomis sangat tergantung kepada pemilihan peralatan yang akan dioperasikan di pabrik dan pensuplaian pada peralatan pabrik yang menjadi beban listrik. Dengan adanya kualitas daya yang baik maka faktor ekonomis dapat ditekan seminimal mungkin. Mirjana Stamenic et al., [4] menyatakan bahwa dengan mengetahui profil kualitas daya listrik dengan melakukan pengukuran maupun audit energy akan didapatkan potensi anomali penggunaan energi dan menentukan peluang konservasi energi yang bisa dilakukan. Suatu pabrik atau industri dikatakan memiliki kualitas daya yang baik apabila tegangan, arus, frekuensi dan faktor dayanya konstan. Suatu pabrik selalu membutuhkan dua hal berikut untuk mendukung proses produksinya, yaitu: 1) Suplai listrik yang kontinyu. Untuk menjaga suplai listrik tetap kontinyu, maka digunakan sumber listrik cadangan yatu genset, khususnya untuk beban-beban penting; dan 2) Kualitas daya listrik yang baik. Kualitas daya listrik yang baik sangat diperlukan oleh setiap pabrik karena banyak peralatan-peralatan elektronik yang dipergunakan di pabrik yang berhubungan langsung dengan proses produksinya. Gambaran Umum PT. Supratik Suryamas PT Supratik Suryamas merupakan sebuah perusahaan swasta nasional yang memproduksi barang-barang dengan berbahan baku plastik. Perusahaan ini berlokasi di Jalan Salak, Desa Durenan (Jl. Magelang Km 12) Sleman, Yogyakarta Indonesia. Proses produksi di PT Supratik Suryamas menggunakan dua metode, yaitu metode injeksi dan blow. Pada metode injeksi, proses pembentukan produk berbahan plastik dengan cara menginjeksikan atau menyuntikan plastik cair kedalam sebuah rongga cetak yang kemudian didinginkan dan dikeluarkan dari rongga cetak. Material dari proses ini adalah plastik dengan bentuk granula (butiran kecil), powder ataupun larutan. Kedua, metode blow molding atau blow forming yaitu suatu proses pembuatan plastik (termoplastik) yang bentuknya memiliki rongga rongga pada bagian tengah dari produk. Plastik cair pada proses ini berbentuk pipa kemudian dimasukan kedalam cetakan lalu ditiup hingga menempel pada dinding cetakan. Pada hasil cetakanya, proses ini cenderung memiliki ketebalan dinding yang tidak merata dan umumnya produk berupa silinder. Dalam bentuk diagram alir, proses produksi di PT Supratik Suryamas ditunjukkan pada Gambar 1. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

3 Bahan Baku (Biji Plastik) Mesin Injeksi Blow Molding Produk Jadi Produk Jadi Gambar 1. Proses produksi PT. Supratik Suryamas Sistem Kelistrikan Suplai listrik PT Supratik Suryamas diperoleh melalui suplai dari PLN dengan kapasitas daya total kva pada tegangan rendah 380/220 V yang dibagi menjadi 2 titik langganan, yaitu langganan I3 dengan daya 345 kva dan langganan I3 dengan daya kva. Sistem kelistrikan di PT Supratik Suryamas menggunakan sistem radial dengan suplai utama dari PLN. Suplai listrik dari PLN dihubungkan ke panel transfomator distribusi 20/380 kv yaang selanjutnya dihubungkan ke dua transformator melalui kubikel. Selanjutnya, dari masing-masing tranformator dihubungkan ke panel MDP (main distribution panel) dan dari panel MDP didistribusikan ke panel SDP (sub distribution panel) yang dilanjutkan ke panelpanel peralatan utama proses dan peralatan utama utilitas. Single line diagram sistem kelistrikan di PT Supratik Suryamas ditunjukkan pada gambar 2 dan 3. Gambar 2. Single line diagram pada langganan kva Gambar 3. Single line Diagram pada langganan 345 kva SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

4 Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan 2 tahapan yakni pengukuran dan analisis. Pada tahap pengukuran, dilakukan pengukuran pada 2 objek yaitu panel MDP trafo 1000 kva dan panel MDP trafo 1600 kva. Masing-masing pengukuran dilakukan selama 24 jam untuk mengetahui profil kelistrikan keseharian. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui parameter-parameter besaran listrik antara lain; tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, daya semu, faktor daya, frekuensi, THD arus dan THD tegangan. Kegiatan tahap kedua dalam penelitian adalah melakukan olah data berdasarkan pada yang sudah diperoleh. Hasil olah data selanjutnya dianalisis dengan cara membandingkan hasil pengukuran dengan standart parameter besaran listrik. Hasil dan Pembahasan Hasil Pengukuran di panel MDP yang meliputi arus, tegangan, daya aktif, daya reaktif, daya semu, faktor daya, THD arus dan THD tegangan pada MDP PT Supratik Suryamas, trafo 1000 kva dan trafo1.600 kva diperoleh hasil seperti ditunjukkan pada tabel 1 dan tabel 2. Tabel 1. Hasil pengukuran pada panel MDP trafo kva No. Parameter Fasa R Fasa S Fasa T Netral 1 Arus (Ampere) 512,50 527,57 439,51 43,67 2 Tegangan (V), Volt 219,22 220,17 220,32-3 Daya Aktif (P), Watt , , ,53-4 Daya Kompleks (S), VA , , ,48-5 Faktor Daya (PF) 0,99 0,97 0,97-6 Daya Reaktif (Q), VAr , , ,76-7 Harmonik Arus,% 8,66 9,35 11,64-8 Harmonik Tegangan, % 2,81 2,43 2,49 - Tabel 2. Hasil pengukuran pada panel MDP trafo kva No. Parameter Fasa R Fasa S Fasa T Netral 1 Arus (Ampere) 855,82 837,58 740,10 201,96 2 Tegangan (V), Volt 226,24 227,56 228,17-3 Daya Aktif (P), Watt , , ,09-4 Daya Kompleks (S), VA , , ,60-5 Faktor Daya (PF) 0,98 0,98 0,98-6 Daya Reaktif (Q), VAr , , ,18-7 Harmonik Arus,% 10,68 7,85 9,58-8 Harmonik Tegangan, % 3,22 2,65 2,60 - a. Tegangan Fasa Nilai tegangan (VA) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 3 dan tabel 4. Tabel 3. Nilai tegangan fasa untuk trafo kva Tegangan Fasa VR-N VS-N VT-N (Volt) (Volt) (Volt) Nilai Minimum 216,97 217,96 218,01 Nilai Rata-rata 219,22 220,17 220,32 Nilai Maksimum 225,17 226,02 226,20 SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

5 Tabel 4. Nilai tegangan fasa untuk trafo kva Tegangan Fasa VR-N VS-N VT-N (Volt) (Volt) (Volt) Nilai Minimum 220,72 221,87 222,72 Nilai Rata-rata 226,24 227,56 228,17 Nilai Maksimum 230,24 231,58 232,19 Berdasarkan tabel 3 dan tabel 4 di atas, nilai tegangan fasa pada setiap fasa berbeda yang menyebabkan muncul nilai unbalance voltage. Hasil perhitungan, nilai unbalance voltage ratarata pada kedua panel MDP PT Supratik Suryamas belum melebihi batas standar yang ditetapkan oleh NEMA yaitu 1%, akan tetapi pada kondisi beban tertentu dimana nilai tegangan di panel tersebut turun (nilai terendah) maka nilai unbalance voltage telah melebihi nilai standar yang telah ditetapkan. Tegangan tidak seimbang mengakibatkan terjadinya losses (rugi daya) serta berakibat juga pada pengurangan usia pakai dari peralatan 3 fasa yang terhubung pada sistem. b. Arus Fasa Nilai arus di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 5 dan tabel 6. Arus Fasa Tabel 5. Nilai arus fasa untuk trafo kva Fasa R Fasa S Fasa T Arus Netral Nilai Minimum 390,00 414,82 354,55 22,77 Nilai Rata-rata 512,50 527,57 439,51 43,67 Nilai Maksimum 602,18 627,00 508,77 81,55 Tabel 6. Nilai arus fasa untuk trafo kva Arus Fasa Fasa Fasa Fasa Arus R S T Netral Nilai Minimum 609,41 590,73 527,18 123,41 Nilai Rata-rata 855,82 837,58 740,10 201,96 Nilai Maksimum 999,27 983,46 880,50 243,14 Nilai arus yang ditunjukkan pada tabel 5 dan tabel 6 menunjukkan bahwa pada kondisi beban puncak, ada perbedaan arus pada setiap fasa sebesar 6,97% pada trafo kva dan 5,51% pada trafo kva, artinya kondisi pembebanan yang terjadi di PT Supratik Suryamas cukup seimbang karena batas standard ketidakseimbangan arus beban yang ditentukan oleh NEMA adalah 10%, meskipun demikian arus yang mengalir di kawat netral perlu diperbaiki guna meminimalisir aliran arus yang terjadi di kawat netral karena dapat mengakibatkan terjadinya losses pada transformator. c. Daya Semu Nilai daya semu (VA) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 7 dan tabel 8. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

6 Tabel 7. Nilai daya semu untuk trafo kva Daya Semu Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum , , ,59 Nilai Rata-rata , , ,48 Nilai Maksimum , , ,73 Tabel 8. Nilai daya semu untuk trafo kva Daya Semu Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum , , ,41 Nilai Rata-rata , , ,60 Nilai Maksimum , , ,55 Nilai daya semu yang ditunjukkan pada tabel 7 dan tabel 8 menunjukkan bahwa pada kondisi beban rata-rata, ada perbedaan pembebanan pada setiap fasa sebesar 7,12% pada MDP transformator kva dan 5,02% pada MDP transformator kva, artinya kondisi pembebanan yang terjadi di panel MDP PT Supratik Suryamas relatif seimbang karena batas standard ketidakseimbangan daya beban yang ditentukan oleh NEMA adalah 10%. d. Daya Nyata Nilai daya nyata (Watt) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 8 dan tabel 9. Tabel 8. Nilai daya nyata untuk trafo kva Daya Nyata Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum , , ,41 Nilai Rata-rata , , ,53 Nilai Maksimum , , ,32 Tabel 9. Nilai daya nyata untuk trafo kva Daya Nyata Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum , , ,09 Nilai Rata-rata , , ,09 Nilai Maksimum , , ,96 Nilai daya nyata yang ditunjukkan pada tabel 8 dan 9 menunjukkan bahwa pada kondisi beban rata-rata (kondisi proses produksi), terdapat perbedaan konsumsi daya nyata di setiap fasanya, dengan persentase perbedaan 4,91% pada MDP trafo kva dan 5,37% pada MDP trafo kva. Kondisi ini mengakibatkan munculnya arus pada kawat netral yang menyebabkan terjadinya losses pada transformator. e. Daya Reaktif Nilai daya reaktif (VAr) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas secara grafik di tunjukkan pada gambar 4 dan gambar 5. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

7 Gambar 4. Profil daya reaktif untuk trafo kva Gambar 5. Profil daya reaktif untuk trafo kva Berdasarkan grafik hasil pengukuran terlihat bahwa pada fasa S konsumsi daya reaktifnya paling tinggi dibandingkan fasa R dan fasa T. Semakin besar konsumsi daya reaktif maka akan mengakibatkan losses jaringan yang semakin besar. f. Faktor Daya Nilai faktor daya di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 10 dan tabel 11. Tabel 10. Nilai faktor daya untuk trafo kva Faktor Daya (PF) Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum 0,98 0,95 0,96 Nilai Rata-rata 0,99 0,97 0,97 Nilai Maksimum 1,00 0,98 0,99 Tabel 11. Nilai faktor daya untuk trafo kva Faktor Daya (PF) Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum 0,97 0,96 0,97 Nilai Rata-rata 0,98 0,98 0,98 Nilai Maksimum 0,99 1,00 1,00 Nilai faktor daya yang ditunjukkan pada tabel 10 dan tabel 11 menunjukkan bahwa secara umum pada kondisi produksi nilai faktor daya masing-masing fasa pada panel MDP PT Supratik Suryamas sudah sesuai dengan standar yang telah ditetapkan oleh PLN yaitu lebih besar atau SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

8 sama dengan 0,85, oleh karena itu PT Supratik Suryamas semestinya tidak dikenai biaya kvarh oleh PLN. Nilai faktor daya yang rendah tentu akan mengakibatkan konsumsi daya reaktif sangat besar sehingga berakibat pada kenaikan rugi daya (losses) secara keseluruhan. g. THD Tegangan Nilai THD tegangan di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 12 dan tabel 13. Tabel 12. Nilai THD tegangan untuk trafo kva THD Tegangan Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum 2,36 1,89 2,04 Nilai Rata-rata 2,81 2,43 2,49 Nilai Maksimum 100,00 100,00 100,00 Tabel 13. Nilai THD Tegangan untuk Trafo kva THD Tegangan Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum 2,38 1,66 1,50 Nilai Rata-rata 3,22 2,65 2,60 Nilai Maksimum 3,98 3,52 3,58 Nilai THD tegangan rata-rata pada panel MDP PT Supratik Suryamas pada transformator kva berkisar antara 2,81 hingga 2,49 persen dan pada transformator kva berkisar antara 2,60 hingga 3,22 persen. Dengan mengacu ke standar IEEE [3], THD tegangan untuk tegangan dibawah 69 kv yaitu 5 persen, maka nilai THD tegangan rata-rata di salah satu panel MDP PT Supratik Suryamas pada saat produksi masih di bawah standard yang telah ditentukan oleh IEEE. h. THD Arus Nilai THD arus di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator kva dan kva pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 14 dan tabel 15. Tabel 14. Nilai THD arus untuk trafo kva THD Arus Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum 6,99 7,54 9,68 Nilai Rata-rata 8,66 9,35 11,64 Nilai Maksimum 100,00 100,00 100,00 Tabel 15. Nilai THD arus untuk trafo kva THD Arus Fasa R Fasa S Fasa T Nilai Minimum 7,47 5,10 6,06 Nilai Rata-rata 10,68 7,85 9,58 Nilai Maksimum 16,55 11,81 15,33 Nilai THD arus rata-rata pada panel MDP PT Supratik Suryamas berkisar antara 8,66 hingga 11,64 persen untuk transformator kva dan pada MDP transformator kva berkisar antara 7,85 hingga 10,68 persen. Dengan mengacu ke standar IEEE [3], THD SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

9 arus untuk tegangan dibawah 69 kv yaitu 15 persen, maka nilai THD arus rata-rata selama proses produksi di salah satu panel MDP PT Supratik Suryamas belum melebihi batas standar yang ditentukan oleh IEEE. Kesimpulan Daya total tersambung dari PT PLN (Persero) yang digunakan oleh PT Supratik Suryamas untuk menggerakkan peralatan utama utilitas, peralatan utama proses dan kebutuhan perkantoran adalah kva yang terbagi dalam dua titik langganan yaitu 345 kva dan kva. Berdasarkan hasil pengukuran, beban puncak di PT Supratik Suryamas untuk langganan 345 kva adalah ,73 sedangkan untuk langganan kva adalah ,82. Artinya, beban puncak total untuk pembebanan di PT Supratik Suryamas adalah ,55 VA, dimana nilai ini sebenarnya masih mampu dilayani hanya dengan satu titik langganan saja yaitu kva. Berdasarkan hasil pengukuran dan analisis yang telah dilakukan kondisi yang paling menonjol adalah adanya indikasi aliran arus di kawat netral yang cukup tinggi, yaitu 40,11 ampere untuk langganan 345 kva, dan 201,96 ampere untuk langganan kva dimana nilai tersebut akan berdampak pada kerugian energi pada saluran netral maupun rugi-rugi pada transformator. DaftarPustaka 1. Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, Pengembangan Pemanfaatan Energi Alternatif, P2E- LIPI, Dugan, R.C., McGranaghan, M. F., and Beaty, H. W, Electrical Power Sistems Quality, New York: McGraw-Hill, IEEE Std , IEEE Recommended Practices and Reqirements for Harmonic Control in Electrical Power System, IEEE, NewYork, Mirjana Stamenić, Goran Jankes, Nikola Tanasić, Marta Trninić, Tomislav Simonović, Energi Audit as a Tool for Improving Overal Energi Efficiency in Serbian Industrial Sector, 2nd International Symposium on Environment-Friendly Energies and Applications (EFEA), SENATEK 2015 Malang, 17 Januari