Page 1
Page | 1
Studi Kelayakan Penambahan Kapasitas
Transformator dari 80MVA menjadi 100 MVA
pada Pabrik Peleburan Baja PT Ispat Indo
Rendra Budi Prasetya1)
, Ontoseno Penangsang 2)
, Heri Suryo Atmojo 3)
1) Dept.of Electrical Engineering, Institute of Technology Sepuluh Nopember
Campus of ITS, 60111, Surabaya, indonesia
[email protected]
Abstract—Paper tugas akhir ini mempresentasikan tentang
studi kelayakan penambahan kapasitas transformator dari
80MVA menjadi 100MVA pada sistem kelistrikan PT Ispat
Indo, Sidoarjo. Selama ini, Penggunaan Transformator
80MVA tersebut telah mengalami panas berlebih akibat
arus harmonisa beban arc-furnace. acuan yang digunakan
dalam analisa ini yaitu dengan memperhatikan rating K-
faktor dari arus harmonisa yang diakibatkan beban arc-
furnace. Yang mana, rating K-faktor tersebut sangat
penting, karena berpengaruh pada biaya dan keamanan.
Dengan menggunakan metode ini, diharapkan kapasitas
transformator mampu menahan kandungan arus
harmonisa ketika beroperasi. Simulasi dilakukan dengan
menggunakan software ETAP 7.0.0, yaitu dengan
membandingkan antara harmonisa normal dengan
harmonisa terburuk pada penggunaan transformator
80MVA dengan transformator 100MVA K-1 dan dengan
transformator 100MVA K-4. Setelah dilakukan simulasi,
diperoleh bahwa penggunaan transformator 80MVA hanya
mampu mensuplai arc-furnace 75% dengan operasi kerja
transformator hingga 83-88%, transformator 100MVA K-1
mampu mensuplai beban 100% dengan operasi kerja
transformator hingga 85-88% dan transformator 100MVA
K-4 mampu mensuplai beban arc-furnace hingga 100%
dengan operasi kerja hanya 67-74%.
Keywords; Transformer, K-factor, arc-furnace, harmonic.
BAB I. PENDAHULUAN
Transformator merupakan peralatan listrik yang
berfungsi sebagai alat bantu penyedia daya listrik pada
setiap kegiatan sektor bisnis atau industri. Di industri
peleburan baja PT Ispat Indo terdapat beban non-linear
seperti motor induksi, pengaturan kecepatan motor, dan
tungku busur api.
Arus harmonik yang dihasilkan oleh arc furnace dapat
membawa kerugian pada berbagai alat, salah satunya
adalah transformator distribusi, harmonik adalah gejala
pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi
berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan
frekuensi dasarnya [5]. Transformator sangat rentan
terhadap panas yang mengakibatkan kegagalan isolasi .
Untuk melindungi trafo terhadap panas yang disebabkan
oleh harmonisa, desainer dapat menentukan derated
peralatan, yaitu transformer besar yang akan dijalankan
pada kapasitas peringkat mereka, atau spesifikasi K-
faktor transformator dirancang untuk mengakomodasi
arus harmonic [7]. K-faktor transformator lebih disukai
karena mereka memiliki kapasitas termal tambahan,
desain fitur yang meminimalkan kerugian arus
harmonisa, dan sambungan netral dan terminal berukuran
sebesar 200% dari normal [3].
Beban non linier akan memberikan bentuk gelombang
keluaran yang tidak sebanding dengan tegangan dalam
setiap setengah siklus, sehingga bentuk gelombang arus
maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan
gelombang masukannya (mengalami distorsi), Fenomena
harmonik yang utama pada PT Ispat Indo yaitu akibat
dari beban arc-furnace. Masalah yang timbul adalah
akibat terdistorsinya tegangan atau arus yang ada pada
sistem akibat jumlah harmonik yang muncul. distorsi
gelombang tegangan tersebut, akan berujung pada unjuk
kerja transformator distribusi, di antaranya temperatur
dan efisiensi.
Untuk menyuplai beban arc-furnace, diperlukan
transformator dengan rating yang besar untuk
menghindari panas berlebih. Transformator yang
mempunyai rating K-faktor digunakan untuk mengurangi
efek pemanasan arus harmonik yang diakibatkan oleh
beban arc-furnace.
Dengan memperhatikan rating K-faktor, diharapkan
kapasitas transformator mampu menahan kandungan
harmonik ketika beroperasi dalam batas temperatur dari
sistem isolasi.
BAB II. K-FAKTOR TRANSFORMATOR
Sebuah transformator standart (K-1)tidak dirancang
pada penggunaan beban non-linear yang mengandung
arus harmonisa. Apabila transfromator standart dipaksa
untuk digunakan pada beban non-linear, maka akan
terjadi panas berlebih dan gagal sebelum waktunya [1].
Dengan alasan tersebut maka untuk mengatasi beban
non-linear telah dirancang transformator khusus untuk
menangani arus harmonisa yang terjadi, yaitu
transformator K-faktor.
K-Faktor transformator berbeda dari standar. Mereka
memiliki kapasitas termal tambahan untuk mentoleransi
efek pemanasan dari arus harmonisa karena memiliki
nilai impedansi yang rendah. Transformator K-faktor
jauh lebih mahal dari transformator standart, karena
transformator jenis ini didesain menggunakan bahan
material yang berkualitas. Penggunaan K-faktor
transformator adalah cara yang baik untuk memastikan
bahwa transformator tidak akan mengalami kegagalan
akibat panas berlebih arus harmonisa.
Menentukan nilai dari rating k-faktor ini sangat
penting, karena berpengaruh pada biaya dan keamanan.
Untuk mendapatkan perhitungan k-faktor yang tepat
maka diperlukan kandungan arus harmonisa yang
mengalir pada sistem kelistrikan. Untuk memaksimalkan
perhitungan rating k-faktor yaitu dengan menggunakan
Page 2
data harmonisa terburuk yang terjadi pada sistem
kelistrikan.
Dari data arus harmonisa yang diperoleh maka dapat
dilakukan perhitungan rating k-faktor yang mengalir pada
saluran atau transformator. Perhitungan k
menggunakan standart ANSI/IEEE C57.110.
∑ �ih∗h�2�
∑ �� � dimana h adalah harmonisa #
Suatu transformator K-faktor mempunyai nilai arus
tambahan yang digunakan untuk mentoleransi aru
harmonisa yang muncul. Tabel 2
hubungan antara kemampuan arus transformator dengan
rating K-faktor, yang diambil dari software ETAP 7.0.0.
Tabel 2.1 Hubungan antara FLA transformator dengan rating K
transformator.
Arus K1 K4 K9 K13 K20
% FLA 100 125 144,7 157,7 180,9
Pada Gambar 2.1 menunjukkan grafik derating
transformator yang diambil dari standart ANSI/IEEE
C57.110. Sebuah transformator 100KVA apabila dialiri
arus harmonisa dengan K-1 mampu bekerja 100% dari
kapasitas totalnya, tetapi hanya mampu bekerja sebagai
transformator 50KVA apabila dialiri arus harmonisa
dengan K-13[1].
Gambar 2.1Grafik Standart Derating Transformator
BAB III. SISTEM KELISTRIKAN DAN
Sistem distribusi yang digunakan di Pabrik Peleburan
Baja PT Ispat Indo terletak di Sepanjang Sidoarjo adalah
radial. Sumber pembangkit utama di PT
adalah dengan menggunakan sumber PLN Waru
Waru II, dengan kapasitas masing-masing 495
Sampai sekarang sistem ini mencukupi untuk melayani
beban – beban yang ada di pabrik untuk menunjang
kegiatan produksi.
Pemodelan Sistem Kelistrikan
Pemodelan sistem kelistrikan PT Ispat Indo yang
dibahas pada tugas akhir ini bertujuan untuk memperoleh
respon aliran daya yang lebih mendekati kondisi
Page | 2
data harmonisa terburuk yang terjadi pada sistem
Dari data arus harmonisa yang diperoleh maka dapat
faktor yang mengalir pada
saluran atau transformator. Perhitungan k-faktor
menggunakan standart ANSI/IEEE C57.110.
dimana h adalah harmonisa #
faktor mempunyai nilai arus
tambahan yang digunakan untuk mentoleransi arus
harmonisa yang muncul. Tabel 2.1 menunjukkan
hubungan antara kemampuan arus transformator dengan
faktor, yang diambil dari software ETAP 7.0.0.
transformator dengan rating K-faktor
K20 K30 K40
180,9 223,5 308,2
.1 menunjukkan grafik derating
standart ANSI/IEEE
. Sebuah transformator 100KVA apabila dialiri
1 mampu bekerja 100% dari
kapasitas totalnya, tetapi hanya mampu bekerja sebagai
transformator 50KVA apabila dialiri arus harmonisa
Grafik Standart Derating Transformator
ELISTRIKAN DAN PEMODELAN
Sistem distribusi yang digunakan di Pabrik Peleburan
Baja PT Ispat Indo terletak di Sepanjang Sidoarjo adalah
radial. Sumber pembangkit utama di PT Ispat Indo
adalah dengan menggunakan sumber PLN Waru I dan
masing 495 MVAsc.
Sampai sekarang sistem ini mencukupi untuk melayani
beban yang ada di pabrik untuk menunjang
Pemodelan sistem kelistrikan PT Ispat Indo yang
tugas akhir ini bertujuan untuk memperoleh
aliran daya yang lebih mendekati kondisi
lapangan. Pemodelan sistem kelistrikan PT Ispat Indo
dengan menggunakan software ETAP 7.00.
Selain untuk mendapatkan respon aliran daya juga
dbertujuan untuk memperoleh respon arus harmonisa
yang terjadi, karena dipergunakan untuk melakukan
perhitungan k-faktor transformator yang tepat.
pemodelan sistem kelistrikan di sekitar beban arc
pada tugas akhir ini menggunakan data lapangan Pabrik
peleburan baja PT Ispat Indo yang ditunjukkan pada
gambar 3.1.
Gambar 3.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan sekitar beban Arc
Pemodelan Harmonisa Arc-Furnace
Penggunaan beban arc
kandungan arus harmonisa yang tinggi. Pemodelan beban
arc-furnace menggunakan sofware ETAP 7.0.0, yaitu
dengan menggunakan jenis beban statis kemudian
memasukkan spesifikasi arc-furnace pada pabrik ispat
indo. Tabel 3.1 Spesifikasi beban Arc
Tipe
Kapasitas
Tegangan
Power faktor
Arus
Grounding
Tabel 3.2 Data Harmonisa Beban Arc
Orde Kasus Normal
% Fundamental
2
3
4
5
6
7
8
9
17
29
7.5
10
3.5
8
2.5
5
Tabel 3.2 menunjukkan data arus harmonisa
tegangan. Yang mana, Nilai
untuk memodelkan karakteristik harmonisa yang terjadi
pada beban arc-furnace.
lapangan. Pemodelan sistem kelistrikan PT Ispat Indo
dengan menggunakan software ETAP 7.00.
Selain untuk mendapatkan respon aliran daya juga
dbertujuan untuk memperoleh respon arus harmonisa
yang terjadi, karena dipergunakan untuk melakukan
faktor transformator yang tepat. Adapun
di sekitar beban arc-furnace
pada tugas akhir ini menggunakan data lapangan Pabrik
peleburan baja PT Ispat Indo yang ditunjukkan pada
Sistem Kelistrikan sekitar beban Arc-Furnace
Furnace
Penggunaan beban arc-furnace mengakibatkan
harmonisa yang tinggi. Pemodelan beban
furnace menggunakan sofware ETAP 7.0.0, yaitu
dengan menggunakan jenis beban statis kemudian
furnace pada pabrik ispat
Spesifikasi beban Arc-Furnace
Arc-Furnace
80 MVA
0,69 kV
0,85
66939 A
Y
Data Harmonisa Beban Arc-Furnace
Kasus Terburuk
% Fundamental
5
20
3
10
1.5
6
1
3
menunjukkan data arus harmonisa
tegangan. Yang mana, Nilai-nilai tersebut digunakan
untuk memodelkan karakteristik harmonisa yang terjadi
Page 3
Page | 3
Gambar 3.2 Model Gelombang Arus Harmonisa normal
Gambar 3.3 Model Gelombang Arus Harmonisa terburuk
Pemodelan Transformator
Pemodelan transformator pada software ETAP 7.0.0
menggunakan transformator 2 winding yang berada pada
toolbar ETAP. Untuk pemodelan K-faktor transformator
dipilih rating K-faktor sesuai hasil perhitungan pada
menu harmonisa transformator. Tabel 3.3 menunjukkan
spesifikasi dari transformator 80MVA.
Tabel 3.3 Spesifikasi dari Transformator 80 MVA
Transformator K-1
Kapasitas 80 MVA
Tegangan 33kV – 0,69kV
FLA 1400 A
Type Dry
BAB IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISA
Pemodelan sistem kelistrikan PT Ispat Indo dengan
menggunakan software ETAP versi 7.0.0 (Electrical
Transient Analysis Program) terutama pemodelan beban
arc-furnace untuk memperoleh respon arus harmonisa
yang terjadi.
4.1 Simulasi dan Analisa Harmonisa Kondisi
Eksisting.
Pada simulasi harmonisa akan dilakukan dengan dua
kondisi yang berbeda, yaitu harmonisa pada kondisi
normal dengan harmonisa pada kondisi terburuk.
Harmonisa Normal
Pada bagian ini akan disimulasikan sistem kelistrikan
dengan gangguan harmonisa kondisi normal. Pada tabel
4.1 merupakan hasil running dari simulasi harmonisa
pada saluran transformator TR5 80MVA K-1.
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Harmonisa pada Saluran Transformator
80MVA K-1
Keterangan Operasi Rating
I rms Primer 1134,2 A 1400 A
I rms Sekunder 51815,18 A 66939,16 A
kV Primer 33,04 kV 33 kV
kV Sekunder 0,69 kV 0,69 kV
% THD Primer 24,83 %
Tabel 4.2 % IHD pada Saluran Transformator 80MVA K-1
Orde 1 2 3 4 5 6 7 8 9
%IHD 100 18 0 6 15 0 5 1 0
Dari hasil simulasi pada harmonisa kondisi normal
dapat dilihat bahwa pada Irms pada sisi primer sebesar
1134,2 A, tegangan 33,04 kV dengan %THD pada
saluran sebesar 24,83%.
Harmonisa Terburuk
Pada bagian ini akan disimulasikan sistem kelistrikan
dengan gangguan harmonisa kondisi terburuk. Pada
gambar 4.4 merupakan hasil running dari simulasi
harmonisa pada saluran transformator TR5 80MVA K-
1dengan kondisi harmonisa terburuk.
Tabel 4.3 Hasil Simulasi Harmonisa pada Saluran Transformator
80MVA K-1
Keterangan Operasi Rating
I rms Primer 1323 A 1400 A
I rms Sekunder 61204,48 A 66939,16 A
kV Primer 33,15 kV 33 kV
kV Sekunder 0,71 kV 0,69 kV
% THD Primer 66,67 %
Tabel 4.4 % IHD pada Saluran Transformator 80MVA K-1
Orde 1 2 3 4 5 6 7 8 9
%IHD 100 64 0 16 15 0 6 3 0
Dari hasil simulasi pada harmonisa kondisi terburuk
dapat dilihat bahwa pada Irms pada sisi primer sebesar
1323 A, tegangan 33,15 kV dengan %THD pada saluran
sebesar 66,67%.
4.2 Perhitungan Rating K-Faktor
Dari data arus harmonisa yang diperoleh maka dapat
dilakukan perhitungan rating k-faktor yang mengalir pada
saluran atau transformator. Perhitungan k-faktor
menggunakan standart ANSI/IEEE C57.110.
∑ �ih∗h�2�
∑ �� � dimana h adalah harmonisa #
K-faktor Kondisi Harmonisa Normal Tabel 4.5 menunjukkan perhitungan dari rating k-faktor
dengan kondisi harmonisa normal.
Tabel 4.5 Perhitungan K-faktor pada harmonisa kondisi normal
H Ih ih*h (ih*h)2 (ih)2 K = (ih*h)2 /(ih)2
1 100% 1 1 1
1,795
2 18% 0,38 0,1444 0,0361
3 0 0 0 0
4 6% 0,24 0,0784 0,0049
5 15% 0,75 0,5625 0,0225
6 0 0 0 0
7 5% 0,35 0,1225 0,0025
8 1% 0,08 0,0064 0,0001
9 0 0 0 0
Total 1,9142 1,0661
Page 4
Page | 4
K-faktor Kondisi Harmonisa Terburuk
Tabel 4.6 berikut merupakan perhitungan dari rating k-
faktor dengan kondisi harmonisa terburuk.
Tabel 4.6 Perhitungan K-faktor pada harmonisa kondisi Terburuk
H ih ih*h (ih*h)2 (ih)2 K = (ih*h)2 /(ih)2
1 100% 1 1 1
2,63
2 64% 1,28 1,6384 0,4096
3 0 0 0 0
4 16% 0,64 0,4096 0,0256
5 15% 0,75 0,5625 0,0225
6 0 0 0 0
7 6% 0,42 0,1764 0,0036
8 3% 0,24 0,0576 0,0009
9 0 0 0 0
Total 3,8445 1,4622
4.3 Analisa Transformator Sesuai Rating K-faktor
Pembebanan Arc-Furnace 75%.
Setelah dilakukan simulasi harmonisa dan dilakukan
perhitungan rating K-faktor, maka dapat dianalisa
kapasitas transformator setelah dipengaruhi arus
harmonisa.
Kondisi Harmonisa Normal
Gambar 4.1 Grafik hubungan k-faktor beban dengan kapasitar TR5
80MVA harmonisa normal.
Dari hasil perhitungan rating K-faktor didapat nilai dari
k-faktor yaitu sebesar 1,79. Dengan rating k-faktor
sebesar 1,79 jika dilihat dari grafik de-rating
transformator, maka transformator TR5 hanya mampu
dibebani sebesar 98% dari kapasitas totalnya.
Kondisi Harmonisa Terburuk
Gambar 4.2 grafik hubungan k-faktor beban dengan kapasitar TR5 80
MVA harmonisa terburuk
Dari hasil perhitungan rating didapat nilai dari k-faktor
yaitu sebesar 2,63. Dengan rating k-faktor sebesar 2,63
jika dilihat dari grafik de-rating transformator, maka
transformator TR5 hanya mampu dibebani sekitar 92%
dari kapasitas totalnya
4.3.1 Analisa Transformator 80MVA K-1 (Eksisting)
Pada bagian ini akan dianalisa kapasitas transformator
80MVA setelah dipengaruhi arus harmonisa.
Kondisi Harmonisa Normal
Tabel 4.7 Menunjukkan kapasitas transformator TR5
80MVA dengan pembebanan arc furnace 75% setelah
dipengaruhi arus harmonisa dengan K-faktor 1,79.
Tabel 4.7 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Load
MVA
act
FLA
act
I RMS
A
%
Loading
80 1400 1,79 78 1365 1138 83
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
75% yaitu sekitar 60MVA yang menghasilkan arus
1134,2 A sedangkan FLA trafo setelah dipengaruhi arus
harmonisa menjadi 1365, maka transformator bekerja
dengan % loading 83%.
Kondisi Harmonisa Terburuk Tabel 4.8 Menunjukkan kapasitas transformator TR5
80MVA dengan pembebanan arc furnace 75% setelah
dipengaruhi arus harmonisa dengan K-faktor 2,63.
Tabel 4.8 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Load
MVA
act
FLA
act
I RMS
A
%
Loading
80 1400 2,63 73 1288 1323 97
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
75% yaitu sekitar 60MVA yang menghasilkan arus
1134,2 A sedangkan FLA trafo setelah dipengaruhi arus
harmonisa menjadi 1365, maka transformator bekerja
dengan % loading 97%.
Transformator umumnya bekerja dengan batasan 80%
dari Kapasitas totalnya, tetapi pada transformator
80MVA K-1 bekerja antara 83–97% dari kapasitasnya.
Hal tersebut akan mengakibatkan transformator
mengalami panas berlebih, jika transformator dipaksakan
untuk beroperasi maka akan beresiko sangat fatal dan
memungkinkan terjadinya kegagalan isolasi.
4.3.2 Analisa Transformator TR5 100MVA K-1 Pada bagian ini akan dianalisa kapasitas transformator
100MVA K-1 setelah dipengaruhi arus harmonisa.
Harmonisa Normal
Tabel 4.9 Menunjukkan kapasitas transformator TR5
100MVA dengan pembebanan arc furnace 75% setelah
dipengaruhi arus harmonisa dengan K-faktor 1,79.
Tabel 4.9 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Load
MVA
act
FLA
act
I RMS
A
%
Loading
100 1750 1,79 98 1715 1138 66
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
75% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa normal
Page 5
Page | 5
menghasilkan arus rms 1138 A sedangkan FLA trafo
setelah dipengaruhi arus harmonisa menjadi 1715, maka
transformator bekerja dengan % loading 66%.
Harmonisa Terburuk
Tabel 4.10 Menunjukkan kapasitas transformator TR5
100MVA dengan pembebanan arc furnace 75% setelah
dipengaruhi arus harmonisa dengan K-faktor 2,63.
Tabel 4.10 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Load
MVA
act I act
I RMS
A
%
Loading
100 1750 2,63 92 1610 1323 82
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
75% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa terburuk
menghasilkan arus rms 1323 A sedangkan FLA trafo
setelah dipengaruhi arus harmonisa menjadi 1610, maka
transformator bekerja dengan % loading 82%.
4.3.3 Simulasi dan Analisa Transformator TR5
100MVA K-4 (Transformator K-faktor 4) Pada bagian ini akan dianalisa kapasitas transformator
100MVA K-4. Analisa yang dilakukan berbeda dengan
transformator K-1 (Standart) yaitu tanpa melihat grafik
derating, karena transformator ini didesain khusus untuk
penggunaan harmonisa.
Harmonisa Normal
Tabel 4.11 Menunjukkan hasil report dari simulasi
harmonisa untuk penggunaan TR100MVA k_4.
Tabel 4.11 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Faktor
FLA
actual
I RMS
A
%
Loading
100 1750 4 2200 1138 51
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
75% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa normal
menghasilkan arus rms 1138 A sedangkan FLA
penggunaan trafo k-faktor dengan rating K-4 menjadi
125% sebesar 2200 A, maka transformator bekerja
dengan % loading 51%.
Harmonisa Terburuk
Tabel 4.12 Menunjukkan hasil report dari simulasi
harmonisa untuk penggunaan TR100MVA k_4.
Tabel 4.12 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Faktor
FLA
act
I RMS
A
%
Loading
100 1750 4 2200 1338 61
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
75% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa normal
menghasilkan arus rms 1338 A sedangkan FLA
penggunaan trafo k-faktor dengan rating K-4 menjadi
125% sebesar 2200 A, maka transformator bekerja
dengan % loading 61%.
4.4 Simulasi dan Analisa Harmonisa Kondisi pada
Pembebanan Arc-Furnace 100%.
Setelah dilakukan simulasi dan analisa Penggunaan
transformator 80MVA K-1, ternyata transformator
bekerja pada operasi yang berlebih dan hanya bisa
mensuplai beban arc-furnace 80MVA sebesar 75%.
Dengan penggunaan TR100MVA akan dianalisa apakah
tranformator mampu beban arc-furnace hingga 100% dan
beroperasi secara aman.
Harmonisa Normal Pada tabel 4.13 dan tabel 4.14 merupakan hasil running
dari simulasi harmonisa pada pembebanan arc-furnace
100%.
Tabel 4.13 Hasil Simulasi Harmonisa Pembebanan Arc-Furnace 100%
Keterangan Operasi Rating
I rms Primer 1474 A 2200 A
I rms Sekunder 67292 A 105261 A
kV Primer 33,03 kV 33 kV
kV Sekunder 0,69 kV 0,69 kV
% THD Primer 19,46 %
Tabel 4.14 % IHD pada Saluran Transformator 80MVA K-1
Orde 1 2 3 4 5 6 7 8 9
%IHD 100 14 0 5 12 0 4 1 0
Dari hasil simulasi pada harmonisa kondisi normal
dapat dilihat bahwa pada Irms pada sisi primer sebesar
1474 A, tegangan 33,03 kV dengan %THD pada saluran
sebesar 19,46%.
Harmonisa Terburuk Pada gambar 4.15 merupakan hasil running dari simulasi
harmonisa pada saluran transformator TR5 100MVA
dengan kondisi harmonisa terburuk.
Tabel 4.15 Hasil Simulasi Harmonisa pada Saluran Transformator
80MVA K-1
Keterangan Operasi Rating
I rms Primer 1633 A 1750 A
I rms Sekunder 75203 A 83674 A
kV Primer 33,16 kV 33 kV
kV Sekunder 0,7 kV 0,69 kV
% THD Primer 52,26 %
Tabel 4.16 % IHD pada Saluran Transformator 100MVA K-1
Orde 1 2 3 4 5 6 7 8 9
%IHD 100 49 0 13 12 0 5 2 0
Dari hasil simulasi pada harmonisa kondisi terburuk
dapat dilihat bahwa pada Irms pada sisi primer sebesar
1633 A, tegangan 33,16 kV dengan %THD pada saluran
sebesar 52,26%.
4.5 Perhitungan Rating K-Faktor beban Arc-Furnace
100%
K-faktor Kondisi Harmonisa Normal
Tabel 4.17 berikut merupakan perhitungan dari rating k-
faktor dengan kondisi harmonisa normal.
Tabel 4.17 Perhitungan K-faktor pada harmonisa kondisi normal
H Ih ih*h (ih*h)2 (ih)2 K=∑(ih ∗ h)2 /(ih)2 1 100% 1 1 1
1,5
2 14% 0,28 0,0784 0,0196
3 0 0 0 0
4 5% 0,2 0,04 0,0025
5 12% 0,6 0,36 0,0144
6 0 0 0 0
7 4% 0,28 0,0784 0,0016
8 1% 0,08 0,0064 0,0001
9 0 0 0 0
Total 1,5632 1,0382
Page 6
Page | 6
K-faktor Kondisi Harmonisa Terburuk
Tabel 4.18 berikut merupakan perhitungan dari rating k-
faktor dengan kondisi harmonisa terburuk.
Tabel 4.18 Perhitungan K-faktor pada harmonisa kondisi Terburuk
H Ih ih*h (ih*h)2 (ih)2 K = (ih*h)2 /(ih)2
1 100% 1 1 1
2,15
2 49% 0,98 0,9604 0,2401
3 0 0 0 0
4 13% 0,52 0,2704 0,0169
5 12% 0,6 0,36 0,0144
6 0 0 0 0
7 5% 0,35 0,1225 0,0025
8 2% 0,16 0,0256 0,0004
9 0 0 0 0
Total 2,7389 1,2743
4.6 Analisa Transformator Sesuai Rating K-faktor
Pembebanan Arc-Furnace 100%.
Setelah dilakukan simulasi harmonisa dan dilakukan
perhitungan rating K-faktor, maka dapat dianalisa
kapasitas transformator setelah dipengaruhi arus
harmonisa.
Kondisi Harmonisa Normal
Gambar 4.3 grafik hubungan k-faktor beban dengan kapasitar TR5
100Mva beban 100% harmonisa normal.
Dari hasil perhitungan rating K-faktor didapat nilai dari
k-faktor yaitu sebesar 1,5. Dengan rating k-faktor sebesar
1,79 jika dilihat dari grafik de-rating transformator, maka
transformator TR5 K-1 hanya mampu dibebani sebesar
99% dari kapasitas totalnya.
Kondisi Harmonisa Terburuk
Gambar 4.4 grafik hubungan k-faktor beban dengan kapasitar TR5 80
MVA harmonisa terburuk
Dari hasil perhitungan rating didapat nilai dari k-faktor
yaitu sebesar 2,15. Dengan rating k-faktor sebesar 2,15
jika dilihat dari grafik de-rating transformator, maka
transformator TR5 hanya mampu dibebani sekitar 96%
dari kapasitas totalnya.
4.6.1 Analisa Transformator TR5 100MVA K-1
Beban Arc-Furnace 100%
Pada bagian ini akan dianalisa kapasitas transformator
100MVA K-1 setelah dipengaruhi arus harmonisa.
Harmonisa Normal Tabel 4.19 Menunjukkan kapasitas transformator TR5
100MVA dengan pembebanan arc furnace 100% setelah
dipengaruhi arus harmonisa dengan K-faktor 1,5.
Tabel 4.19 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Load
MVA
act
FLA
act
I RMS
A
%
Loading
100 1750 1,5 99 1732 1474 85
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
100% yaitu sekitar 80MVA dengan harmonisa normal
menghasilkan arus rms 1474 A sedangkan FLA trafo
setelah dipengaruhi arus harmonisa menjadi 1680, maka
transformator bekerja dengan % loading 88%.
Harmonisa Terburuk Tabel 4.20 Menunjukkan kapasitas transformator TR5
100MVA dengan pembebanan arc furnace 100% setelah
dipengaruhi arus harmonisa dengan K-faktor 2,15.
Tabel 4.20 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Faktor
MVA
act
FLA
act
I RMS
A
%
Loading
100 1750 2,15 96 1680 1633 88
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
100% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa terburuk
menghasilkan arus rms 1633 A sedangkan FLA trafo
setelah dipengaruhi arus harmonisa menjadi 1680, maka
transformator bekerja dengan % loading 88%.
4.6.2 Simulasi dan Analisa Transformator TR5
100MVA K-4 (Transformator K-faktor 4) Beban Arc-
Furnace 100%
Pada bagian ini akan dianalisa kapasitas transformator
100MVA K-4. Analisa yang dilakukan berbeda dengan
transformator K-1 (Standart) yaitu tanpa melihat grafik
derating, karena transformator ini didesain khusus untuk
penggunaan harmonisa.
Harmonisa Normal
Tabel 4.21 Menunjukkan hasil report dari simulasi
harmonisa untuk penggunaan TR100MVA k_4.
Tabel 4.21 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Faktor
FLA
new
I RMS
A
%
Loading
100 1750 4 2200 1474 67
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
100% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa normal
menghasilkan arus rms 1474 A sedangkan FLA
Page 7
Page | 7
penggunaan trafo k-faktor dengan rating K-4 menjadi
125% sebesar 2200 A, maka transformator bekerja
dengan % loading 67%.
Harmonisa Terburuk
Tabel 4.22 Menunjukkan hasil report dari simulasi
harmonisa untuk penggunaan TR100MVA k_4.
Tabel 4.22 Analisa Kerja Transformator berdasarkan rating K-faktor.
MVA FLA K-
Faktor
FLA
new
I RMS
A
%
Loading
100 1750 4 2200 1633 74
Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar
100% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa terburuk
menghasilkan arus rms 1633 A sedangkan FLA
penggunaan trafo k-faktor dengan rating K-4 menjadi
125% FLA yaitu sebesar 2200 A, maka transformator
bekerja dengan % loading 74%.
Maka penggunaan transformator K-faktor 4 daya
100MVA memenuhi kelayakan untuk mensuplai beban
arc-furnace hinggan beroperasi 100% dan transformator
beroperasi dengan aman.
BAB V. KIMPULAN
1. Transformator 80MVA K-1 hanya mampu mensuplai
beban arc-furnace 75%, dengan %Loading
transformator 83-97%.
2. Penggunaan transformator 80MVA K-1 apabila
dipaksakan untuk beroperasi dengan pembebanan
75% akan beresiko terjadi kegagalan isolasi.
3. Penggunaan transformator standart K-1 100MVA
dapat mensuplai beban arc-furnace hingga 100%,
tetapi bekerja pada %loading 85-88%, dan hal itu
akan beresiko untuk terjadinya panas berlebih
selanjutnya kegagalan isolasi. 4. Penggunaan Transformator K-faktor 100MVA K-4
mampu mensuplai beban arc-furnace hingga
beroperasi 100% dengan %Loading 67-74%. 5. Penggunaan Transformator K-faktor akan beroperasi
dengan aman dan jauh dari resiko kegagalan isolasi.
BAB V. REFERENSI
[1] Xitron Teknologies: aplication note k-faktor defined, San
Diego
[2] Copper development association: Harmonics Selection
and Rating of Transformers www.cda.org.uk
[3] Liebert Corporation: K-factor transformaer
www.liebert.com
[4] Devki Energy Concultancy Pvt. Ltd. : Best Practice
Manual Transformer: 2006
[5] Hasyim Asy’ari, “Pengaruh Harmonik pada Transformator
Distribusi dan Penanganannya”, Teknik elektro
Universitas Muhammadyah Surakarta, 2002.
[6] S . R. Mendis, D. A. GonZales. Harmonic and Transient
Overvoltage Analys in arcfurnace Power System, 1992
[7] TEAL Electronics Corporation: Aplication Note
Transformaer Rating, 1995 and 1999
[8] Tsu-Hsun Fu and Chi-Jui Wu, Member, IEEE: Load
Characteristics Analysis of ac and dc Arc Furnaces Using
Various Power Definitions and Statistic Method, 2002.
[9] S. S. Julius, M. Tabrani Yohanes, C. W. Cipta Pengaruh
Harmonisa Pada Gardu Trafo Tiang Daya 100 Kva Di Pln
Apj Surabaya Selatan. Universitas Kristen Petra
[10] CDA Publication 116, Electrical Energy Efficiency, 1997.
[11] S. Mancon, Studi Perkiraan Umur Transformator dengan
Metode Tingkat tahunan, Universitas Sumatra Utara,
2009
[12] Sirait, Suriyati. Analisis Rugi-rugi Daya pada
Transformator Disttribusi Akibat Pengaruh Harmoonisa,
2006.
RIWAYAT PENULIS
Penulis bernama lengkap Rendra Budi
Prasetya dilahirkan pada tanggal 18
Maret 1987 di Surabaya, Jawa Timur.
Tahun 2008 penulis masuk ke Jurusan
Teknik Elektro ITS melalui program
Lintas Jalur pada tahun 2008 dan
mengambil bidang studi Teknik
Sistem Tenaga.