STUDI PENINGKATAN KAPASITAS SUPLAI PENYULANG STUDI KASUS DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM (PERSERO) KUALA TANJUNG TESIS Oleh EDI MUGIONO 157034019 / TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
STUDI PENINGKATAN KAPASITAS SUPLAI PENYULANG STUDI KASUS DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM (PERSERO) KUALA TANJUNG TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Oleh EDI MUGIONO 157034019 / TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
Telah diuji pada Tanggal : 18 Juli 2017 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Ir. Syafruddin HS.MS.Ph.D Anggota : DR. Ir. Fahmi, M.Sc, IPM 1. Ir. Surya Hardi, MS. Ph.D 2. DR. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT
ABSTRAK Produksi aluminium PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) saat ini terbatas pada desain awal yaitu 250.000 ton/tahun yang secara proses bergantung pada suplai arus listrik DC. Suplai arus listrik DC ke tungku reduksi gedung no.3 saat ini hanya 193 ka yang secara sistem disuplai dari transformator utama (Main Transformer,MTR), transformator regulator tegangan berbeban (On Load Voltage Regulator,LVR) dan transformator penyearah (Rectiformer). Faktor daya MTR 0,99 lagging, sedangkan arus pada LVR telah mencapai ratingnya 3.180 A. Hasil kajian KANNAK menyimpulkan peralatan tungku reduksi mampu beroperasi dengan arus 255 ka. Upaya yang dilakukan adalah dengan meningkatkan kapasitas suplai MTR menjadi 230 MVA, penambahan LVR dan rectifier dengan suplai arus sebesar 45 ka dan memperbaiki faktor daya LVR dari 0,88 menjadi minimum 0,95 lagging dengan arus minimum 210 ka. Dalam penelitian ditentukan ukuran kapasitas MTR, kapasitas tambahan LVR dan rectifier, ukuran kapasitor bank, analisis aliran daya, distorsi harmonik dan kondisi sistem pada saat peralatan-peralatan tersebut terhubung ke sistem. Hasil analisis menunjukan arus searah yang disuplai dapat mencapai 255 ka. Sedangkan distorsi harmonik dapat diredam dengan kapasitor bank yang dipasang dengan besaran distorsi harmoniknya menjadi 0,008-0,13% dari sebelumnya 0,09-0,91%. Dari sisi keekonomian, peningkatan kapasitas suplai ini layak untuk dilaksanakan dengan Net Present Value > 0, Internal Rate Of Return (47,30%) > ratarata tertimbang biaya modal (8,38%) dan masa pengembalian modal (Pay Back Period) selama 2,1 tahun. Peningkatan arus searah dari 193 ka menjadi 255 ka dapat meningkatkan produksi aluminium sebesar ± 27.652 ton/tahun. Kata kunci : MTR, LVR, rectiformer, peningkatan kapasitas, faktor daya, harmonisa i
ABSTRACT Alumunium production at PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) at this times is limited to 250.000 tons/year which the process depends on the supply of direct current. Direct current supply to reduction building no.3 at this time only 193 ka which are supplied from Main Transformer (MTR), On Load Voltage Regulator (LVR) and Rectiformer. Power factor for MTR is 0,99 lagging, meanwhile the current out of LVR has reached its rating 3.180 A. From KANNAK assessment on the pot reduction conclude that the pot equipment can be operated with current supplied 255 ka. The effort can be done by increasing the MTR supply capacity become 230 MVA, additional LVR and rectifier with current supplied 45 ka and improve power factor LVR from 0,88 become at least 0,95 lagging and current supply minimum 210 ka. In the study, the capacity of MTR is calculated, additional capacity of LVR and rectifier, capacitor bank capacity, load flow analysis, harmonic distortion, and system condition when the equipment is connected. Analysis result shows that the direct current that can be supplied is 255 ka. Harmonic distortion can be reduced by capacitor bank with harmonic distortion become 0,008-0,13% from the existing 0,09-0,91%. From the economic view, the increasing supply capacity is feasible to be implemented with Net Present Value > 0, Internal Rate Of Return (47,30%) > weighted average cost of capital (8,38%) and Pay Back Period for 2,1 years. The increasing direct current from 193 ka become 255 ka increase alumunium production ± 27.652 ton/year. Key words : MTR, LVR, rectiformer, increasing capacity, power factor, harmonic ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas segala nikmat dan rahmat yang telah diberikan-nya, serta segala pertolongan dan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul Studi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang No.4 Gardu Induk PT Inalum (Persero). Penulisan tesis ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar master S2, Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian tesis ini tak lepas dari bimbingan, arahan, saran, motivasi, maupun fasilitas banyak pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Suherman, ST., M. Comp., Ph.D selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik. 2. Bapak Ir. Syafruddin HS, MT., Ph.D dan bapak DR. Ir. Fahmi, M.Sc, IPM, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan memberi dorongan hingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan tepat waktu. 3. Teristimewa Ayahanda dan Ibunda tercinta yang selalu memberikan doa dan restunya. 4. Kepada istri tercinta dan anak-anak tersayang yang telah memberikan dorongan dan semangat serta doanya sehingga karya akhir ini dapat diselesaikan tepat waktu. iii
5. PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan program magister di Universitas Sumatera Utara 6. Rekan-rekan di Seksi Penyaluran Tenaga Listrik (SES) PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) khususnya pak Khaldun M Badra (DKB) dan Randhy Ramono. 7. Seluruh karyawan, dosen, dan civitas academica Program Studi Magister Teknik Elektro USU. Dalam penulisan tesis ini, penulis menyadari bahwa tulisan ini mungkin masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis memohon maaf atas segala kekurangannya. Saran dan kritik yang bersifat membangun akan selalu penulis terima dengan harapan semoga tulisan ini dapat berguna bagi pembaca, dan dapat dilanjutkan untuk memperoleh hasil yang lebih bermanfaat di kemudian hari. Medan, 28 Juni 2017 Penulis iv
DAFTAR RIWAYAT HIDUP Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : Edi Mugiono, ST Tempat / tanggal lahir : Desa Pon / 28 Agustus 1976 Jenis Kelamin : Laki-laki Kebangsaan : Indonesia Agama : Islam Status : Menikah Anak : 2 orang putra Alamat : Perumahan PT. INALUM (Persero), Blok P-16-17 Kec. Sei Suka, Kab.Batu Bara, Sumatera Utara 21657 No telepon / E-mail : 0812-621-2133 / edi_mugiono@inalum.id Menerangkan dengan sesungguhnya riwayat hidup sebagai berikut : PENDIDIKAN 1. Tamatan SD Negeri No. 104304 Desa Pon : Tahun 1989 2. Tamatan SMP Negeri 2 Sei Bamban : Tahun 1992 3. Tamatan SMA Negeri 1 Sei Rampah : Tahun 1995 4. Tamatan Universitas Islam Sumatera Utara : Tahun 2002 PEKERJAAN 1. Karyawan PT Inalum (Persero) : Tahun 2004 - Sekarang Tanjung Gading, 13 Juni 2017 Penulis Edi Mugiono v
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR RIWAYAT HIDUP... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR SINGKATAN... i ii iii v vi ix x xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 5 1.3. Tujuan Penelitian... 6 1.4. Batasan Masalah... 6 1.5. Manfaat Penelitian... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1. Peleburan Aluminium... 8 2.2. Transformator Daya (Main Transformer/MTR)... 10 2.3. Regulator Tegangan Berbeban (Load Voltage Regulator/LVR) 11 2.4. Transformator Penyearah (Rectiformer)... 14 2.5. Analisis Aliran Daya... 16 2.5.1. Penjelasan umum analisis aliran daya... 16 2.5.2. Teknik dasar pada studi aliran daya... 17 2.6. Faktor Daya... 19 2.7. Perbaikan Faktor Daya... 21 2.8. Menentukan Ukuran Kapasitor Untuk Memperbaiki Faktor Daya... 22 2.9. Harmonisa... 26 2.9.1. Pengertian harmonisa... 26 vi
2.9.2. Pengelompokan harmonisa... 28 2.10. Kajian Keekonomian Proyek... 29 BAB III METODELOGI PENELITIAN... 34 3.1. Bahan Penelitian... 34 3.2. Obyek dan Alat Penelitian... 34 3.3. Batasan Obyek Kajian... 35 3.4. Program Bantu Analisis... 36 3.5. Proses Tuning Alat Bantu Analisis... 36 3.6. Prosedur Penelitian... 37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 39 4.1. Penentuan Desain Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang 255kA... 39 4.1.1. Perhitungan arus maksimum saat ini pada gedung reduksi no.3... 39 4.1.2. Desain kapasitas transformator utama (MTR)... 40 4.1.3. Desain kapasitas load voltage regulator (LVR)... 42 4.1.4. Desain faktor daya pada sisi sekunder LVR... 42 4.1.5. Konfigurasi desain sistem peningkatan kapasitas suplai penyulang... 46 4.2. Permodelan Sistem Dengan Menggunakan Alat Bantu Analisis... 48 4.2.1.Permodelan sistem... 48 4.2.2.Klarifikasi hasil pengujian alat bantu analisis... 49 4.2.3.Aliran daya kondisi sebelum peningkatan kapasitas suplai... 50 4.2.4.Simulasi kondisi dengan MTR 230 MVA terhubung ke sistem... 51 4.2.5.Simulasi kondisi dengan capacitor bank baru terhubung ke sistem... 53 4.2.6.Simulasi kondisi dengan LVR baru terhubung ke sistem... 55 4.3. Data Harmonik... 57 4.4. Analisis Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang... 60 4.4.1. Hasil peningkatan kapasitas suplai penyulang... 60 4.4.2. Analisis harmonik... 60 4.5. Analisis Keekonomian... 61 vii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 65 5.1. Kesimpulan... 65 5.2. Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA... 67 LAMPIRAN... 69 viii
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Kompensasi Capacitor Bank... 25 2.2 Dampak Urutan Harmonisa... 28 3.1 Perbandingan Kondisi Peralatan... 36 4.1 Hasil Perhitungan Kebutuhan Kapasitor Bank... 43 4.2 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Aktif Pada Tungku Reduksi... 44 4.3 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Reaktif Pada Tungku Reduksi... 44 4.4 Kondisi Sebelum dan Sesudah Pemasangan MTR 230 MVA... 52 4.5 Kondisi Sebelum dan Sesudah Capacitor Bank Terhubung ke Sistem... 54 4.6 Kondisi Sebelum dan Sesudah LVR Baru Terhubung ke Sistem... 56 4.7 Hasil Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang... 60 4.8 THDv Hasil Simulasi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang 61 4.9 Biaya Investasi Peralatan... 62 4.10 Hasil Parameter Keekonomian Proyek... 64 ix
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 1.1 Sistem Penyearah di Gardu Induk Inalum Kuala Tanjung... 2 2.1 Diagram Blok Klasifikasi Bus... 18 2.2 Segitiga Daya Listrik... 20 2.3 Ilustrasi Perbaikan Faktor Daya dengan Pemasangan Kapasitor 22 2.4 Diagram Daya Penentuan Kompensasi Kapasitor... 23 2.5 Gelombang Fundamental, Harmonisa dan Gelombang Terdistorsi... 26 2.6 Distorsi Arus Akibat Resistor Tidak Linier... 27 3.1 Diagram Alir Penelitian... 38 4.1 Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan Inalum... 46 4.2 Diagram Satu Garis Pemasangan Peralatan Peningkatan Kapasitas... 47 4.3 Diagram Satu Garis Kondisi Saat Ini dan Peningkatan Kapasitas 48 4.4 Simulasi Aliran Daya Data SCADA dan Simulasi ETAP... 49 4.5 Perbandingan Rugi-rugi Transmisi Hasil Pengukuran dan Simulasi... 50 4.6 Aliran Daya Kondisi Maksimum 193 ka... 51 4.7 Aliran Daya Kondisi MTR Terhubung ke Sistem... 53 4.8 Aliran Daya Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke Sistem... 55 4.9 Aliran Daya Kondisi LVR Baru Terhubung ke Sistem... 57 4.10 Harmonik Tegangan Individu pada Kondisi 193 ka... 58 x
4.11 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi MTR 230 MVA Terhubung ke Sistem... 58 4.12 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke Sistem... 59 4.13 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke Sistem... 59 xi
DAFTAR SINGKATAN AC BEP DC FCFE IHD IRR LVR MTR MVA NPV NVTC OFAF OLTC ONAF PF PIO P/L Pry SCADA SCR SR Sry TCR TDD THD VA VAR VCR WACC : Alternating Current (Arus bolak-balik) : Break Even Point : Direct Current (arus searah) : Free Cash Flow to Equity : Individual Harmonic Distortion : Internal Rate of Return : Load Voltage Regulator : Main Transformer (Transformator Utama) : Mega Volt Ampere : Net Present Value : No Voltage Tap Changer : Oil Forced Air Forced : On Load Tap Changer : Oil Nature Air Forced : Power Factor : Pot In Operation (Pot Operasi) : Pot Line (tungku reduksi gedung no.3) : Primary (Primer) : Supervisory Control and Data Acquistion : Silicon Controlled Reactor : Silicon Rectifier : Secondary (Sekunder) : Thyristor Controlled Reactor : Total Harmonic Current Content : Total Harmonic Distortion : Volt Ampere : Volt Ampere Reactive : Voltage Control Reactor : Weighted Average Cost of Capital (Rata-rata Tertimbang Biaya Modal) xii