Makalah Kerja Praktek di Terminal Peti Kemas Semarang (TPKS)

APLIKASI MOTOR DC SEBAGAI PENGGERAK CONTAINER CRANE

SERTA ANALISIS FAKTOR DAYA PADA SAAT CONTAINER CRANE BEKERJA

DI TERMINAL PETI KEMAS SEMARANG

Oleh :

Aditya Bakti ( L2F006002 )

-Abstrak-Berbagai macam barang di seluruh penjuru dunia dipindahkan dari satu tempat ketempat lain melaui laut. Dalam proses perpindahan ini, dibutuhkan peran pelabuhan untuk mengaturnya. Terminal Peti Kemas Semarang (TPKS) merupakan salah satu pelabuhan penting di Indonesia yang berlokasi di Semarang. Dalam proses pemindahan dan penyimpanan peti kemas, terdapat berbagai macam peralatan yang saling menunjang, diantaranya Container Crane (CC) yang berfungsi untuk memindahkan peti kemas dari kapal ke truk container maupun sebaliknya.

Untuk menggerakkan CC diperlukan motor-motor DC berdaya besar untuk mengangkat dan memindahkan peti kemas. CC merupakan beban listrik terbesar yang ada di TPKS. Selain motor DC, di dalam CC juga terdapat peralatan utama lainnya, diantaranya converter yang berfungsi untuk mengatur putaran motor DC agar sesuai dengan kebutuhan, serta transformator yang berfungsi untuk menyuplai semua kebutuhan listrik yang ada di dalam CC. CC memiliki karakteristik kerja yang dinamis, dengan perubahan arus serta power factor yang drastis. Hal ini disebabkan oleh pengaturan motor DC menggunakan converter yang merupakan penyearah tiga fasa terkontrol penuh.

Kata kunci: container crane, motor dc, power factor

I.PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Transportasi melalui laut memegang peranan penting dalam sistem perdagangan dunia saat ini. Berbagai macam barang di seluruh penjuru dunia dipindahkan dari satu tempat ketempat lain melaui laut. Perpindahan barang dalam proses impor dan ekspor ini juga perlu dikendalikan. Di sinilah pelabuhan memegang peranan yang sangat penting.

Di bawah manajemen PT. Pelabuhan Indonesia III (Pelindo III), Terminal Peti Kemas Semarang (TPKS) setiap bulannya membongkar muat puluhan ribu peti kemas. Oleh karena itu dibutuhkan berbagai macam peralatan yang digunakan untuk menunjang proses ini, diantaranya container crane (CC), Rubber Tyre Gantry Crane (RTG), top loader, side loader, truk container, dan forklift. Di TPKS terdapat 5 buah Container Crane yang bertugas memindahan peti kemas yang berbobot puluhan ton dari truk ke kapal dan sebaliknya. Container crane ini menggunakan beberapa motor listrik berdaya besar sebagai penggeraknya, sehingga menjadi peralatan pengkonsumsi daya listrik terbesar di TPKS.

Pada kerja praktek ini dipelajari prinsip kerja CC secara umum, bagian-bagian penting yaitu transformator, motor DC, dan converter,

serta permasalahan yang timbul dalam pengoperasian CC.

1.2. Maksud dan Tujuan

Tujuan dari penulisan makalah seminar Kerja Praktek ini adalah:

1.

Mengetahui secara umum bagaimana sistem bongkar muat peti kemas di Terminal Peti Kemas Semarang (TPKS).

2.

Mempelajari motor motor DC yang merupakan penggerak utama Container Crane di TPKS

3.

Menganalisa faktor daya saat

Container Crane bekerja di TPKS 1.3. Pembatasan Masalah

Dalam penyusunan laporan Kerja Praktek ini, pembahasan dibatasi pada penjelasan prinsip kerja motor DC dalam mekanisme CC, serta analisa faktor daya saat pengoperasian CC di PT. Pelabuhan Indonesia III, Terminal Peti Kemas Semarang (TPKS).

II. DASAR TEORI

Pada gambar 2.1 dapat dilihat bagan sistem kelistrikan di dalam CC. Sebelum kita mempelajari CC, perlu kita pahami dulu prinsip kerja trafo, motor DC dan penyerah 3Ф jembatan terkontrol penuh.

HOIST

DRIVE GANTRY DRIVE BOOM DRIVE TROLLEY DRIVE POWERAUX

POWER INCOMING AC 3,3 KV MAIN TRANSFORMER 3000V/400V 800KVA AUX TRANSFORMER 3000V/400V 200KVA CABLE REEL M M M M M M M M M M M MOTOR HOIST

400 KW MOTOR GANTRY8 X 15 KW MOTOR BOOM90 KW MOTOR TROLLEY90 KW

Gambar 2.1 Bagan sistem kelistrikan container

crane 2.1. Transformator

Transformator adalah peralatan yang berfungsi mengkonversi arus atau tegangan bolak-balik dari nilai tertentu menjadi nilai yang lain. Transformator bekerja berdasarkan hukum ampere dan hukum faraday. Jika pada salah satu sisi kumparan pada transformator dialiri arus bolak-balik, maka timbul garis gaya magnet yang berubah-ubah sehingga pada kumparan terjadi induksi.

2.2. Motor Arus Searah

Motor listrik arus searah adalah sebuah peralatan listrik yang berfungsi mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanik. Sebagai masukan pada motor ini adalah energi listrik arus searah dan keluarannya adalah energi mekanis putar, yang merupakan kebalikan dari generator. Konstruksi motor arus searah sama dengan generator arus searah. Oleh karena itu, mesin listrik ini dapat berfungsi sebagai motor maupun generator. Prinsip dasar motor listrik arus searah adalah jika kumparan jangkar yang dialiri listrik dan kumparan medan diberi penguatan, maka akan timbul gaya lorenz pada tiap-tiap sisi kumparan jangkar tersebut. Gaya lorenz mempunyai arah seperti ditunjukkan oleh kaidah tangan kiri, yaitu bila ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah saling tegak lurus maka:

Ibu jari : arah gaya. Jari telunjuk : arah medan Jari tengah : arah tegangan/arus. Besarnya gaya lorenz yang timbul sebesar:

θ

sin

⋅

⋅

⋅

=

B

I

L

F

(2.4) dimana :

F: gaya lorenz yang dialami penghantar (N)

B: gaya magnet antar kutub (Wb/m2₎

I : besar arus pada penghantar (A) L: panjang penghantar (m)

θ

: sudut antara penghantar dan medan magnet

U S

(a) (b)

(a) medan magnet di sekitar penghantar

(b) gaya lorenz

Gambar 2.2 Prinsip kerja motor arus searah

Kecepatan motor DC dapat diperoleh dari persamaan:

Φ

a a t

I

R

V

K

N

=

⋅

−

⋅

(2.5)

Dengan K merupakan konstanta mesin, maka dari persamaan di atas, kecepatan motor arus searah dapat diatur dengan tiga cara, yaitu :

•

Mengatur

Φ

(fluks) pada kutub utama motor, yaitu dengan cara mengubah nilai tegangan pada lilitan medan Vf .

•

Memberi tahanan tambahan (Rs) secara

seri dengan lilitan jangkar Ra.

•

Mengatur tegangan terminal Vt pada lilitan

jangkar.

2.3. Penyearah Tiga Fasa Jembatan Terkontrol Penuh.

Penyearah tiga fasa jembatan ( three-phase brige rectifier) biasa digunakan pada aplikasi daya tinggi. Tegangan keluaran dapat diatur dengan mengatur sudut fasa pemicuan thyristor. Konverter tiga fasa menyediakan tegangan keluaran rata-rata yang lebih tinggi dan frekuensi ripple pada tegangan keluarannya lebih tinggi dibandingkan dengan konverter satu fasa. Dengan demikian, kebutuhan untuk menghaluskan gelombang arus beban dan tegangan beban menjadi lebih sederhana. Karena alasan ini, konverter tiga fasa lebih sering digunakan pada daya tinggi.

Gambar 2.3 Rangkaian Penyearah jembatan penuh 3 fasa

III. CONTAINER CRANE 3.1. Baian-bagian CC

Bagian-bagian utama dari container crane yaitu:

1. Machinary house

Machinary house merupakan tempat pemasangan motor-motor listrik utama yang menggerakkan container crane dan semua peralatan peralatan penunjang lainnya termasuk transformator, converter, dan PLC.

2. Boom

Boom berfungsi untuk memperpanjang jangkauan container crane ke arah laut. Pada saat container crane tidak beroperasi boom akan bergerak ke atas.

3. Trolley

Trolley berfungsi untuk mengangkat spreader ke arah atas maupun bawah serta ke depan dan ke belakang.

4. Spreader

Spreader berfungsi untuk mengangkat peti kemas dari truk ke kapal maupun sebaliknya. Bagian ini disebut spreader karena ukurannya dapat menyesuaikan dengan panjang peti kemas yang akan diangkat.

5. Operator Cab’s

Merupakan kabin tempat operator CC bekerja. Kabin ini bergerak bersama trolley sehingga operator dapat melihat posisi spreader terhadap peti kemas. 3.1. Transformator

Untuk menyuplai seluruh kebutuhan energi listrik container crane, terdapat 2 buah trafo yang berfungsi menurunkan tegangan dari 3,3 KV ke 400 V. Trafo yang digunakan adalah trafo tipe kering yang merupakan salah satu produk dari SIEMENS, yaitu trafo GEAFOL. Trafo yang digunakan masing-masing memiliki daya 800 kVA dan 200 kVA. 3.2. Motor Arus Searah

Untuk dapat memindahkan peti kemas, spreader dapat bergerak maju mundur serta turun naik. Oleh karena itu terdapat beberapa motor DC SIEMENS yang bekerja sama untuk menggerakkan spreader, yaitu:

1.

Motor boom hoist atau motor boom,

Tipe motor 1GG6186-0ZD40-7ZV3-Z.

Dengan daya 90 kW, motor ini berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan lengan boom. Bekerja secara kontinyu selama 4-5 menit saat boom diturunkan atau dinaikkan. Dengan tegangan jangkar 485 V, motor ini mampu menarik arus 200 A secara kontinyu atau 400A selama 60 detik. Dengan rating tegangan medan 310 V dan arus medan 7,4 A, motor ini dapat berputar dengan rating kecepatan 1750 rpm. Berat total 460 Kg dipasang di machinary house.

2.

Motor main hoist atau motor hoist,

Tipe motor 1GG7552-5ZD40-7MV1-Z

.Dengan daya 400 kW, motor ini berfungsi

untuk menggerakkan spreader kearah depan dan belakang. Bekerja secara kontinyu selama operasi bongkar muat. Merupakan motor terbesar di CC. Dengan tegangan jangkar 520 V, motor ini mampu menarik arus 825 A secara kontinyu atau 1650A selama 60 detik. Dengan rating tegangan medan 310 V dan arus medan 12,5 A, motor ini dapat berputar dengan rating kecepatan 1750 rpm. Berat total 2600 Kg, dipasang di machinary house.

3.

Motor trolley traverse atau motor trolley,

Tipe motor 1GG6186-0ZD40-7ZV3-Z.

Dengan daya 90 kW, motor ini berfungsi untuk menggerakkan spreader ke atas dan ke bawah. Bekerja secara kontinyu selama selama operasi bongkar muat. Dengan tegangan jangkar 485 V motor ini mampu menarik arus 200 A secara kontinyu atau 400A selama 60 detik. Dengan rating tegangan medan 310 V dan arus medan 7,4 A, motor ini dapat berputar dengan rating kecepatan 1750 rpm. Berat total 460 Kg dipasang di machinary house.

4.

Motor gantry travel atau motor gantry,

Tipe motor GNFZ 180M/3. Berbeda

dengan motor lain yang berjumlah 1 buah pada tiap CC, motor ini pada tiap CC berjumlah 8 buah dengan daya masing-masing 15 kW, berfungsi untuk menggerakkan seluruh container crane ke samping kanan dan kiri. Dengan tegangan jangkar 250 V motor ini mampu menarik arus 70,5 A secara kontinyu selama 30 menit. Dengan rating tegangan medan 150 V dan arus medan 3,39 A, motor ini dapat berputar dengan rating kecepatan 1750

rpm. Motor ini dipasang di kaki-kaki container crane.

3.4. Converter

Untuk pengaturan motor-motor DC diatas, digunakan converter yang juga merupakan produk dari SIEMENS yaitu SIMOREG DC MASTER. Semua converter yang digunakan merupakan penyearah 3Ф terkontrol penuh dan dapat beroperasi untuk 4 Quadrant.

IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan

Pada saat melaksanakan kegiatan Kerja Praktek di TPKS, dilakukan pengamatan terhadap konsumsi daya listrik saat CC dioperasikan. Pengamatan dilakukan pada relai sepam 2000 di dalam substation bagian incoming PLN 20KV. Pengamatan dan pengambilan data dilaksanakan pada keadaan 3 CC beroperasi dan 5 CC beroperasi. Besaran yang diamati antara lain faktor daya dan daya reaktif total.

Terdapat perbedaan yang mencolok pada saat tidak ada CC beroperasi, 3 CC beroperasi dan 5 CC beroperasi. Dari pengamatan terlihat:

1.

Pada saat CC tidak ada yang beroperasi

faktor daya stabil dan selalu mendekati 1. 2. Pada saat CC 3,4, dan 5 beroperasi faktor

daya berfluktuasi antara 0,15 induktif hingga 0,78 kapasitif dalam hitungan detik.

3.

Pada saat CC 3,4,5,6 dan beroperasi 7 faktor daya berfluktuasi antara 0,17 induktif hingga 0,14 kapasitif dalam hitungan detik.

Akibat perubahan faktor daya tersebut, daya reaktif yang diserap juga berubah-ubah. Hal ini dapat dilihat pada grafik berikut ini:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 50 100 150 200 250 300 w aktu (detik) d a y a r e a k ti f (k V a r)

Gambar 4.1 Grafik daya reaktif (kVar) terhadap waktu (detik) saat tidak ada CC beroperasi

-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 0 50 100 150 200 250 300 waktu (detik) d a ya r e ak tif ( kV ar )

Gambar 4.2 Grafik daya reaktif (kVar) terhadap waktu (detik) saat CC 3,4, dan 5 beroperasi

-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 50 100 150 200 250 300 waktu (detik) d a ya r e a kt if ( kV ar )

Gambar 4.3 Grafik daya reaktif (kVar) terhadap waktu (detik) saat CC 3,4,5,6,dan 7 beroperasi

4.2. Pembahasan

Dari hasil pengamatan di atas terlihat jelas bahwa perubahan faktor daya terhadap waktu disebabkan oleh pengoperasian CC. Untuk mengetahui penyebabnya, mari kita amati masing-masing komponen CC lebih dalam.

Seperti yang telah kita bahas pada bab sebelumnya, komponen utama di dalam CC yaitu trafo GEAFOL, converter SIMOREG DC MASTER dan motor DC SIEMENS. Trafo merupakan komponen statis. Trafo berfungsi untuk merubah tegangan, dan besarnya arus yang melaluinya tergantung pada beban. Oleh karena itu trafo tidak menyebabkan perubahan faktor daya yang dinamis.

Sedangkan karakteristik motor DC, untuk aplikasi pada CC, energi listrik yang digunakan sesuai dengan beban yang diangkat, dan kecepatan putaran motor. Pada kondisi starting dan berbeban, motor DC menarik arus

yang sangat besar, namun faktor dayanya tergantung dari converter yang digunakan.

Converter

SIMOREG yang

digunakan untuk pengaturan putaran motor

DC merupakan penyearah tiga fasa

terkontrol penuh. Untuk mengatur putaran

motor, dilakukan dengan merubah

besarnya arus jangkar. Perubahan arus

jangkar merupakan akibat dari perubahan

tegangan keluaran SIMOREG. Untuk

mengatur besar kecilnya tegangan keluaran

ini, dengan mengatur besarnya sudut

pemicuan pada

thyristor

. bahwa pada saat

sudut pemicuan besar, maka faktor daya

paling kecil. Jadi, perubahan arus, daya

reaktif, dan faktor daya yang drastis

disebabkan oleh kombinasi pengoperasian

motor DC SIEMENS dan

converter

SIMOREG DC MASTER.

Langkah-langkah yang telah dilakukan untuk mengatasi masalah ini antara lain:

1.

Memasang Power factor corrector (PFC) secara terpusat di masing-masing CC.

Di setiap container crane terdapat 1 buah PFC yang dipasang setelah outgoing main transformer. Power factor corector (PFC) yang digunakan adalah AC42LX yang merupakan produk dari SEOHO ELECTRIC. PFC ini memiliki rating 3 Ф 60 Hz, 550 V dengan arus 900A. Namun sayangnya hal ini belum memberikan dampak yang signifikan terhadap perbaikan faktor daya, karena pada masing-masing CC terdapat 4 buah converter yang bekerja secara simultan, dan tidak dapat ditangani oleh satu PFC.

2.

Memasang automatic power factor

regulator secara terpusat di power house. Automatic power factor regulator yang digunakan adalah seri QC12E yang merupakan produk dari Fuji Electric. Automatic power factor regulator dipasang pada cubicle 3,3 KV. Power factor regulator mengatur 6 buah kapasitor yang masing-masing berkapasitas 100 kVar.

Kendala yang dihadapi dalam pengoperasian power factor regulator ini adalah capasitor bank membutuhkan waktu pengosongan muatan terlebih dahulu sebelum dihubungkan kembali ke sistem. Berdasarkan instruksi manual power factor regulator, jika pengosongan

kapasitor menggunakan discharging resistor, maka waktu tunda yang disarankan adalah 300 detik (5 menit) hingga 600 detik (10 menit). Jika pengosongan kapasitor menggunakan discharging coil, maka tegangan sisa kapasitor dapat turun hingga 50V atau kurang dalam waktu 5 detik. Inilah waktu tunda maksimal pengoperasian power factor regulator. Oleh karena itu power factor regulator ini tidak dapat digunakan untuk mengatasi perubahan faktor daya yang sangat dinamis akibat pengoperasian converter.

Karena penggunaan

power factor

regulator

di

power house

tidak dapat

mengikuti perubahan faktor daya,

maka kapasitor bank di TPKS saat ini

dioperasikan secara manual. Dari data

yang diperoleh, konsumsi daya pada

setiap penambahan kapasitor dicatat

sehingga diperoleh data sebagai berikut

:

No JumlahKapasito r Daya reaktif selama 5 Menit (kVarh) 1. 0 11.15 2. 1 (100 kVar) 10.81 3. 2 (200 kVar) 10.32 4. 3 (300 kVar) 14.91 5. 4 (400 kVar) 16.58 6. 5 (500 kVar) 27.50 7. 6 (600 kVar) 28.36 8. 7 (700 kVar) 43.38 9. 8 (800 kVar) 43.62

Dari tabel diatas dapat dilihat

bahwa dengan penambahan kapasitor

bank maka konsumsi daya reaktifnya

akan turun, kemudian dengan semakin

bertambahnya jumlah kapasitor maka

konsumsi daya reaktifnya justru akan

semakin naik. Titik optimal dicapai

pada saat kapasitor yang digunakan

berjumlah 2 buah. Maka agar daya

reaktif total yang dipakai selama satu

bulan paling rendah, kapasitor yang

digunakan adalah2 buah.

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari pelaksanaan Kerja Praktek yang dilaksanakan di TPKS adalah:

1.

Faktor daya pada sisi sumber berubah-ubah disebabkan oleh karakteristik converter SIMOREG yang merupakan penyearah tiga fasa terkontrol penuh.

2. Pemasangan

Power Factor Corector

(PFC) secara terpusat pada setiap

container crane

dapat memperbaiki

faktor daya, jika respon PFC dapat

mengimbangi fluktuasi perubahan

faktor daya yang terjadi..

3. Pemasangan

capasitor bank

secara

terpusat pada

power house

dapat

memperbaiki faktor daya jika respon

automatic power factor regulator

dapat

mengimbangi fluktuasi perubahan daya

reaktif yang terjadi. Pada aplikasi di

lapangan, respon

automatic power

factor regulator

terlalu lama, hal ini

disebabkan karena

capasitor bank

membutuhkan waktu pengosongan

muatan terlebih dahulu sebelum

dihubungkan kembali ke sistem.

4. Pengoperasian kapasitor secara manual

dapat dilakukan untuk mengurangi

daya reaktif yang terjadi. Untuk

pengoperasian 3 buah CC ( 3,4, dan

5 ), konsumsi daya reaktif paling

sedikit pada saat kapasitor yang

digunakan berjumlah 2 buah.

5.2. Saran

Beberapa saran yang bisa diberikan untuk memperbaiki sistem yang ada di Terminal Peti Kemas Semarang adalah:

1.

Mengadakan studi lebih lanjut tentang pengaruh penggunaan converter SIMOREG terhadap sistem kelistrikan di Terminal Peti Kemas Semarang.

2.

Untuk perancangan container crane kedepan, sebaiknya DC drive yang digunakan berdasarkan DC/DC converter agar faktor daya bisa lebih baik.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Wildi, Theodore, Electrical Machines, Drives, and Power Sstems 3rd, Prentice-Hall International, Inc. New Jersey, 1997. ---, Power Factor Controller Automatic

Power Factor Regulators QC06E and QC12E, Fuji Electric FA component & System Co.Ltd.

---, DA 12 DC Motors Sizes 160 to 630 31.5 kW to 1610 kW, Siemens AG, 2008

---, DA 12 T DC Motors Engineering information for Catalog DA 12, Siemens AG, 2008

---, Crane Monitoring and Management System User’s Manual, Ishikawajima-Harima Heavy Industries, co, Ltd.

BIODATA

Aditya Bakti (L2F006002), lahir di Magelang tanggal 29 oktober 1988, dan menempuh pendidikan di SDN Karang rejo Semarang, SLTP N 5 Semarang, SMA N 3 Semarang dan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro angkatan 2006 Konsentrasi Arus kuat. Telah melaksanakan kerja praktek di TPKS.

.

Semarang, Oktober 2010 Mengetahui, Dosen Pembimbing

Ir. Agung Warsito, DHET NIP 195806171987031002