BAB IV ANALISA DATA 4.1 ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) ETAP merupakan program analisa grafik transient kelistrikan yang dapat dijalankan dengan menggunakan program Microsoft Windows 2000, XP, Vista, 7, dan 8. ETAP merupakan alat analisa yang komprehensif untuk desain dan testing power sistem. Program ETAP dibuat oleh perusahaan Operation Technology, Inc (OTI) dari tahun 1983. ETAP versi 12.6.0 merupalean salah satu produk OTI. Tujuan program ETAP 12.6.0 dibuat adalah untuk memperoleh perhitungan dan analisis sistem tenaga pada sistem yang besar menggunakan komputer. ETAP mempunyai kemampuan untuk menghitung analisa: Load Flow Analysis Short Circuil Analysis Harmonic Analysis Transient Stability Analysis Relay Coordination Oplimal Power Flow Analysis 36
37 Reliabilily Analysis DC Load Flow Analysis DC Short Circuit Analysis Battery Sizing Cable Raceways Ground Grid ETAP memungkinkan penggunanya dengan mudah untuk membuat dan mengedit Single Line Diagram (SLD), sistem kabel bawah tanah, sistem kabel tiga dimensi, dan grounding grid tiga dimensi. Program ini didesain dengan tiga konsep utama, yaitu : 1. Operasi Nyata Secara Virtual (Virtual Reality Operation) Pengoperasian program ini menyerupai dan mendekati system kelistrikan yang ada pada kenyataan. Seperti ketika menutup dan atau membuka CB, menempatkan elemen yang rusak, mengganti status operasi motor dan lain sebagainya. ETAP versi. 12.6.0 memasukan konsep-konsep baru untuk menentukan koordinasi peralatan pengaman secara langsung dari single line diagram. 2. Data Gabungan Total (Total Integration Data) ETAP menggabungkan pemikiran elektrik,mekanika, dan yang berkaitan dengan Iistrik dari unsur yang terdapat pada system dalam database yang sarna. Sebagai contoh: sebuah kabel, tidak hanya terdiri dari data peralatan Iistrik dan dimensi fisik, tetapi juga informasi yang mengindikasikan jalur yang dilalui. Gabungan data-data ini menyediakan konsistensi system secara keseluruhan dan menghapus data yang sama untuk elemen yang sama.
38 3. Kesederhanaan dalam memasukkan data (Simplicity in Data Entry) ETAP membuat alur dari data terperinci untuk setiap peralatan kelistrikan yang kadang hanya membutuhkan satu jenis pemasukan data. Data editor dapat mempercepat proses pemasukan data dengan permintaan data minimum untuk pembelajaran tertentu. Untuk mencapai tujuan ini, ETAP telah membangun struktur editor properti dengan cara yang paling logis untuk memasukkan data untuk berbagai jenis analisis atau desain. Single line diagram ETAP terdiri dari sejumlah fitur yang membantu dalam membangun jaringan yang kompleks dan banyak. Sebagai contoh : masing masing elemen dapat memiliki orientasi, ukuran dan simbol yang ditampilkan (IEC atau ANSI) yang berbeda beda. Pada single line diagram juga dapat ditempatkan peralatan proteksi yang jamak antara cabang sirkit dan bus. Hal yang perlu dilakukan selanjutnya adalah memasukkan data data peralatan seperti power grid, trafo, bus, kabel, motor induksi dan lain lain. Semakin tepat data sesuai spesifikasi peralatan dan kondisi aktualnya, maka hasil simulasi juga mendekati falid. 4.1.1 Data Power Grid Data power grid yang dibutuhkan untuk analisa aliran daya dan arus hubung singkat adalah : ID Power Grid Mode operasi (swing, kontrol tegangan, kontrol Mvar, atau kontrol PF)
39 Nominal kv %V dan sudut untuk mode swing 3 fasa MVAsc dan X/R rasio Untuk arus hubung singkat tidak seimbang, dibutuhkan juga data : Tipe grounding dan parameternya 1 fasa MVAsc dan X/R Data yang diterima penulis pada proyek ini adalah : Rating kv (Un) = 20kV Fault Level (Sf) = 500 MVA X/R rasio = 5 Berikut adalah tampilan memasukkan parameter power grid pada ETAP. Gambar 4. 1. Inputan data rating Power Grid pada ETAP
40 Gambar 4. 2. Inputan data Short Circuit Power Grid ETAP 4.1.2 Data Transformer Data transformer yang dibutuhkan untuk analisa aliran daya dan arus hubung singkat dengan ETAP 12.6 adalah : ID transformer Transformer rating kv dan MVA Tegangan kv di sisi primer dan sekunder Impedansi (%Z dan X/R) Fixed tap (%tap) Data transformer yang diterima penulis pada proyek ini adalah : Tegangan primer = 20 kv Tegangan sekunder = 0,4 kv Power rating (St) = 1600 kva Impedansi (Z) = 5 %
41 X/R rasio = 3,87 Berikut adalah tampilan element editor untuk memasukkan parameter transformer. Gambar 4. 3. Inputan data rating Trafo TR-01 Gambar 4. 4. Inputan data impedansi Trafo TR-01
42 4.1.3 Data Bus Data bus yang dibutuhkan untuk analisa aliran daya dan arus hubung singkat dengan ETAP 12.6 adalah : ID bus Nominal kv %V (bila pilihan tegangan pra gangguan digunakan) Tipe (seperti MCC, switchgear, dll) dan rating cabang Load Diversity Factor (bila loading option menggunakan diversity factor) Gambar 4. 5. Inputan data bus info pada ETAP
43 4.1.4 Data Motor Induksi Pada proyek pembangunan fasilitas penanganan batubara tahap 4 ini digunakan beberapa rating motor tegangan rendah yang berbeda beda yang diantaranya adalah 160 kw, 110 kw, dan 315 kw. Data motor induksi yang dibutuhkan untuk analisa aliran daya dan arus hubung singkat dengan ETAP 12.6 adalah : ID motor induksi Rating kw/hp dan kv %LRC, Locked Rotor PF Untuk arus hubung singkat tidak seimbang, dibutuhkan juga data : Tipe grounding dan parameternya X0 (impedansi komponen urutan nol) X2 (impedansi komponen urutan negatif) Gambar 4. 6. Inputan data nameplate motor induksi pada ETAP
44 Gambar 4. 7. Inputan data impedansi motor induksi pada ETAP 4.1.5 Data Beban Statis Data beban statis yang dibutuhkan untuk analisa aliran daya dengan ETAP 12.6 adalah : ID beban statis Rating kva/mva dan kv Faktor daya %loading untuk kategori beban yang diinginkan
45 Gambar 4. 8. Inputan data loading beban statis pada ETAP 4.2 Hasil Analisa Aliran Daya (Load Flow Analysis) Sebelum memasuki simulasi analisa hubung singkat (Short Circuit Analysis), ada baiknya kita mengetahui analisis aliran dayanya (Load Flow Analysis) terlebih dahulu, Analisa aliran daya (Load Flow Analysis) merupakan analisa yang digunakan untuk mengetahui total kebutuhan beban yang harus disupply dalam kondisi pembebanan normal maupun kondisi pembebanan puncak (peak load) serta mengetahui kapasitas energi listrik yang dibutuhkan. Selain itu load flow analysis digunakan untuk mengetahui drop tegangan yang terjadi pada tiap tiap bus baik dalam kondisi normal maupun peak load.
46 Berikut merupakan hasil analisa aliran daya yang dilakukan untuk mengetahui kemampuan sistem apakah telah memenuhi kebutuhan dari masing masing beban. Gambar 4. 9. Running load flow analysis pada ETAP Dari gambar terlihat beberapa data seperti daya, arus, dan faktor daya yang mengalir dari gardu hubung, masuk ke bus MV Switchgear, kemudian mengalir ke trafo dan terus berlanjut sampai ke beban. Dari hasil simulasi analisa aliran daya ditemukan drop tegangan di beberapa bus, namun hal ini masih dalam batas toleransi. Sebagai contoh pada bus LV MCC terjadi drop voltage sebesar 95,92 %. Maka tegangan saat ini adalah : Drop tegangan yang terjadi adalah :
47 Pada tabel 4.1 dapat terlihat presentase penurunan tegangan pada masing masing bus, dimana bus LV MCC merupakan bus yang paling tinggi mengalami drop voltage. Tabel 4. 1. Drop voltage pada bus Bus ID Nominal kv Voltage % kw Loading Amp Loading LV MCC 0,4 95,92 763 1238 MDB-01 0,4 97,72 132 230 MDB-02 0,4 96,28 7,76 13,69 MV SWITCHGEAR 20 100 904 28,72 Selain dapat melihat drop voltage pada sistem, load flow analysis juga dapat digunakan untuk menganalisa sejauh mana kapasitas trafo yang sudah digunakan oleh sistem. Pada tabel 4.2 dapat dilihat daya yang diberikan oleh masing masing trafo. Tabel 4. 2. Hasil simulasi penggunaan transformer ID Type kw Flow kvar Flow Amp Flow % Loading TR-01 Transf. 2W 769 331 24,16 67 TR-02 Transf. 2W 135 85,425 4,601 72,4 TR-03 Transf. 2W 7,852 4,92 13,69 59 Dari simulasi tersebut juga terlihat bahwa kapasitas trafo masih sangat mencukupi bahkan jika dikemudian hari ingin menambah beban dimana %loading saat ini masih <80%.
48 4.3 Hasil Analisa arus hubung singkat (Short Circuit Analysis) Analisa hubung singkat dilakukan untuk mengetahui besar arus hubung singkat yang dapat terjadi pada sistem kelistrikan yang akan dibangun pada proyek fasilitas penanganan batubara untuk memastikan peralatan dan sistem proteksi yang akan digunakan sesuai dan dapat menahan gangguan yang akan terjadi. Simulasi arus hubung singkat dilakukan pada bus MV-Switchgear, bus LV MCC, bus MDB-01 dan MDB-02. Pada ketiga bus ini akan diketahui besar gangguan tiga fasa simetris (I k) dan arus gangguan puncak (Ip). Untuk melakukan analisa hubung singkat dengan mengunakan standar IEC maka harus diatur terlebih dahulu pada Short Circuit Study Case. Kemudian setelah dilakukan running maka arus hubung singkat akan muncul pada masing masing bus. Gambar 4. 10. Pemilihan standard perhitungan pada Study Case Editor ETAP
49 Gambar 4. 11. Running short circuit analysis pada ETAP Pada single line diagram (gambar 4.11) terlihat arus hubung singkat kontribusi dari masing masing jalur dari power grid ke bus MV-Switchgear, dari transformer TR-01 ke bus MV-Switchgear dan ke bus LV MCC, kemudian dari masing masing motor induksi dan beban statis ke bus LV MCC. Tabel 4. 3. Hasil simulasi short circuit analysis Bus Short Circuit Current (ka) ID kv I k Ip Ik LV MCC 0,4 61,7 128,8 48,869 MDB-01 0,4 10,018 16,372 10,016 MDB-02 0,4 0,921 1,438 0,921 MV SWITCHGEAR 20 14,646 32,245 14,434
50 Setelah meninjau hasil simulasi pada Gambar 4.11 dan tabel 4.3 diatas, dapat diketahui bahwa pada bus LV MCC arus hubung singkat 3 fasa simetrisnya (I k) adalah 61,7 ka dan arus hubung singkat puncaknya (Ip) adalah 128,8 ka. Untuk bus MDB-01 arus hubung singkat 3 fasa simetrisnya (I k) adalah 10,018 ka dan arus hubung singkat maksimumnya (Ip) adalah 16,372 ka. Untuk MDB-02 arus hubung singkat 3 fasa simetrisnya (I k) adalah 0,921 ka dan arus hubung singkat maksimumnya (Ip) adalah 1,438 ka. Sementara untuk MV-Switchgear arus hubung singkat simetrisnya (I k) adalah 14,646 ka dan arus hubung singkat puncaknya (Ip) adalah 32,242 ka.