Studi Kelayakan Penambahan Kapasitas Transformator dari 80MVA menjadi 100 MVA pada Pabrik Peleburan Baja PT Ispat Indo

(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

(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

(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.

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

(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.

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%.

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.

Dengan prosentase pembebanan arc-furnace sebesar 75% yaitu sekitar 60MVA dengan harmonisa normal

(5)

Page | 5 menghasilkan arus rms 1138 A sedangkan FLA trafo setelah dipengaruhi arus harmonisa menjadi 1715, maka transformator bekerja dengan % loading 66%.

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.

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 _FaktorK- _actualFLA 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%.

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.

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%

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%.

Pada gambar 4.15 merupakan hasil running dari simulasi harmonisa pada saluran transformator TR5 100MVA dengan kondisi harmonisa terburuk.

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

(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.

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.

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.

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%.

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.

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

(7)

Page | 7 penggunaan trafo k-faktor dengan rating K-4 menjadi 125% sebesar 2200 A, maka transformator bekerja dengan % loading 67%.

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 Transformerswww.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.