BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Pustaka Rujukan penelitian yang pernah dilakukan untuk mendukung penulisan tugas akhir ini antara lain : ( Khairil, 2012 ) Melakukan penelitian mengenai metode perbaikan daya menggunakan kapasitor bank untuk mengurangi daya reaktif untuk peningkatan kualitas daya listrik pada industry. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa untuk memperbaiki faktor daya perlu dipasang kapasitor bank. Kapasitor bank memberikan sumbangan arus mendahului ( leading ) sehingga juga akan memberikan faktor daya leading. ( Pandu, 2012 ) Melakukan penelitian mengenai studi susut energy pada jaringan tegangan rendah wilayah PLN APJ Cempaka putih dengan objek pelanggan residensil. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa peramalan kapasitas dapat digunakan untuk mengetahui kapan harus dilakukan penambahan kapasitas untuk mengantisipasi penurunan kualitas jaringan. ( Ahmad, 2016 ) Melakukan penelitian mengenai Studi penempatan kapasitor untuk perbaikan kualitas tegangan di penyulang Kangkung GI Manggala. Dari penelitian ini disinmpulkan bahwa Jatuh tegangan merupakan penurunan tegangan di mulai dari penyulang sampai 9

2 sepanjang saluran jaringan tegangan menengah. Fenomena tersebut disebabkan kawat saluran yang mempunyai nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi sepanjang saluran, maka an terjadi penurunan tegangan. ( Wiwik, 2014 ) Meneliti tentang analisis perbaikan tegangan pada subsistem dengan pemasangan kapasitor bank dengan Etap versi 7.0. dalam penilitian ini disimpulkan bahwa pengurangan rugi rugi daya dengan menggunakan kapasitor bank merupakan solusi alternative untuk memperbaiki profil tegangan pada subsistem pedan yang telah dilakukan. Sehingga dengan demikian akan menekan rugi daya yang lebih besar karena berpengaruh terhadap rugi rugi total sistem keseluruhan. ( Pambudi, 2017 ) Meneliti tentang analisis Perbaikan Losses dan faktor daya pada menggunakan kapasitor bank pada substation 80 dan subastation II di jaringan listrik power plant I PT Pertamina (Persero) Refinery Unit V Balikpapan dengan simulasi Etap Dalam penelitian ini disimpulkan bahwa Pengurangan losses dengan menggunakan kapasitor bank merupakan sebuah solusi alternative untuk memperbaiki profil tegangan dan meningkatkan faktor daya pada substation 80 dan substation II yang telah dilakukan. Sehingga dengan demikian dapat menekan angka losses yang lebih besar karena berpengaruh pada losses total keseluruhan. 10

3 2.2 Landasan Teori Faktor daya Faktor daya merupakan salah satu indikator baik buruknya kualitas daya listrik. Faktor daya didefinisikan sebagai perbandingan daya aktif dan daya reaktif. faktor daya disimbolkan sebagai cos φ dimana, cosφ = p s.. (1) Daya aktif adalah daya yang digunakan sistem untuk bekerja. Sedangkan daya reaktif adalah daya yang digunakan sistem untuk membangkitkan medan. Pada suatu tegangan V, daya aktif, daya reaktif dan daya total adalah sebanding dengan arus dan akan sesuai dengan pernyataan(2),yaitu: S P 2 + Q 2 = (V. I. Cosφ) 2 + (V. I. Sinφ) 2.. (2) Salah satu cara yang lazim untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan cara kompensasi daya reaktif dimana sebagian kebutuhan daya reaktif yang dibutuhkan beban didapat dari kompensator daya reaktif. Salah satu kompensator daya reaktif yaitu kapasitor bank dengan rating KVar sebagai berikut ; Qc = P (tan φ awal tan φ target ) (3) 11

4 Penambahan daya reaktif tersebut dibatasi pada nilai faktor daya maksimal 100% dan tidak mengubah keadaan leading atau lagging sistem sehingga tidak merusak beban terpasang. Gambar 2.1 Hubungan Daya Pada Sistem AC (Khairil : metode perbaikan daya menggunakan kapasitor bank untuk mengurangi daya reaktif untuk peningkatan kualitas daya listrik pada industry, 2012 ) Penurunan Tegangan Pada umumnya beban yang terdapat pada sistem tenaga listrik bersifat resistif-induktif. Beban tersebut akan menyerap daya aktif dan daya reaktif yang dihasilkan oleh generator. Penyerapan daya reaktif yang diakibatkan oleh beban induktif akan menyebabkan terjadinya jatuh tegang an pada tegangan yang disuplai generator. 12

5 Akibatnya nilai tegangan di sisi penerima akan berbeda dengan nila i tegangan disisi pengirim. Sehingga dapat ditulis dengan persamaan (1) Vs 2 = (Vr + V P ) 2 + ( V q ) 2 (1) Dimana : Vs Vr VP VP Vq : tegangan di sisi pengirim : tegangan di sisi penerima : jatuh tegangan : IR Cos θ + Ix Sin θ : Ix Cos θ IR Sin θ Sistem Distribusi Tenaga Listrik Sistem distribusi tenaga listrik adalah bagian dari sistem perlengkapan elektrik antara sumber daya besar (bulk power source, BPS) dan peralatan hubung pelanggan ( customers service switches ). Sistem diistribusi tenaga listrik dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Sistem Distribusi Primer Sistem tenaga listrik primer adalah bagin dari sistem perlengkapan elektrik antara gardu induk distribusi dan transformator distribusi, atau biasanya disebut sistem primer. Dalam rangkaiannya, sistem primer dikenal sebagai penyulang primer atau penyulang distribusi primer. 13

6 2. Sistem Distribusi Sekunder Sistem distribusi sekunder adalah bagian dari sitem perlengkapan elektrik antara sistem distribusi primer dan beban. Sistem distribusi sekunder biasa disebut sistem sekunder. Sistem distribusi sekunder meliputi transformator distribusi yang berfungsi sebagai penurun tegangan (step down). ( Syahputra: Transmisi Distribusi,2005 ) Kapasitor shunt Kapasitor shunt merupakan kapasitor yang dihubungkan secara parallel dengan saluran yang dapat digunakan secara luas dalam sistem distribusi. Pemasangan kapasitor shunt sangat penting untuk penyedia daya reaktif dari sebuah sistem daya. Saluran transmisi akan paling ekonomis bila digunakan untuk mengirimkan daya aktif saja, yang kebutuhan daya reaktif bebannya didapat dalam sistem distribusi konsumen atau kebanyakan pada tingkat substransmisi (Gardu Induk). Kapasitor bank digunakan untuk mengurangi rugi daya dan jatuh tegangan pada jaringan sehingga dapat memperbaiki faktor daya secara keseluruhan. Terjadinya penurunan faktor daya disebabkan oleh beban di suatu tempat (area distribusi) yang pada prinsipnya bersifat kapasitif maupun induktif. Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan di sisi penerima. Oleh sebab itu pemasangan kapasitor bank dapat membantu beban untuk menyerap daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor bank 14

7 akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem yang disebabkan oleh beban. Sehingga dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat dikurangi. Kompensator kapasitor yang terhubung parallel pada saluran akan mencatu daya reaktif, sehingga kapasitor bank dapat mengubah watak beban yang bersifat induktif. Gambar 2. merupakan gambaran dasar dari hubungan kapasitor yang terhubung secara parallel pada jaringan disertai vector diagramnya. Hal ini akan memperlihatkan bahwa ada perubahan pada vektor tegangan sebelum pemasangan kapasitor dan sesudah pemasan gan kapasitor. (Gonen T : 1988). Pengaturan tegangan dengan menggunakan kapasitor bank selain dapat memperbaiki nilai tegangan juga dapat meningkatkan nilai faktor daya. Untuk stabilitas tegangan, kapasitor bank berguna untuk mendorong generator terdekat beroperasi dengan faktor daya mendekati satu. (a) (b) (c) (d) Gambar 2.2 Rangakaian dan diagram vectornya, sebelun dan sesudah pemasangan kapasitor secara parallel Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014I SSN: X Yogyakarta,15 November

8 Dengan adanya penambahan kapasitor C secara paralel terdapat arus Ic yang menyebabkan berubahnya beda sudut fasa yang diikuti dengan berkurangnya vector arus beban I dan penurunan tegangan menjadi lebih baik. Sehingga dengan pemasangan kapasitor bank, nilai arus induktif yang mengalir ke beban akan berkurang. Hal ini dikarenakan beban mendapatkan suplai daya rekatif dari kapasitor bank. besarnya penurunan tegangan pada saluran dapat dinyatakan pada persamaan (2) Vd = Ir. R + Ix. Xl Volt. (2) Dimana : Vd R Xl Ir Ix : penurunan tegangan pada saluran : tahanan total saluran : reaktansi total saluran : komponen arus nyata : komponen arus reaktif pada X Apabila kapasitor dipasang setelah saluran atau pada beban maka dapat dinyatakan pada persamaan (6). Vd = Ir. R + Ix. Xl Ic. Xl = Ir. R + Xl (Ix Ic).. (3) Dari persamaan (2) dan (3) dapat dilihat bahwa perbedaan penurunan tegangan akibat pemasangan kapasitor C sebesar Ic Xl Volt Sehingga dari pemikiran di atas dapat diartikan ternyata daya listrik yang 16

9 dikonsumsi oleh beban terdiri dari daya nyata, daya semu dan daya reaktif. Sedangkan pusat-pusat pembangkit membangkitkan ketiga gaya tersebut, namun untuk mengimbangi besarnya beban yang bersifat reaktansi induktif tidak selamanya mampu dicatu oleh pembangkit. Kerugian lain yang diakibatkan dari besarnya beban reaktansi induktif dengan faktor daya rendah adalah rugi-rugi tembaga meningkat, kemampuan sistem dalam mentransfer daya menurun dan mutu regulasi tegangan rendah. Sehingga untuk mengatasi hal tersebut dapat dilakukan dengan meminimalkan rugi-rugi hantaran dan memperbaiki faktor daya dengan memberikan kompensator kapasitif berupa kapasitor bank paralel. Dengan menggunakan kapasitor yang terhubung secara parallel dapat berfungsi sebagai kompensator, sehingga beban yang bersifat induktif akan terkompensasi oleh kapasitor yang bersifat kapasitif. Gambar 2.3 Terjadinya pengurangan sifat induktif Sumber : Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNA ST) 2014ISSN: X Yogyakarta,15 November

10 Besarnya faktor daya cos θ sebelum kapasitor di pasang dapat dinyatakan pada persamaan (4) Cos φ 1 = P S1 = P (P2+Q2).. (4) Apabila setelah dipasang kompensator kapasitif secara parallel, maka terjadi perubahan yang dinyatakan pada persamaan (5). Keterangan : cos φ 1 = δy P2 + (Q1 + Qc) 2 (5) Q Q1 Q2 φ1 φ2 P S : daya reaktif sebelum perbaikan daya : daya reaktif sesudah perbaikan daya : selisih daya reaktif sebelum dan sesudah diperbaiki faktor daya : besar sudut sebelum diperbaiki : besar sudut sesudah diperbaiki : daya nyata : daya semu (Wiwik : Analisis perbaikan tegangan pada subsistem dengan pemasangan kapasitor bank dengan etap 7.0, 2014) 18

11 2.2.5 Rugi-Rugi daya Jatuh tegangan merupakan penurunan tegangan di mulai dari penyulang sampai sepanjang saluran jaringan tegangan menengah. Fenomena tersebut disebabkan kawat saluran yang mempunyai nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi sepanjang saluran, maka akan terjadi penurunan tegangan. Sedangkan rugi daya adalah selisih antara daya yang dibangkitkan atau dialirkan dari Gardu Induk dengan daya yang terjual ke pelanggan listrik. Rugi-rugi daya merupakan sifat yang tidak dapat dihindari, tetapi hanya dapat diminimalkan. Gambar 2.4 Diagram Saluran Distribusi Tenaga Listrik Dalam sistem pengusahaan tenaga listrik, berbagai upaya dilakukan untuk memperkecil nilai jatuh tegangan dan rugi-rugi daya yang terjadi pada saluran distribusi. Hal tersebut dilakukan karena selain merugikan perusahaan, juga merugikan pihak pelanggan sebagai pengguna jasa listrik yang selalu menuntut jasa layanan dengan kualitas yang baik. 19

12 2.2.6 Efek Dari Pemasangan Kapasitor Seri Dan Shunt (Paralel) Pada Saluran Distribusi. Kapasitor daya terdiri dari komponen konduktor dan isolasi. Yaitu terdiri dari pelat metal yang dipisahkan satu sama lain dengan bahan isolasi. Tidak ada bagian yang bergerak, akan tetapi terdapat gaya yang bekerja sebagai fungsi dari kuat medan listrik. Biasanya dibuat dari lapisan alumunium murni atau semprotan logam. Sistem dislektriknya dapat dibuat dari : a) Keseluruhan dielektriknya dari kertas ( kondens kertas tissue). b) Lapisan campuran kertas plastik. c) Lapisan plastik dengan cairan perekat yang dipadatkan. Untuk semua kapasitor yang berdielektrik kertas, umumnya digunakan askarel seba pemadat. Tissue dengan kepadatan tinggi, yang tebal normalnya mm sering dipakai. Dalam praktek, kapasitor ini didesain dapat menahan kuat medan berkisar 15 V per micron rugi dayanya berkisar antara 2,4 3,5 watt/kvar. 1. Efek Pemasangan Kapasitor Paralel (shunt) Pengaruh Kapasitor shunt pada jaringan listrik yakni kapasitor ini terhubung paralel pada jaringan maupun langsung pada beban, dengan tujuan untuk perbaikan faktor daya, sebagai pengatur tegangan maupun untuk mengurangi kerugian daya dan tegangan pada jaringan. 20

13 2. Efek Pemasangan Kapasitor Seri Kapasitor seri yaitu kapsitor yang dihubungkan seri dengan impedansi saluran yang bersangkutan. Pemakaiannya amat dibatasi pada saluran distribusi, karena peralatan pengaman cukup rumit. Jadi secara umum dapat dikatakan bahwa biaya untuk pemasangan kapasitor seri lebih mahal daripada biaya pemasangan kapasitor parallel. biasanya juga,kapasitor seri desain untuk daya yang lebih besar daripada kapasitor parallel, guna mengatasi perkembangan beban kelak dikemudian hari. 3. Perawatan Kapasitor Kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki faktor daya supaya tahan lama tentunya harus dirawat secara teratur. Dalam perawatan itu perhatian harus dilakukan pada tempat yang lembab yang tidak terlindungi dari debu dan kotoran. Sebelum melakukan pemeriksaan pastikan bahwa kapasitor tidak terhubung lagi dengan sumber. Kemudian karena kapasitor ini masih mengandung muatan berarti masih ada arus/tegangan listrik maka kapasitor itu harus dihubung singkatkan supaya muatannya hilang. 21

14 Adapun jenis pemeriksaan yang harus dilakukan meliputi : - Pemeriksaan kebocoran - Pemeriksaan kabel dan penyangga kapasitor - Pemeriksaan isolator ( Achmad: Studi Penempatan Kapasitor untuk perbaikan kualitas tegangan di penyulang Kngkung GI Manggala, 2016 ) Utilities PT Pertamina ( Persero ) Refinery Unit V Balikpapan Proses pembangkitan listrik pada PT. PERTAMINA RU V Balikpapan menggunakan proses Pembangkit listrik Tenaga Uap (PLTU). Prinsip kerja PLTU adalah dengan menggunakan bahan baku utama air laut dibantu proses pemasakan menggunakan fuel oil LSWR ( Low Sulfur Waxy Residue ) dan fuel gas kemudian dioalah didalam boiler untuk menghasilkan uap atau steam. Beberapa tahapan air laut sebelum diolah menjadi uap atau steam diantaranya adalah sebagai berikut : ( LKP / Cara Kerja MCC Type PE2 untuk Kontrol Motor Listrik / POLNES / ). I. Cooling Water Intake ( CWI ) Cooling Water Intake merupakan rumah pompa untuk air laut dimana pada cooling water intake ini dilakukan penyedotan air laut menggunakan mesin-mesin motor pompa yang masing-masing mempunyai daya motor V. Setelah air laut dipompa, kemudian air laut dialirkan kedalam bar untuk melakukan penyaringan kotoran yang ada pada air laut seperti karang-karang 22

15 maupun sampah yang ada dilaut. Cooling water atau air pendingin juga digunakan untuk mendinginkan fluida panas baik secara kontak langsung maupun tidak langsung, namun umumnya digunakan dengan tidak kontak. Sistem cooling water meliputi pompa dengan piping system-nya untuk distribusi cooling water dan cooling tower yang dilengkapi fan dan basin. Tipe Cooling Water System yang digunakan dalam Industri : Open recirculating Closed recirculating Once through Industri yang disekitarnya terdapat sumber daya air sungai, maka akan dipilih sistem resirkulasi terbuka, sedangkan bila terdapat sumber daya air laut, maka akan dipilih sistem satu kali aliran. Once through cooling water system, pada sistem ini, air pendingin yang telah digunakan untuk mendinginkan fluida panas langsung dibuang tanpa diresirkulasi / digunakan kembali. II. Sea Water Desalination Plant ( SWD ) Sea Water Desalination merupakan suatu proses untuk mengurangi atau menghilangkan kandungan garam dari air laut untuk menghasilkan air minum, air umpan boiler dll. atau proses untuk menjadikan air laut menjadi air tawar dengan menggunakan sistem penguapan ( evaporasi ) dan pengembunan ( kondensasi ). 23

16 Dibawah ini merupakan tahapan desalination : i. Distilasi Air garam/air laut dipanaskan sehingga terbentuk uap & menyisakan larutan garam. Kemudian uap dikondensasikan kembali menjadi air tawar. (Membutuhkan fuel cost tinggi) ii. Electrodialysis Menggunakan membran yang porous untuk memisahkan ion-ion garam yang positif & negative. iii. Freezing Mengeluarkan garam dari salt water saat proses kristalisasi menjadi es iv. Reverse Osmosis Proses pemaksaan larutan garam (konsentrasi tinggi) melalui membran/filter dengan menggunakan tekanan untuk menghasilkan air tawar (konsentrasi rendah) Setelah air mengalami tahapan proses pada Plant SWD kemudian air akan dialirkan ke Demineralization Plant untuk diproses kembali. III. Demineralization Plant ( Demin Plant) Demineralization atau Demineralisasi merupakan proses penghilangan ion-ion terlarut yang terkandung di dalam air yang berpotensi mengganggu operasional boiler sebagai penghasil steam untuk kebutuhan kilang dan juga tempat untuk proses penghilangan kadar-kadar mineral pada air laut dengan menggunakan bahanbahan kimia seperti NaoH, HCL dan bahan kimia lainnya untuk 24

17 dinetralkan menjadi air tawar sebelum dialirkan ke boiler untuk dioalah menjadi uap atau steam. Dalam hal ini garam-garam mineral yang terkandung di dalam air seperti Ca, Mg, Na, Cl, Fe, SiO3 dan sebagainya, akan dikurangi melalui proses pertukaran ion menggunakan bantuan resin kation/rh (saat ini Marathon C) dan resin anion/roh. Apabila di dalam air masih terdapat kandungan mineral maka akan dapat menyebabkan korosif. Ketika air telah memenuhi standart, air akan masuk kedalam boiler. Demineralization Plant juga mendapatkan air dari Sungai Wain jika terjadi kekurangan pasokan air. Tetapi sebelum masuk kedalam Demineralization Plant harus melalui proses WTP ( Water Treatment Plant ) yaitu sebuah sistem yang berfungsi untuk mengolah air dari kualitas yang kurang bagus (influent) agar mendapatkan kualitas air pengolahan ( effluent ) standart yang diinginkan atau ditentukan. ( laporan KP Sistem pengendalian temperature steam pada HHP Boiler 3 di Power Plant 2 PT Pertamina ( Persero ) RU V Balikpapan ) / Teknik Instrument Eelektronika MIGAS / STT MIGAS / 2014 ). IV. Boiler Boiler adalah sebuah bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan uap untuk tenaga melalui proses pembakaran bahan bakar (gas / oil) terhadap air sehingga menghasilkan steam dengan 25

18 tekanan & temperature tertentu. Prinsip kerja pada boiler sebagai berikut : Air dikonversi ke uap dengan pemanasan. Air umpan ditambahkan ke boiler untuk menggantikan uap dan air yang hilang. Padatan yang terlarut akan tertinggal di boiler saat air menguap dan akan terkonsentrasi yang dapat menyebabkan kerak dan deposit di boiler. Adapun produk steam adalah low pressure steam (LP) sebagai media pemanas, medium pressure steam (MP) sebagai penggerak turbin pada pompa/compressor dan high pressure steam (HP) sebagai media penggerak turbin pada pembangkit listrik. Setelah terciptanya steam pada boiler kemudian steam akan dialirkan untuk memutar turbin generator, tenaga penggerak pompapompa dan sebagainya. V. Turbin Turbin mengkonversi energi termo potensial steam menjadi daya putar yang dapat menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Turbin mengambil energi dari aliran fluida turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak asembli rotor-blade. Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakan motor. Perubahan tenaga terjadi pada sudu-sudu turbin. Melalui sudu-sudu ini tenaga mekanis tersebut 26

19 diubah menjadi tenaga putar untuk memutar poros turbin, reducer gear, dan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Steam turbin ini juga dapat menggunakan LP steam (3,2 kg/cm2, 160 C) yang disalurkan ke induction stage pada saat steam turbin dioperasikan bersama-sama dengan HP steam, dengan ketentuan batasan load minimum 7 MW. Penggunaan paling umum dari turbin adalah memproduksi tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, kombustor, dan alternator. Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga (power density) yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroeprasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari space shuttle menggunakan turbo pumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksigen cair dan hydrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbo pump hydrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi hp (52,2 MW). Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet. 27

20 VI. Generator Merupakan alat yang berfungsi memproduksi Energi Listrik dari Sumber Energi Mekanikal dengan menggunakan Induksi Elektromagnetik. Proses menghasilkan listrik ini disebut sebagai Pembangkit Listrik. - Teori dasar Hukum Faraday: Apabila suatu kumparan (konduktor) memotong garis-garis medan magnet (fluksi) atau sebaliknya garis-garis medan magnet memotong suatu kumparan, maka pada kumparan tersebut akan terbangkit tegangan induksi arus bolak-balik selama adanya gerak relatif antara medan dan kumparan. Gambar 2.5 Hukum Farraday Untuk melayani seleuruh beban yang ada dilingkup Pertamina RU V, maka dibangunlah dua buah Power Plant yang menggunakan proses Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan kapasitas sebagai berikut. 28

21 Sumber : maintainance area 1 di PT Pertamina (Persero) Refinery Unit V Balikpapan. Tabel 2.1 Tabel Steam Turbin generator PP1 Steam Turbin Tipe Kapasitas Desain (MW) Maksimal Operasi (MW) 3 Full Condensing 9,7 5 4 Full Condensing 11,25 7,5 5L Back Pressure 11,25 6 5A Back Pressure 11,25 7,5 6 Full Condensing 11,25 7,5 Total Daya Tabel 2.2 Tabel Steam Turbin generator PPII Steam Tipe Kapasitas Desain Maksimal Operasi Turbin (MW) (MW) 1 Back Preassure Extraction Condensing Extraction Condensing Back Pressure Total Sistem Distribusi Listrik PT Pertamina (Persero) Refinery Unit V Balikpapan Listrik yang dibangkitkan, didistribusikan untuk keperluan kilang dan penerangan rumah. Pada Power Plant 1 terdapat 4 buah Steam Turbine Generator (STG) yang masih aktif beroprasi yaitu STG 6, STG 5A, STG 4 dan STG 3 sedangkan STG 5L telah berhenti operasi. Untuk Pada Power Plant 2 terdapat 4 buah Steam Turbine Generator (STG) dan 2 buah Diesel Emergency. Diesel Emergency 1 dan 2 digunakan sebagai cadangan pembangkit tenaga listrik ketika terjadi Black Out. 29

22 Pembangkit tenaga listrik yang dimiliki PT PERTAMINA RU V Balikpapan sesuai dengan daerah pelayanan, maka dibagi menjadi dua bagian yaitu : Power Plant 1 melayani listrik perumahan dan kilang Balikpapan I yang terdiri dari : BUS 1 HT : STG 3 PP1 dan STG 5 PP1 BUS 2 HT / 3 HT : STG 5A PP1, STG 4 PP1 dan STG 6 PP1 Power Plant 2 melayani kebutuhan listrik pada daerah kilang Balikpapan II yang terdiri BUS 1 AL : STG 1 PP2, STG 2 PP2 dan Diesel Emergency 1 BUS 2 AL/3AL : STG 3 PP2, STG 4 PP2 dan Diesel Emergency 2 Pendistribusian Tenaga Listrik pada PT. PERTAMINA (Persero) Refinery Unit V Balikpapan, menggunakan under ground cable (saluran kabel bawah tanah) untuk wilayah di luar kilang dan semua peralatan dalam kilang menggunakan explosion proof equipment. Penyaluran tenaga listrik digunakan untuk menggerakan motor pompa, kompresor, blower, fan, penerangan, perkantoran, komplek perumahan dan fasilitas penunjang lainnya milik PT PERTAMINA (Persero) di Balikpapan. Pendistribusian tenaga listrik dari PP menuju substasion-substasion melalui feeder berbeda antara Power Plant 1 dan Power Plant 2. j pada Power Plant ada 6 yang terbagi menjadi 3 untuk masing masing power plant yaitu 1HT, 2HT/3HT yang terdapat pada PP1 dan 1AL, 2AL/3AL 30

23 terdapat pada PP2. Sistem distribusi dari busbar menuju substasion pada PP1 dan PP2 sama-sama menggunakan sistem double feeder. Dimana dalam hal ini sistem double feeder lebih bagus dalam pemakain saluran distribusinya. Sistem distribusi double feeder pada Power Plant 1 dan Power Plant 2 dibangun dengan memberikan incoming power line sebanyak 2 buah untuk masing-masing substation. Konfigurasi ini bertujuan untuk menyediakan kehandalan suplai daya pada beban vital berupa kilang Balikpapan II dan juga untuk komplek perumahan kilang untuk Power Plant 1. Apabila salah satu incoming power line mengalami gangguan atau pemeliharaan maka suplai daya ditopang oleh feeder lainnya, sehingga coupler dalam kondisi closed sehingga pendistribusian listrik dapat terus berlangsung. 31

24 Jenis kabel yang digunakan adalah N2XSEKFGBY. Dimana kabel tersebut. merupakan standar yang digunakan oleh PT. PERTAMINA RU V dalam penditribusian listrik tegangan tinggi (6.6 kv). Gambar 2.6 Type cable untuk tegangan 6.6KV Sumber. maintainance area 1 PT Pertamina (Persero) RU V Balikpapan Busbar Dalam distribusi tenaga listrik, sebuah busbar adalah strip atau bar tembaga yanhjg menghantarkan listrik dalam switchboard, papan distribusi, substation, bank baterai atau peralatan listrik lainnya. Dalam bidang Sistem Tenaga Listrik (STL), busbar memiliki fungsi utama sebagai penghubung antar jaringan. Tujuan jaringan utamanya adalah untuk menghantarkan listrik Ukuran penampang dari busbar menentukan jumlah maksimum arus yang dapat dilewati dengan aman. Busbar memiliki luas penampang minimum 10 mm2. 32

25 Ring Bus Ring bus adalah konfigurasi sistem distribusi kelistrikan yang digunakan di PT PERTAMINA RU V Balikpapan untuk menghubungkan Power Plant 1 dan Power Plant 2. Power Plant 1 terdiri atas bus 1HT dan 2HT/3HT sedangkan pada Power Plant 2 terdiri atas bus 1AL dan 2AL/3AL. Bus 2HT digabungkan dengan bus 3HT sementara bus 2AL dan 3AL juga digabung. Antara bus 1HT dan 2HT/3HT, 1AL dan 2AL/3AL dihubungkan dengan menggunakan three winding transformer (trafo 3 belitan) yang masing-masing berkapasitas 8 MVA untuk sisi primer dan sekunder sedangkan sisi tertier berkapasitas 16 MVA yang terhubung kering 33 KV Three Winding Transformer Transformer 3 belitan adalah 3 transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (star) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (segitiga). Adapun fungsi dari pemasangan trafo 3 belitan adalah : Sebagai Transfer Daya Pada jaringan ini terdapat 4 unit trafo 3 belitan yang menghubungkan antara busbar satu dan lainnya di PP1 dan PP2. Sebagai Impedansi antar Busbar Dengan adanya fungsi impedansi ini, trafo ini dapat berfungsi untuk meredam arus hubung singkat. Pada trafo 3 belitan pada dasarnya memiliki sifat induktif yang 33

26 diakibatkan oleh lilitan yang ada pada trafo, lilitan akan bersifat induktif ketika dialiri arus bolak-balik dan dapat membuat arus menjadi tertinggal sehingga bersifat (lagging) dan dapat memperlambat arus hubung singkat. Sebagai Isolator antar Busbar Suatu jaringan yang dihubungkan dengan trafo pada dasarnya antara sisi primer dan skunder terpisahkan. Sehingga secara elektris jaringan yang terhubung dengan sisi primer terpisah dengan jaringan yang terhubung dengan sisi sekunder, hanya saja secara magnetik jaringan yang terhubung dengan sisi primer terhubung dengan jaringan sisi skunder. Kapasitas arus yang dapat melalui busbar 1HT,2HT/3HT adalah mencapai 3 KA. Bus 1AL, 2AL/3AL dapat dilalui arus beban mencapai 2.5 KA. Trafo 3 belitan yang digunakan pada ring bus dimaksudkan untuk meredam arus hubung singkat pada busbar Power Plant 1 dan Power Plant 2 akibat semakin bertambahnya peralatan-perlatan listrik yang terpasang. Batas maksimum dari arus hubung singkat yang dapat ditahan oleh busbar Power Plant 1 adalah 31.5 KA dan Power Plant 2 adalah sebesar 35 KA. Pemasangan trafo 3 belitan menghubungkan jaringan tegangan 6.6 KV dengan Ring Bus bertegangan 33 KV. Dari konfigurasi ini, arus hubung singkat yang mungkin terjadi pada busbar dapat diatasi karena dengan besar beban yang sama tegangan tinggi 33 KV mampu meredam arus hubung singkat level tegangan sebesar 33 KV tidak diinterkoneksikan dengan PLN sehingga disebut juga dengan capative power. Ring bus pada Power Plant 34

27 Pertamina memiliki peralatan penyusun yaitu trafo 3 belitan dan switchgear yang berisi berbagai peralatan proteksi listrik seperti relay, circuit breaker, UPS dan lainnya Substation (SS) Substasion adalah suatu tempat atau instalasi yang berfungsi untuk menerima atau menyalurkan tenaga listrik dari suatu pusat pembangkit listrik ke grid atau jaringan. Pada substation terdapat peralatan-peralatan listrik yang disusun sedemikian rupa sehingga membentuk pola atau konfigurasi tertentu. Ada dua macam substation, yaitu Primary Substation dan Secondary Substation. Primary Substation adalah substation yang tegangan sekundernya adalah medium voltage sedangkan Secondary Substation yang tegangan sekundernya adalah low voltage. Di dalam substation terdapat banyak komponen, antara lain : Pengaman (Relay) berasal dari teknik telegrafi dimana sebuah coil di-energize oleh arus lemah dan coil ini akan menarik armature untuk menutup kontak. Relay merupakan jantung dari proteksi sistem tenaga listrik dan telah berkembang menjadi peralatan yang rumit. Relay dibedakan menjadi 2 kelompok antara lain sebagai berikut : Komparator : mendeteksi dan mengukur kondisi abnormal dan membuka atau menutup kontak. 35

28 Auxiliary Relays : dirancang untuk dipakai di auxiliary circuit yang dikontrol oleh relay komparator dan membuka kontak-kontak lain (umumnya berarus kuat). Gambar 2.7 Relay pengaman Berdasarkan Standar ANSI C37-2/IEC 60617, relay-relay diberikan kode masing masing. Relay-relay yang terdapat pada substasion 80 yaitu: 1. Over Current Relay Proteksi arus lebih adalah proteksi atau perlindungan terhadap perubahan parameter arus yang sangat besar dan terjadi dengan cepat yang disebabkan oleh hubung singkat. Proteksi arus lebih ini antara lain diaplikasikan pada : Hubung singkat antar fasa yang dikenal sebagai proteksi arus lebih (overcurrent protection) dan relay yang digunakan 36

29 untuk proteksi tersebut disebut relay arus lebih (overcurrent relay). Hubung singkat tanah, dikenal sebagai proteksi hubung tanah (earth fault protection/ground fault protection) dan relay yang digunakan untuk proteksi ini dikenal dengan nama earth fault atau ground fault relay. Relay ini bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian membandingkan dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca oleh relay melebihi setting, maka relay akan mengirim perintah trip (lepas) kepada pemutus tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada setting. Gambar 2.8 Pengamplikasian OCR (Over Current Relay) 2. Thermal Over Load Relay (TOR) (49) Adalah pengaman beban lebih atau over load yang digunakan pada instalasi beban motor listrik adalah TOR. Jika arus 37

30 yang melalui penghantar yang menuju motor listrik melebihi kapasitas atau setting TOR, maka TOR drop atau terputus sehingga rangkaian yang menuju motor listrik terputus. TOR dihubungkan dengan kontaktor pada kontak utama (untuk seri magnet kontaktor tertentu). Rotasi kontak utamanya adalah 2,4,6 sebelum beban atau motor listrik. Beberapa penyebab terjadinya beban lebih : Beban mekanik pada motor listrik terlalu besar. Arus start terlalu besar dan terlalu lama putaran nominal tercapai atau motor listrik berhenti secara mendadak. Terjadi hubungan singkat pada motor listrik antara fasa dengan fasa, atau antara fasa dengan body. Motor listrik bekerja hanya dengan dua fasa atau terbukanya salah satu fasa dari motor listrik tiga fasa. Prinsip kerja termal beban berdasarkan panas atau temperature yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal. Jika panas berlebihan, maka salah satu logam bimetal melengkung dan menggerakan kontak mekanis pemutus. Jika terjadi beban lebih, maka arus menjadi besar dan menyebabkan panas. Panas pada penghantar melewati bimetal sehingga bimetal melengkung dan selanjutnya aliran listrik yang menuju motor listrik terputus dan motor listrik belitannya tidak sampai terbatas. 38

31 3. Relay Undervoltage Relay Undervoltage adalah relay yang bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur. Relay akan bekerja jika mendeteksi adanya penurunan tegangan melampaui batas yang telah ditetapkan. Jika relay mendeteksi adanya penurunan tegangan pada incoming feeder A maka coupler langsung menghubungkan ke incoming feeder B. Dan motor GM A yang berada pada incoming feeder A akan langsung mendapat supply daya dari incoming feeder B, hal ini bertujuan agar motor tetap beroprasi dan menghindari kerusakan akibat gangguan listrik. 4. Earth Fault Relay Earth fault relay biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah dan jaringan tegangan rendah atau saluran distribusi untuk melindungi trafo dan saluran distribusi. Relay ini juga berfungsi untuk mendeteksi arus sisa dari hasil masing-masing arus fasa dan netralnya. Penggunaan sensor arus dapat dilakukan dengan 3 buah CT yang dipasang pada setiap fasa atau dengan 1 buah CT yang melingkari seluruh fasa (3 fasa). Prinsip kerja relay ini adalah mendeteksi arus urutan 0, karena setiap gangguan tanah menghasilkan arus urutan 0. Jika tidak ada gangguan tanah, atau pada kondisi normal, arus yang melewati relay adalah penjumlahan vektor arus 3 fasa, yang dalam titik netral star seimbang adalah sama dengan 0. Sehingga relay tidak bekerja. 39

32 Overcurrent relay (O/C relay) dan Earth fault relay (E/F relay), keduanya merupakan jenis relay arus (current relay) karena parameter operasinya adalah arus. 5. Unbalance Relay Relay unbalance adalah relay yang digunakan untuk mendeteksi gangguan ketidakseimbangan arus phasa. Relay ini akan bekerja jika terjadi aliran komponen urutan negative yang dapat menyebabkan unbalance. Kondisi unbalance merupakan yang paling umum mempunyai efek merusak pada motor listrik. Efek ini juga dapat disebabkan loss contact pada terminal, kerusakan penghantar, impedansi motor yang tidak sama, dan lain sebagainya. Unbalance pada motor mengakibatkan terjadinya arus urutan negative, arus ini menimbulkan fluksi atau medan putar pada stator yang berlawanan dengan medan putar utamanya, sehingga harus diinduksi ke rotor dengan dua frekuensi yang berbeda, hal ini mengakibatkan kerusakan pada rotor motor tersebut. Circuit Breaker Circuit Breaker adalah peralatan listrik yang dapat memutus aliran listrik ketika terjadi gangguan sistem. Konstruksi circuit breaker didesain untuk dapat menahan arus gangguan hingga ribuan ampere seusai dengan kapasitasnya. Ketika circuit breaker membuka akibat terjadi gangguan, timbul percikan api dari saklar didalamnya. 40

33 Beberapa macam circuit breaker yang digunakan pada PT.Pertamina RU V antara lain : Oil Circuit Breaker (OCB) Vacuum Circuit Breaker (VCB) Air Circuit Breaker (ACB) SF6 Circuit Breaker er Pada motor (GM A, 6.6kV, 50Hz, 700Kw, 58Amps) menggunakan Vacum Circuit Breaker (VCB). VCB adalah salah satu pemutus kontak, vacuum di gunakan sebagai peredam terhadap busur api, vacuum mempunyai kekuatan isolasi yang tinggi sehingga mempunyai keunggulan dibandingkan menggunakan media lain, Prinsip kerjanya berbeda dengan dasar prinsip lain kerena tidak terdapat gas yang dapat berionisasi bilamana kontak - kontak terbuka, ketika kontak pemutus dibuka dalam ruang hampa maka akan timbul percikan busur api, elektron dan ion saat pelepasan walaupun haya sesaat maka dengan cepat diredam karena percikan busur api, elektron dan ion yang dihasilkan pada saat pemutusan akan segera mengembun pada ruangan hampa, kemampuannya terbatas hingga kira-kira 30 kv. untuk tegangan yang lebih tinggi pemutus ini dapat di pasang seri. pemutus tenaga vacuum ini biasanya banyak di gunakan pada sistem bawah tanah ACR ( Automatic Circuit Recloser ). 41

34 Motor Control Center (MCC) Motor Control Center merupakan kumpulan atau pusat peralatan proteksi motor berupa relay sebagai pengaman motor listrik dan juga terdapat rangkaian kontrol untuk motor listrik. Tujuan pengaman motor listrik dimaksudkan untuk mencegah timbulnya gangguan baik dari motor maupun pada penghantarnya dan juga untuk membatasi apabila terjadi gangguan akibat yang ditimbulkan pada motor dan peralatan lain yang berhubungan dengan motor tersebut termasuk jaringan suplainya. Gambar 2.9 Motor Control Center Sumber. maintainance area 1 PT Pertamina (persero) RU V Balikpapan. 42

35 Switchgear Switchgear adalah panel distribusi yang mendistribuskan beban ke panel-panel yang lebih kecil kapasitasnya. Dalam bahasa Indonesia artinya panel tegangan menengah (PTM) atau juga disebut dengan Medium Voltage Main Distribution Board (MVMDB) sedangkan untuk tegangan rendah Low Voltage Main Distribution Board (LVMDB). Pada pelaksanaanya banyak pelaku di lapangan menggunakan istrilah yang berbeda-beda kadang ada yang menyebut Distribution Board, Switchgear, MCC, Panel dan sebagainya. 43

36 Switchgear berfungsi untuk mengetahui (mengontrol) kondisi peralatan listrik dan pusat pengendali pada suatu sistem. Didalamnya berisi saklar, indikator-indikator, tombol-tombol komando operasional dan alat ukur besaran listrik, serta announciator. Gambar 2.10 Panel Kontrol di Dalam Switchgear Sumber. maintainance area 1 PT Pertamina (persero) RU V Balikpapan Trafo Step-down Secara umum sebuah trafo stepdown adalah transformator yang memiliki lilitin skunder lebih sedikit dari pada lilitan primernya. Sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Dalam penggunannya trafo dibedakan menjadi trafo 1 fasa dan 3 fasa. Trafo ini juga mempunya konstruksi yang hampir sama, yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem 44

37 pengamannya, tergantung pada letak pemasangannya, sistem pendingin, pengoprasian, fungsi dan pemakainnya. Inti besi pada transformator berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks dari kumparan primer ke-kumparan skunder. Sama seperti transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit ada dua jenis yaitu tipe inti dan tipe cangkang. Gambar 2.11 Transformator tipe inti E T A P (Electrical Transient Analysis Program) E T A P (Electrical Transient Analysis Program) Power Station adalah software untuk power system yang bekerja berdasarkan plant (project). Setiap plant harus menyediakan modelling peralatan dan alat alat pendukung yang berhubungan dengan analisa yang akan dilakukan. Misalnya generator, data motor, data kabel dll. Sebuah plant terdiri dari sub-sistem kelistrikan yang membutuhkan sekumpulan komponen elektris yang khusus dan saling berhubungan. Dalam Power Station, setiap plant harus menyediakan data base untuk keperluan itu. 45

38 ETAP Power Station dapat melakukan penggambaran single line diagram secara grafis dan mengadakan beberapa analisa/studi yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor starting, harmonisa, transient stability, protective device coordination, dan cable derating. ETAP PowerStation juga menyediakan fasilitas Library yang akan mempermudah desain suatu sistem kelistrikan. Library ini dapat di edit atau dapat ditambahkan dengan informasi peralatan bila perlu. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja dengan ETAP Power Station adalah : One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen /peralatan listrik sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan. Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari peralatan yang detail/lengkap dapat mempermudah dan memperbaiki hasil simulasi/analisa. Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC atau ANSI, frekuensi sistem dan metode metode yang dipakai. Study Case, berisikan parameter parameter yang berhubungan dengan metode studi yang akan dilakukan dan format hasil analisa. ( Yosef : E T A P (Electrical Transient Analysis Program), 2013) 46