PENENTUAN LETAK DAN BESAR KAPASITAS OPTIMAL KAPASITOR BANK UNTUK MEMPERBAIKI KUALITAS DAYA AKIBAT PEMINDAHAN BEBAN PADA TRAFO DI SISTEM KELISTRIKAN 20 kV PT SEMEN GRESIK (PERSERO) TBK Disusun Oleh : 1. Andita Noor Shafira (2214105004) 2. Thoriq Aziz Al-Qoyyimi (2214105006) 3. Christina Tio Trisnasari (2214105009) 4. Hani Kurnia Saputra (2214105014) 5. Riza Fahmi Andriyanto (2214105017) BIDANG STUDI TEKNIK SISTEM TENAGA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2015
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENENTUAN LETAK DAN BESAR KAPASITAS OPTIMAL
KAPASITOR BANK UNTUK MEMPERBAIKI KUALITAS DAYA
AKIBAT PEMINDAHAN BEBAN PADA TRAFO DI SISTEM
KELISTRIKAN 20 kV PT SEMEN GRESIK (PERSERO) TBK
Disusun Oleh :
1. Andita Noor Shafira (2214105004)
2. Thoriq Aziz Al-Qoyyimi (2214105006)
3. Christina Tio Trisnasari (2214105009)
4. Hani Kurnia Saputra (2214105014)
5. Riza Fahmi Andriyanto (2214105017)
BIDANG STUDI TEKNIK SISTEM TENAGA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam beberapa tahun terakhir, operasi sistem tenaga listrik modern sedang
menghadapi banyak tantangan dalam kaitannya dengan deregulasi dan restrukturisasi industri
tenaga listrik. Permintaan tenaga listrik terus meningkat seiring bertambahnya pertumbuhan
beban dari tahun ke tahun, sedangkan di sisi lain perluasan pembangkit tenaga listrik dan
pembangunan saluran transmisi baru untuk meningkatkan loadability jaringan listrik sudah
sangat terbatas. Hal ini dikarenakan, untuk pemasangan fasilitas dan peralatan sistem tenaga
listrik yang baru, ditentukan berdasarkan pertimbangan lingkungan dan faktor ekonomi.
Selain biayanya mahal, pembuatan saluran transmisi baru juga membutuhkan waktu yang
cukup lama untuk pembangunannya.
Masalah lain yang harus dihadapi operasi sistem tenaga listrik adalah letak gardu
induk yang berada sangat jauh dari sistem pembangkit sehingga mengakibatkan penurunan
level tegangan yang cukup signifikan. Level tegangan turut berdampak pada kualitas daya
yang dihasilkan. Fenomena tersebut disebabkan kawat saluran mempunyai nilai resistansi,
induktansi dan kapasitansi, sehingga menimbulkan jatuh tegangan sepanjang saluran serta
rugi daya. Jatuh tegangan digunakan untuk menentukan apakah suatu saluran transmisi dan
distribusi memerlukan suatu pengembangan. Pengembangan suatu saluran transmisi dan
distribusi dilakukan jika jatuh tegangan pada saluran tersebut sudah berada di luar standar
PLN yakni 0,95≤V≤1,05 [1]
. Pengembangan yang dapat dilakukan untuk memperbaiki mutu
tegangan adalah dengan kompensasi daya reaktif yang mampu menstabilkan level tegangan
serta mengurangi rugi-rugi daya.
Pemasangan kapasitor bank pada suatu saluran transmisi dan distribusi harus
dilakukan dengan seksama agar diperoleh hasil yang optimal. Karakteristik suatu saluran
transmisi dan distribusi seperti kapasitansi dan induktansi sangat berpengaruh dalam
penentuan lokasi penempatan dan ukuran kapasitor yang dipasang.
Studi ini bertujuan untuk menentuan letak dan besar kapasitas optimal kapasitor bank
yang akan dipasang karena adanya jatuh tegangan yang tinggi serta rendahnya power factor
setelah dilakukan pemindahan beban dari trafo TM – 4B ke trafo TX – 401 akibat minyak pada
trafo TM – 4B yang sudah menghitam dan telah saatnya dilakukan penggantian minyak trafo
sehingga perbaikan kualitas daya dapat ditingkatkan (dalam hal ini diperoleh profil tegangan dan
power factor sesuai dengan standar yang diizinkan). Simulasi dan analisis dilakukan pada
sistem kelistrikan 20 kV PT Semen Gresik (Persero) Tbk. Untuk mengoptimalkan letak dan besar
kapasitas kapasitansi kapasitor bank yang akan dipasang untuk perbaikan kualitas daya,
dilakukan analisis sebagai berikut :
- Analisis dan simulasi kondisi awal plant untuk mencari bus kandidat yang akan dipasang
kapasitor bank.
- Analisis dan simulasi untuk menentukan letak dan menghitung besar kapasitas kapasitansi
optimal kapasitor bank.
- Analisis dan simulasi kondisi akhir plant setelah dipasang kapasitor bank.
1.2 Tujuan
Memperbaiki kualitas daya, dalam hal ini diperoleh profil tegangan dan power factor
sesuai dengan standar yang diizinkan yaitu 0.95 – 1.05 di sistem kelistrikan 20 kV PT Semen
Gresik (Persero) Tbk.
1.3 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah menentukan letak dan besar
kapasitas optimal kapasitor bank yang akan dipasang setelah dilakukan pemindahan beban dari
trafo TM – 4A ke trafo TX – 401 akibat minyak pada trafo TM – 4B yang sudah menghitam dan
telah saatnya dilakukan penggantian minyak trafo, untuk menyelesaikan permasalahan
kompensasi daya reaktif di sistem kelistrikan 20 kV PT Semen Gresik (Persero) Tbk.
1.4 Batasan Masalah
1. Hasil perancangan berupa simulasi dan analisis.
2. Analisis aliran daya dilakukan dengan menggunakan software ETAP 12.6
3. Analisis dilakukan pada sistem kelistrikan 20 kV PT Semen Gresik (Persero) Tbk.
4. Faktor harmonisa diabaikan.
5. Faktor ekonomi tidak diperhitungkan.
6. Permasalahan kualitas daya yang dievaluasi hanyalah daya reaktif yang dikompensasi
dengan menggunakan kapasitor bank.
1.5 Metodologi
1.6 Profil Semen Gresik (Persero) Tbk.
PT Semen Gresik (Persero) Tbk. adalah sebuah perusahaan yang pada awal berdirinya
hingga sekarang bergerak dibidang pembuatan semen. PT Semen Gresik (Persero) Tbk. awal
diresmikan pada tanggal 7 Agustus 1957 oleh Presiden RI I, Ir. Soekarno dengan kapasitas
terpasang 250.000 ton semen per tahun. Awal peresmian PT Semen Gresik (Persero) masih
berstatuskan NV (Naamloze Vennootschap) yang kemudian telah berubah menjadi PN
(Perusahaan Negara) pada tanggal 17 April 1961 dan berlanjut menjadi PT (Perseroan
Terbuka) pada tanggal 24 Oktober 1969. Setelah berkembangnya PT Semen Gresik (Persero)
Tbk. di daerah Gresik, pada tanggal 24 September 1994 telah diresmikan pabrik baru di
daerah Tuban dengan nama Pabrik Tuban I, yang terus berkembang dengan akhirnya
diresmikan kembali Pabrik Tuban II pada tanggal 17 April 1997 dan Pabrik Tuban II pada
tanggal 20 Maret 1998, dengan kapasitas 2,3 juta per tahun pada masing – masing pabrik
yang berproduksi di daerah Tuban. Pada kurun waktu tahun 1998 hingga 2006 telah terjadi 2
kali perpindahan saham perusahaan. Pada tanggal 17 September 1998, Pemerintah melepas
14% saham di SGG (Semen Gresik Group) ke Cemex S.A de C.V dan pada tanggal 27 Juli
2006, Cemex S.A de C.V melakukan penjualan saham kepada Blue Valley Holding PTE Ltd.
Analisis load flow dengan menggunakan software ETAP :
Input data pembangkit, saluran, dan beban sistem
Menentukan jumlah bus pada sistem yang akan dipasang
kapasitor bank
Menentukan letak pemasangan dan besar kapasitas Mvar
kapasitor bank
Pengumpulan data
Run load flow
Analisis pengaruh dari pemasangan kapasitor bank pada
sistem
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jaringan Distribusi
Dalam penyaluran daya listrik banyak digunakan transformator berkapasitas besar dan
juga bertegangan tinggi. Dengan transformator tegangan tinggi ini penyaluran daya listrik
dapat dilakukan dalam jarak jauh dan susut daya pada jaringan dapat ditekan. Pada jaringan
distribusi listrik banyak digunakan transformator penurun tegangan, dari tegangan menengah
20 kV menjadi 380 V untuk distribusi ke rumah-rumah dan kantor-kantor pada tegangan 220
V. Transformator daya tersebut merupakan transformator yang bekerja pada frekuensi rendah
(50-60 HZ).
Dalam sistem komunikasi, transformator digunakan pada daerah frekuensi yang lebih
tinggi, untuk berbagai keperluan. Kita mengenal misalnya input transformers, interstage
transformers, output transformers pada rangkaian radio dan televisi. Transformator juga
dimanfaatkan dalam sistem komunikasi untuk penyesuaian impedansi agar tercapai transfer
daya maksimum. Besarnya daya yang disuplai generator meliputi daya real (P) dan daya
reaktif (Q), akan mengalami pengurangan setelah melalui transmisi dikarenakan adanya rugi-
rugi transmisi.
Pada rangkaian listrik terdapat tiga macam daya, yaitu daya kompleks (S), daya nyata
(P), dan daya reaktif (Q). adapun hubungan untuk ketiganya adalah sebagai berikut:
S P jQ
S = daya kompleks dengan satuan VA
P = daya nyata dengan satuan Watt
Q= daya reaktif dengan satuan VAR
Besar P dan Q dapat dinyatakan dalam persamaan S, yaitu:
cos cos( )
sin sin( )
v i
v i
P S S
Q S S
cos power factor
Power factor merupakan suatu konstanta pengali dengan nilai antara 0 sampai 1, yang
menunjukkan seberapa besar daya nyata dapat diserap oleh beban resistif dari daya kompleks
yang ada pada suatu beban total.
Pengaruh variasi beban pada suatu sistem tenaga listrik berkaitan langsung dengan
drop tegangan pada sisi penerima hal ini dapat dijelaskan dengan diagram di bawah ini.
Gambar 2.1 Diagram Vektor untuk Beban Induktif
Gambar 2.2 Diagram Vektor untuk Beban Kapasitif
Dimana :
E = 𝑉𝑡 + 𝑖(𝑅 + 𝑗𝑋)
E = Tegangan Induksi
Vt = tegangan
R = hambatan
X = hambatan baban kapasitif atau induktif
Rangkaian listrik umumnya memiliki tiga jenis beban, yaitu Resistor (R), Kapasitor
(C), dan Induktor (L). Masing-masing beban memiliki karakteristik yang berbeda – beda.
Apabila rangkaian listrik dialiri arus bolak-balik (AC), maka besar hambatannya adalah
𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿
𝑋𝐶 = −𝑗
𝜔𝐶
Pada kapasitor arus (i) akan mendahului (leading) terhadap tegangan (V). Hal ini sesuai
dengan persamaan :
090CC C C
C
Vi j CV CV
X
Sedangkan pada induktor, arus (i) akan tertinggal (lagging) terhadap tegangan (V). Hal ini
sesuai dengan persamaan :
090L LL
L
V Vi
j L
Untuk memperbaiki atau mengkompensasi drop tegangan agar pada tegangan pada sisi
penerima diusahakan tetap maka ada beberapa cara yang dapat dilakukan seperti :
1. Penggunaan kapasitor bank
2. Transformator tap changing
3. Penambahan eksitasi pada generator
2.2 Lokasi Pemasangan Instalasi Kapasitor Bank
Cara pemasangan instalasi kapasitor bank dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu :
global compensation, individual compensation, dan group compensation.
M MM
Global
CompensationGroup
Compensation
Individual
Compensation
Gambar 2.3 Metode Lokasi Pemasangan Instalasi Kapasitor Bank
1. Global Compensation, kapasitor dipasang di induk panel (MDP),sehingga Arus yang
turun hanya di penghantar antara panel MDP dan transformator,sedangkan arus yang
lewat setelah MDP tidak turun.
2. Group Compensation, kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang
dipanel SDP (pada industri dengan kapasitas beban terpasang besar sampai ribuan
kva).
3. Individual Compensation, kapasitor langsung dipasang pada masing masing beban
khususnya yang mempunyai daya yang besar,cara ini lebih efektif dan lebih baik dari
segi teknisnya. Namun, kekurangannya adalah harus menyediakan ruang atau tempat
khusus untuk meletakkan kapasitor tersebut.
Untuk perhitungan kapasitas kapasitor bank adalah sebagai berikut :
Q kompensator = Qlama – Qbaru
= P tan cos-1
ϕ lama – P tan cos-1
ϕ baru
= P tan (cos-1
ϕ lama - cos-1
ϕ baru)
2.3 Program ETAP (Electrical Transient Analysis Program) PowerStation 12.6.0
PowerStation adalah software untuk power system yang bekerja berdasarkan plant
(proyek). Setiap plant harus menyediakan modelling peralatan dan alat - alat pendukung yang
berhubungan dengan analisa yang akan dilakukan. Misalnya generator, data motor, data kabel
dan lain-lain. Sebuah plant terdiri dari sub-sistem kelistrikan yang membutuhkan sekumpulan
komponen elektris yang khusus dan saling berhubungan. Dalam PowerStation, setiap plant
harus menyediakan data base untuk keperluan itu.
ETAP PowerStation dapat melakukan penggambaran single line diagram secara grafis
dan mengadakan beberapa analisa/studi yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit
(hubung singkat), motor starting, harmonics power systems, transient stability,dan protective
device coordination.
ETAP PowerStation juga menyediakan fasilitas Library yang akan mempermudah
desain suatu sistem kelistrikan. Library ini dapat diedit atau dapat ditambahkan dengan
informasi peralatan bila perlu. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja dengan
ETAP PowerStation adalah :
Single 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