PERANCANGAN PEMASANGAN UPS UNTUK PERALATAN GAS CHROMATOGRAPH DI LABORATORIUM PT. XYZ

(1)

896

PERANCANGAN PEMASANGAN UPS UNTUK PERALATAN GAS CHROMATOGRAPH DI LABORATORIUM PT. XYZ

Fendi Ardi Gunawan¹, Pujianto^2*, Asepta Surya Wardhana²

1Department of Electrical and Instrumentation Engineering, PT. Pertamina RU IV, Jl. MT. Haryono No.77, Rawakeong, Lomanis, Kabupaten Cilacap, Jawa Tengah 53221

2Teknik Instrumentasi Kilang, Politeknik Energi dan Mineral Akamigas, Jl. Gajah Mada No. 38 Cepu, Kabupaten Blora

*E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Peralatan-peralatan analisa laboratorium terdiri dari beberapa karakteristik, beberapa di antaranya memiliki karakteristik alat pembakaran dengan temperature tinggi. Pada saat kehilangan catu daya secara tiba – tiba, peralatan laboratorium ini yang sering mengalami kerusakan karena karakteristik tersebut. Peralatan yang masuk kedalam kategori tersebut adalah Gas Chromatograph (GC) yang pemrosesan datanya (komputasi) melalui sebuah CPU (Central Processing Unit). Gas Chromatograph memiliki karakteristik pembakaran sampai dengan 450˚C. Terdapat 15 peralatan yang masuk kategori tersebut, untuk normal shutdown, suhu diatur pada kisaran 200˚C dengan menggunakan internal perangkat lunak sebagai pemicu perintah. Bila terjadi kehilangan catu daya secara tiba – tiba pada saat GC berada pada suhu 450˚C maka hal tersebut dapat merusak komponen pembakaran pada peralatan GC laboratorium dan modul elektroniknya. Hal tersebut menjadi alasan pemasangan Uninterruptible Power Supply (UPS) sebagai catu daya peralatan GC laboratorium, selain dari menjaga malfungsi peralatan pada saat memproses data. Uninterruptible Power Supply adalah peralatan pendukung yang dapat digunakan untuk melindungi berbagai perangkat vital dari gangguan listrik. UPS yang digunakan jenis UPS on-line konfigurasi half redundant dengan kapasitas 55kVA, 220 V, 1Ø dengan efisiensi 90%. Daya masukan yang dibutuhkan untuk UPS adalah 88.26 kVA, 380 V, 3Ø. Hasil perhitungan load analysis setelah penambahan UPS terhadap bus loading adalah 80.34% dari 3200 A dan perhitungan untuk UPS 75.41% dari 55 kVA digunakan untuk mencatu daya 15 peralatan laboratorium.

Kata Kunci: Uninterruptible Power Supply, Gas Chromatograph, Stabilizer, Charger, Inverter

1. PENDAHULUAN

PT. XYZ merupakan perusahaan yang bergerak di bidang energi meliputi minyak, gas serta energi baru dan terbarukan. Pada kilang minyak ini menghasilkan BBM (bahan bakar minyak), aspal, Lube Base Oil dengan Group I dan II dari jenis HVI- 60, HVI - 95, HVI -160 S, HVI - 160 B dan HVI - 650. Produksi Lube Base Oil ini disalurkan ke Lube Oil Blending Plant (LOBP) di Unit Produksi Pelumas untuk diolah menjadi produk pelumas, dan kelebihan produksi Lube Base Oil (exces product) dijual di pasar dalam negeri dan luar negeri. Agar hasil produksi dari unit pengolahan tersebut on spec, laboratorium mempunyai tugas dan tanggung jawab untuk menganalisa sampel baik stream maupun produksi masing-masing kilang. Peralatan-peralatan analisa laboratorium PT. XYZ terdiri dari beberapa karakteristik, beberapa di antaranya memiliki karakteristik alat pembakaran dengan suhu hingga 450˚C.

Permasalahan saat kehilangan catu daya secara tiba – tiba, peralatan laboratorium ini sering mengalami kerusakan karena karakteristik tersebut. Salah satunya adalah Gas Chromatograph (GC) yang digunakan dalam proses pemisahan senyawa dalam campuran dengan menyuntikkan sampel gas atau cair ke dalam fase gerak, biasanya disebut gas pembawa, dan melewatkan gas melalui fase diam [1].

Gas Chromatograph (GC) memiliki karakteristik pembakaran sampai dengan 450˚C [2].

Merujuk pada manual dari GC dan TKPA (Tata Kerja Pengoperasian Alat) laboratorium

(2)

897

kilang, untuk normal shutdown, suhu diatur pada kisaran minimal 200˚C dengan menggunakan internal perangkat lunak sebagai pemicu perintah. Bila terjadi kehilangan catu daya secara tiba – tiba pada saat GC berada di suhu 450˚C maka hal tersebut dapat merusak komponen pembakaran pada peralatan GC laboratorium karena tidak bisa melakukan proses pendinginan, kerusakan modul elektroniknya dan menganggu dalam proses pengolahan data sampel. Kondisi saat ini sumber catu daya peralatan laboratorium di gedung 30BD-12 dicatu dari kilang UTL RFCC (sumber catu daya utama) dan di-back up dari kilang UTL 50. Apabila terjadi kegagalan catu daya dari sumber utama maka akan dilakukan perpindahan catu daya ke sumber catu daya back up secara manual dan dibutuhkan waktu. Pada saat kegagalan catu daya sampai proses perpindahan catu daya selesai maka power listrik yang terhubung ke peralatan laboratorium akan mati tanpa melalui proses normal shutdown sehingga menyebabkan peralatan laboratorium mengalami potensi kerusakan dan menganggu proses analisa sampel.

Uninterruptible Power Supply (UPS) adalah peralatan teknis yang akan memberikan daya secara terus-menerus pada saat pasokan daya listrik ke gedung, peralatan dan suatu unit secara sepenuhnya untuk jangka waktu tertentu [3]. UPS merupakan peralatan pendukung yang dapat digunakan untuk melindungi berbagai perangkat vital dari gangguan listrik.

Beberapa implementasi UPS handal dalam membantu kondisi peralatan dapat bekerja sesuai dalam kondisi normal [4], [5]. Hal tersebut menjadi alasan pemasangan Uninterruptible Power Supply (UPS) sebagai catu daya peralatan GC laboratorium. Alat ini dapat berfungsi sebagai stabilizer terhadap terjadinya gangguan dan menjadi sumber daya cadangan (back up) apabila terjadi gangguan pemutusan aliran daya dari penyedia suplai daya utama [6], [7]. Pada penelitian ini dilakukan rancangan desain UPS sebagai sumber catu daya diharapkan ketika terjadi kehilangan catu daya secara tiba – tiba, UPS akan menggantikan catu daya agar peralatan GC laboratorium dapat dilakukan normal shutdown dan tidak mengalami kerusakan.

2. METODE

Objek penelitian ini merupakan permasalahan yang terjadi di sistem distribusi tenaga listrik PT. XYZ pada saat terjadi kegagalan catu daya pada gedung laboratorium yang menyebabkan peralatan GC rusak dan menganggu proses analisa sampel. Adapun metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan penelitian ini sebagai berikut:

a. Mempersiapkan alat penelitian yang digunakan dalam menyusun penelitian dan literatur yang berkaitan dengan penelitian ini.

b. Mempelajari teori-teori yang berkaitan dengan penelitian yang akan dilakukan dari berbagai sumber. Adapun studi literatur yang dilakukan adalah mempelajari tentang sitem distribusi listrik melalui Single Line Diagram, penentuan kapasitas UPS, penentuan kapasitas baterai dengan standar IEEE 1115 [8] dan metode autonomi untuk profil beban, analisa pembebanan busbar dan trafo, dan drop voltage kabel dari buku-buku terkait serta dari berbagai jurnal mengenai masalah penelitian ini.

c. Pengambilan data dilakukan di PT. XYZ, teknik yang dilakukan dalam pengambilan data adalah dengan cara wawancara langsung ke beberapa karyawan PT. XYZ.

d. Pemodelan dan simulasi untuk mengetahui besarnya pembebanan busbar dan trafo setelah penambahan UPS, serta kecukupan daya UPS dalam mencatu daya beban maka dilakukan pemodelan dan simulasi dengan menggunakan software ETAP 12.6 (Electrical Transient Analyzer Program) [9].

e. Melakukan analisis dan perhitungan besaran kapasitas UPS, Inverter, Charger, Baterai, jatuh tegangan kabel dan perhitungan analisis beban.

(3)

898

3. PEMBAHASAN

A. Penentuan Profil Beban

Langkah-langkah dalam menentukan profil beban adalah sebagai berikut,

1) Membuat daftar urutan semua peralatan yang akan dicatu oleh UPS. Terdapat 23 peralatan GC, tetapi hanya 15 peralatan yang akan disuplai oleh UPS karena untuk GC yang mempunyai fungsi analisa yang sama dan tidak beroperasi bersamaan, tidak diperlukan suplai dari UPS (output dari Panel Distribution Board kemudian ke ruangan alat-alat GC berada berupa stopkontak sehingga bisa juga digunakan bergantian).

2) Catat rating tegangan dan arus untuk setiap peralatan yang terdapat pada name plate peralatan.

3) Kalikan nilai tegangan dan arus pada setiap peralatan, sehingga didapatkan VoltAmps (VA).

4) Hitung total jumlah kebutuhan VA.

Pada tabel 1. ditunjukan profil beban yang akan dicatu oleh UPS. Total load pada Laboratorium yang akan dicatu oleh UPS adalah sebesar 41474 VA.

Tabel 1. Load List Equiment Laboratorium

B. Penentuan Kapasitas UPS

Setelah mengetahui total beban pada Laboratorium, maka selanjutnya adalah menentukan kapasitas UPS menggunakan Pers (1) [10].

Sd = Sp (1+Kg) (1+Kc) (1)

= 41474 (1+0.1) (1+0.15)

= 52464.61 VA ≈ 55 kVA Keterangan :

Voltage Ampere VA 1 Nitrogen Analyzer, Total (Chemiluminescence) Thermo Euroglass TN-3000 1 220 11 2420 2 Nitrogen Analyzer, Total (Chemiluminescence) Thermo Scientific ECS-4000 1 220 13,64 3000 3 Chlorine Analyzer, Total (Microculometry) Thermo Scientific ECS-3000 1 220 6 1320

4 Sulfur Analyzer (with recorder) CI Analytics 2010L 1 220 13,6 3000

5 Sulfur Analyzer, Total (Ultraviolet Flourescence) Thermo Scientific TS-3000 1 220 13,64 3000

6 Gas Chromatograph Shimadzu GC 2010 Plus 1 220 11,82 2600

7 Gas Chromatograph Agilent 7900B 1 220 10,23 2251

9 Gas Chromatograph (Refinery Analyzer for IFP 9622) Shimadzu GC 2014 1 220 8,2 1804 10 Gas Chromatograph (Refinery Analyzer for UOP 539) Shimadzu GC 2014 1 220 8,2 1804 11 Gas Chromatograph with Cryogenic Cooler and SCD Shimadzu GC 2014 1 220 8,2 1804 12 Gas Chromatograph with FID (for UOP 725) Shimadzu GC 2010 Plus 1 220 8,2 1804 13 Gas Chromatograph with FID (for UOP 757) Shimadzu GC 2010 Plus 1 220 8,2 1804 14 Gas Chromatograph with FID (for UOP 899) Shimadzu GC 2010 Plus 1 220 8,2 1804

Gas Chromatograph with FID and Gas Flow Controller (for ASTM D6293, UOP 273, UOP 960) Gas Chromatograph with TCD

(for ASTM D2504, UOP 603)

Gas Chromatograph with FPD (for Phosphine in Propylene Products)

19 Gas Chromatograph Perkin Elmer Clarus 680 1 220 14,18 3120

20 Distillation App. Vacuum for Petroleum Products Herzog HDV632 1 220 1,4 308 Sulfur/Carbon Analyzer, Total

(High-Temperature Method) ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer)

23 X-ray Flourescence Analyzer Rigaku ZSX Primus 1 220 22,7 4994

287,04 63149 TOTAL

No.

AC / Agilent Reformulyzer M4 1 220 16

17

Shimadzu GC 2014 1

8,2 15

Electrical Power

Lab Equipment Manufacture Model Qty

1804

220 8,2 1804

Shimadzu GC 2010 Plus 1 220 8,2 1804

1 220

21 LECO SC632 1

22 Thermo Scientific Icap7400 DUO 45,5 10000

220 22,7 5000

(4)

899

Sd = kebutuhan (demand) kapasitas UPS (VA) Sp = daya semu beban puncak (VA)

Kg = konstanta future load growth (15%) (Non Proses Kilang) Kc = konstanta desain margin (10%)

C. Penentuan Rating Inverter

Langkah selanjutnya adalah menentukan rating inverter.

𝐼𝐿 = ^{𝑆 𝑥 𝑝𝑓}

𝑉𝑚𝑖𝑛 𝑥 ր (2)

𝐼𝐿 = 55𝑘𝑉𝐴 𝑥 0.8

187𝑉 𝑥 0.9 = 261.44 𝐴

Keterangan,

IL = arus inverter (A) S = rating UPS (KVA)

Vmin = tegangan minimal toleransi inverter (VAC) ր = efisiensi (tipikal 90%)

D. Penentuan Kapasitas Baterai

Dalam menentukan rating baterai satuan yang digunakan adalah ampere-hours (Ah), tetapi ada beberapa hal yang harus diperhatikan, yaitu discharge rate, end-of-discharge voltage (juga biasa disebut final voltage), dan cell temperature Baterai Ni-Cad biasanya menggunakan rating 5-h, 8-h ataupun 10-h [11]. Standar end-of-discharge baterai Ni-Cad adalah 1.00-1.14 Vpc, dengan standar temperature 25^oC. Penentuan kapasitas AH baterai berdasarkan perhitungan mengacu pada IEEE 1115 standard [12] yaitu melalui kalkulasi worksheet seperti pada tabel 2.

Tabel 2. Kalkulasi Ah Baterai

Kt factor = rated ampere hours/amps available for time t =270/356 = 0.758 (dari katalog baterai Alcad HB270P dengan final voltage 1.1 V).

RSS = Load x Kt x Tt (Ah) (3) = 261.44 x 0.758 x 1

(5)

900

= 198.28 Ah

US (Ah) = MSS + RSS (4)

= 198.28 Ah + 0 ( tidak ada random section size) = 198.28 Ah

cell size (Ah) = US x DM x AF (5)

= 198.28 Ah x 1.1 x 1.25

= 272.64 Ah

Keterangan,

RSS = Required Section Size US = Uncorrected Size DM = Design Margin AF = Aging Factor

Cs (cell size) yang dibutuhkan adalah 272.64 Ah, karena pada katalog baterai tidak ada kapasitas tersebut maka gunakan cell size yang lebih besar, maka digunakan cell size 280 Ah. Selanjutnya menentukan jumlah cell baterai dengan berdasar pada katalog tegangan minimum voltage per cell adalah 1,1, inverter voltage windows assumptions : 187 Volt - 253 Volt, maka jumlah cell baterai dengan menggunakan pers.(6) berikut.

𝑀𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑔𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑣𝑜𝑡𝑙𝑎𝑔𝑒 𝑝𝑒𝑟 𝑐𝑒𝑙𝑙 =¹⁸⁷

1,1 = 170 𝑐𝑒𝑙𝑙𝑠 (6)

E. Penentuan Rating Charger

Dalam menentukan rating charger, ada dua kebutuhan yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan arus untuk charging (Ic) dan kebutuhan arus untuk inverter pada tegangan float (IL,dc) dimana tegangan float per cell 1.40 V maka tegangan float bank cell adalah 238 (170 cells x 1.40V).

𝐴 = ^{𝐴ℎ 𝑥 1.10}

𝑇 + 𝐼𝐿𝑑𝑐 (7)

𝐴 = 280 𝑥 1.10

5 + 205.41 = 267 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒

Keterangan,

AH = ampere hours discharged from the battery T = time allowed for recharge, in hours

ILdc = continuous connected load on charger in amps 1.10 = typical efficiency charge factor.

F. Perhitungan Incoming (CB) UPS

Berdasarkan perhitungan rating charger dimana arus yang harus dihasilkan untuk mencatu inverter dan baterai adalah sebesar 267 A. Maka dapat dihitung dengan menggunakan pers.(8) berikut,

𝑆_{𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑟} = 𝐼𝑑𝑐 𝑥 𝑉𝑓𝑙𝑜𝑎𝑡

𝑝𝑓 𝑥 ր (8)

𝑆_{𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑟} = 267 𝐴 𝑥 238 𝑉𝑑𝑐 0.8 𝑥 0.9 𝑆_{𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑟} = 88.26 𝑘𝑉𝐴

Berdasarkan pada perhitungan di atas, daya untuk UPS adalah 88.26 kVA. Untuk menentukan arus pada UPS, maka dapat dihitung dengan pers.(9) berikut,

𝐼𝑛 𝑈𝑃𝑆 = ^{𝑆 (𝑘𝑉𝐴)}

√3 𝑥 𝑉 (9)

(6)

901 𝐼𝑛 𝑈𝑃𝑆 = 88.26 𝑘𝑉𝐴

√3 𝑥 0.38 𝑘𝑉 𝐼𝑛 𝑈𝑃𝑆 = 134.14 𝐴

IpengamanCB UPS = 125% x In UPS (10)

IpengamanCB UPS = 168 A

Dengan demikian setting Ampere Trip Over Load yang dibutuhkan adalah 168 Ampere. Cubicle MCC yang digunakan untuk incoming UPS adalah cubicle spare feeder Front F5-3 yang ada di MCC normal 30BD12-EE-0103A dan modul drawer feeder menggunakan drawer spare feeder 120 kVA eksisting yang memiliki kemampuan sampai dengan 180 Ampere. Alternate Source (Alt. Line UPS) yang terdiri dari 1 (satu) rangkaian XFMR transformer 55 kVA, mengambil dari feeder normal 380V MCC 30BD12-EE-103A di Electrical Room 30BD-12. Hasil perhitungan arus untuk Alt. Line UPS dengan kapasitas 55 kVA dan tegangan 380 V diperoleh arus yang dibutuhkan adalah sekitar 83.59 Ampere. Cubicle MCC yang digunakan untuk Alt Line UPS 80 kVA adalah cubicle spare feeder Front F3-12 yang ada di MCC normal 30BD12-EE-0103A dan modul drawernya menggunakan drawer spare feeder 80 kVA eksisting yang memiliki kemampuan sampai dengan 120 Ampere.

G. Penentuan Lokasi UPS

Lokasi UPS Laboratorium direncanakan akan berada di Lantai 2 di ruang HVAC Lab, di lantai tersebut masih terdapat ruangan atau lahan kosong yang dapat digunakan.

Ruangan tersebut berukuran panjang x lebar 10m x 5m, ruangan UPS tersebut akan dibagi menjadi 2 ruangan yaitu Ruangan Baterai & Ruangan UPS itu sendiri. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Denah Lokasi UPS di Lantai 2

Kabel UPS Lab mengikuti jalur tray kabel ke lantai 2, kemudian ke lokasi UPS.

Lokasi catu daya incoming UPS berada di Ruang Control Electrical di Lantai 1, sementara untuk UPS Lab berada di Lantai 2 (tepat diatas Ruang Control Electrical).

Jalur kabel ke lantai 2 melewati riser ME (Mechanical Electrical yang tepat berada di sebelah ruang control Electrical, jarak dari incoming feeder ke UPS adalah 40 meter.

(7)

902

H. Penentuan Luas Penampang Kabel Penyulang UPS

Ukuran kabel untuk catu daya UPS yang berkapasitas 88.26 kVA dengan arus pengaman 168 A dan panjang kabel yang diukur dari incoming hingga lokasi UPS sekitar 40 meter, menggunakan kabel yang ber-standar pada IEC 60502-2 dari salah satu brand Indonesia yaitu kabel metal, maka kabel yang digunakan adalah 50mm².

Tabel 3. Ampacity Cable

Menghitung drop voltage menggunakan pers. (11).

𝑉𝑑 = √3 𝐼𝑛 (𝑅𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 cos 𝜃+𝑋𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 sin 𝜃) 𝐿

𝑉𝑠 𝑥 100% (11)

𝑉𝑑 = 1.34 %

Berdasarkan standar tegangan jatuh yang diijinkan adalah <5% (NEC). Maka kabel untuk UPS (dari incoming CB ke UPS) 50mm² bisa digunakan.

Tabel 4. Drop Voltage Kabel

No Lokasi Jarak Ukuran Vd

1 Electrical Room ke UPS 40 m 50mm² 1.34%

2 Electrical Room ke UPS (ByPass) 40 m 25mm² 1.5%

3 UPS ke PDB 5 m 120mm² 0.141%

4 UPS ke Baterai 10 m 120mm² 0.23%

I. Penentuan Jenis dan Konfigurasi UPS

Jenis UPS yang digunakan adalah UPS industrial On-Line, transfer time dari On- Line UPS ini mendekati zero transfer time, sedangkan Line Interactive UPS berkisar pada 4-8ms (rata-rata 5ms) dan Off-Line UPS berkisar pada 8ms. Adapun konfigurasi yang digunakan adalah semi atau Half Redundant terdiri dari 1 unit UPS (Rectifier &

Inverter); 1 unit DC System (170 cells baterai / 280 Ah) & 1 unit Alternative Line / ByPass Line.

(8)

903

Gambar 2. Hasil Rancangan Kapasitas UPS

J. Penentuan Rating PDB

Rating Incomer Breaker (MCCB) untuk PDB adalah 350 Ampere. Tabel 5 menujukkan PDB memiliki sedikitnya 15 breaker outgoing dengan kapasitas masing- masing sesuai dengan load.

Tabel 5. Panel Distribution Board

MCCB

NO. AMP Nama Peralatan

1 16 Nitrogen Analyzer, Total (Kode Equipment A-067) 2 20 Chlorine Analyzer, Total (Kode Equipment A-069) 3 63 ICP-AES (Kode Equipment A-099)

4 32 X-ray Fluorescence Analyzer (Kode Equipment A-121) 5 20 Sulfur Analyzer, Total (Kode Equipment A-122)

6 16 Gas Chromatograph (Refinery Analyzer for IFP 9622) (Kode Equipment G-054) 7 16 Gas Chromatograph (Refinery Analyzer for UOP 539) (Kode Equipment G-055) 8 16 Gas Chromatograph with Cryogenic Cooler and SCD (Kode Equipment G-056).

9 16 Gas Chromatograph with FID (for UOP 757) (Kode Equipment G-058) 10 16 Gas Chromatograph with FID (for UOP 899) (Kode Equipment G-059)

11 16 Gas Chromatograph with FID & Gas Flow Controller (for ASTM D6293, UOP 273, UOP 960) (Kode Equipment G-060)

12 16 Gas Chromatograph with TCD (for ASTM D2504, UOP 603) (Kode Equipment A-061) 13 16 Gas Chromatograph with FPD (for Phosphine in Propylene Products) (Kode Equipment A-062) 14 6 Distillation App. Vacuum for Petroleum Products (Kode Equipment R-067)

15 32 Carbon Analyzer, Total (High-Temperature Method) (Kode Equipment A-040

K. Load Analysis MCC 30BD12-EE-0103A

Persentase load busbar (rating 3200A) sebelum ditambahkan UPS adalah 75.88%.

Daya yang dibutuhkan untuk incoming UPS adalah 88.26 kVA. UPS tersebut mengambil power listrik dari feeder normal 380V MCC 30BD12-EE-0103A di Electrical Room

(9)

904

30BD-12. Hasil perhitungan persentasi operation load MCC 30BD12-EE-0103A menggunakan langkah sebagai berikut:

1) Buat tabel list peralatan yang dicatu dari busbar tersebut, catat nilai daya (kVA) dan tegangan (V) peralatan, serta kondisi peralatan, digunakan secara contionus, intermitten atau standby/spare.

2) Gunakan pengali power factor 0.8 untuk mendapatkan nilai rated output KW. rated output KW = daya (VA) x 0.8

3) Consumed load (kW) = (rated output KW/efisiensi) x load factor. Efisiensi untuk perhitungan bernilai 0.9. Load factor merupakan faktor pembebanan peralatan dalam kurun waktu setahun, load factor = kwh real per tahun/kwh maksimal selama setahun. Untuk perhitungan load factor bernilai 0.8.

4) Consumed load (kVA) = consumed load (kW) / power factor (0.8) [13]

5) Cons. ld(kVAR) = √Cons(kVA)² − cons(kW)²

6) Subtotal load busbar, penjumlahan semua peralatan consumed load kVA, kW, kVAR.

7) Subtotal operation load = Subtotal load busbar x diversity factor. Diversity factor adalah faktor pengali untuk kondisi pemakaian peralatan, continuous (1.0), intermitten (0.4), dan standby/spare (0.1)

8) Total operation load (kVA), jumlah dari semua sub total operation load (kVA) dari beban continuous, intermitten dan standby.

9) Prosentase operation load terhadap busbar = ((total operation load (kVA)x1000 / (1.73x380)) / kapasitas busbar (A)) x 100%

10) Setelah diberi beban tambahan Alt. Line UPS 80 kVA (Standby) dan UPS 88.26 kVA (Continous) terhadap kapasitas busbar 3200A adalah sebesar 80,34 % serta terhadap kapasitas transformer 2000 kVA adalah sebesar 84.6%. Sehingga masih mencukupi untuk ditambahkan UPS pada MCC tersebut.

L. Load Analysis UPS terhadap Beban Peralatan Laboratorium

Daya yang harus dicatu oleh UPS adalah sebesar 41.4 kVA (total kVA peralatan- peralatan lab) dengan kapasitas UPS 55 kVA, berdasarkan perhitungan load analysis langkah-langkah sama dengan perhitungan load percentage, dengan semua beban continue adalah sebesar 75.41% kapasitas UPS, sehingga UPS 55 kVA mencukupi untuk kebutuhan beban peralatan-peralatan tersebut.

M. Simulasi Load Flow ETAP 12.6

Berikut adalah hasil simulasi load flow untuk penambahan UPS terhadap main busbar 3200A menggunakan software Etap 12.6 seperti pada gambar 3. Hasil simulasi dengan software ETAP, prosentase bus setelah ditambah UPS dan Bypass UPS, menjadi 80.5%. Selisih dengan perhitungan tabel load analysis adalah 0.16%. Berdasarkan hasil load analysis dan simulasi ETAP, perbandingan arus pembebanan terhadap busbar dapat dilihat pada gambar 4 berikut.

(10)

905

Gambar 3. Simulasi Load Flow

Gambar 4 Grafik Perbandingan Perhitungan Load Analysis dan Simulasi ETAP Hasil simulasi load flow untuk arus output dari UPS ke beban adalah 188.2 A yang bila dikonversikan ke persentase adalah 75.28% (188.2Ax220V/55kVA) dari total daya

2350 2400 2450 2500 2550 2600

PROSENTASE LOAD SEBELUM PENAMBAHAN UPS

PROSENTASE LOAD SESUDAH PENAMBAHAN UPS

Load Analysis dengan Tabulasi Simulasi ETAP

(11)

906

yang bisa dicatu oleh UPS. Selisih dengan perhitungan tabel load analysis adalah 0.13%

(75.41%-75,28%).

N. Spesifikasi untuk UPS Laboratorium

Spesifikasi minimum untuk UPS adalah sebagai berikut, Sistem konfigurasi, blok UPS lengkap terdiri dari :

1 x rectifier / charger, 1 x bypass trafo c/w AVR, 1 x inverter, 1 x baterai bank,.

1) Rectifier

Input voltage : 3Ø, 380 V Input frequency : 50Hz Mains input : 88.26 kVA Input current : 134.14 A

Power factor : 0.8

Nominal DC voltage : 220 VDC Float DC voltage : 238 VDC DC current limitation (total): 267 ADC Current limitation baterai : 61.6 A Efficiency at rate load : 90%

Ripple voltage : <2%

Rec type : SCR type with 6 pulse

Float charge voltage : 1.4 V x 170 (total cell baterai) Boost charge voltage : 1.55 V x 170

(total cell baterai)

2) Bypass Transformer complete with AVR

Capacity : 55 kVA

Input voltage : 3Ø, 380 V Output voltage : 1Ø, 220 V Output voltage regulation : ±2%

Input/Output frequency : 50Hz 3) Inverter

Nominal input voltage : 220 VDC Input voltage tolerance : ±15%

Output rating : 55 kVA, pf 0.8 Output voltage : 1Ø 220VAC Output frequency : 50 Hz Efficiency at rated load : 90%

Output current nominal : 250 A (100%) 4) Baterai

1 x 100% NiCd baterai type H c/w rack and accessories Capacity : 280 AH (ALCAD HB280P)

Numbers : 170 cells

Final voltage : 1.1 VDC Autonomy time : 30 minutes

Life time : 20 years

O. Tinjauan Ekonomi

Nilai keekonomian yang akan dibahas kali ini dihitung dari apabila terjadi gangguan catu daya 1 kali per tahun dan menyebabkan keterlambatan analisa stream product propylene sehingga harus dilakukan flaring selama 8 jam. Produksi propylene untuk kilang berkisar 175.5 MBarrel per bulan, dengan di rata-rata per 8 jam adalah

(12)

907

1.95Mbarrel (175.5 Mbarrel/720jam x 8). Harga produk propylene berkisar 37.76 US$/Bbl, dengan demikian potensi kerugian apabila terjadi keterlambatan analisa adalah 73.63 M.US$ atau sama dengan Rp 1.052.874.276,- (14299.14 x 73.63M.US$). Biaya investasi yang dibutuhkan berdasar pada harga dari pihak ketiga (Vendor) adalah berkisar Rp 3.200.000.000,-.

Untuk menghitung Pay Out Time (POT) menggunakan pers.(12) [14], [15].

𝑃𝑂𝑇 = 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝑒𝑟𝑘𝑖𝑟𝑎𝑎𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑎𝑠𝑖

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐾𝑒𝑟𝑢𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑒𝑗𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 (12)

𝑃𝑂𝑇 = 𝑅𝑝 3.200.000.000, − 𝑅𝑝 1.052.874.276, − 𝑃𝑂𝑇 = 3.04 ≈ 3 tahun

Dari hasil perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa investasi untuk merealisasikan pemasangan UPS untuk peralatan Laboratorium layak, karena untuk menjaga peralatan laboratorium dari kerusakan dan tertundanya analisa produk. Rata-rata lifetime dari UPS minimal adalah 20 tahun dengan POT 3 tahun sebelum habis life timenya balik modal sudah tercapai, dengan asumsi perhitungan kerugian flaring produk propylene karena keterlambatan proses analisa.

4. SIMPULAN

Berdasarkan pembahasan mengenai perencanaan pemasangan UPS Laboratorium dapat disimpulkan bahwa,

a. Peralatan Laboratorium memiliki karakteristik yang berbeda – beda. Beberapa peralatan Laboratorium memiliki karakteristik alat pembakaran dengan suhu tinggi seperti Gas Chromatograph. Pada saat kehilangan catu daya secara tiba – tiba, peralatan laboratory dengan karakteristik ini akan mengalami kerusakan karena thermal shock (Based on Manual Instruction). Untuk itu perlu dilakukan pemasangan Uninterruptible Power Supply (UPS), agar ketika terjadi kegagalan catu daya maka masih ada daya dari UPS untuk melakukan Normal Shutdown agar peralatan laboratorium tidak mengalami kerusakan. Ada 15 peralatan gas chromatograph laboratorium yang akan dicatu dari UPS dengan total arus sebesar 188.54 A dan daya sebesar 41474 VA.

b. UPS (Uninterruptible Power Supply) merupakan sumber daya listrik alternatif atau cadangan terhadap penyedia sumber listrik utama. UPS juga memberikan perlindungan beban terhadap perubahan frekuensi sumber listrik utama, penghapusan noise power line, pengaturan tegangan, dan tidak akan penah terputusnya sumber daya listrik untuk beban penting selama terputusnya sumber listrik utama. Blok diagram UPS secara sederhana terdiri dari 2 blok konversi tegangan, yaitu blok rectifier (AC-DC), sebagai rangkaian rectifier dan charger untuk baterai dan blok inverter (DC-AC), sebagai pengkonversi tegangan dari rectifier untuk selanjutnya menjadi tegangan output ke beban.

c. Hasil perhitungan desain UPS yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :

1) Kapasitas UPS 55 kVA, system Semi / Half Redundant terdiri dari 1 unit UPS (Rectifier & Inverter); 1 Unit DC system (Baterai) & 1 unit Alternate/Bypass Line.

2) Rating inverter adalah 261.4 A.

3) Kapasitas Ah baterai berdasarkan perhitungan mengacu pada standard IEEE 1115 adalah 280Ah.

4) Rating charger minimal adalah 267 A.

(13)

908

5) Total daya incoming UPS adalah 88.26 kVA sehingga butuh arus pengaman sebesar 168 Ampere.

6) Luas penampang kabel untuk incoming UPS adalah 50mm², alternate/bypass line adalah 25 mm², dan untuk kabel dari UPS ke PDB adalah 120 mm².

7) Simulasi penambahan UPS menggunakan ETAP menunjukkan hasil prosentase bus loading 80.5% dari 3200A, dengan error 0.16% dibandingkan dengan perhitungan load analysis dengan hasil 80.34%, sehingga masih dapat ditambahkan dalam sistem.

8) Simulasi pembebanan UPS (beban dengan 15 peralatan laboratorium sedang beroperasi) menggunakan ETAP menunjukkan hasil 75,28% dari 55 kVA, dengan error 0.13% dibandingkan dengan perhitungan load analysis dengan hasil 75.41%, sehingga kapasitas UPS 55 kVA cukup untuk 15 peralatan laboratorium tersebut.

9) Pemasangan UPS (Uninterruptible Power Supply) layak untuk dilakukan, berdasarkan perhitungan POT (Pay Out Time) dengan hasil 3 tahun dengan asumsi terjadi keterlambatan analisa produk propylene yang menyebabkan flaring produk selama 8 jam (minimal life time UPS 20 tahun).

5. DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Juliani, F. R.-J. S. & T. Lingkungan, and undefined 2011, “Bioremediasi Lumpur Minyak (Oil Sludge) dengan Penambahan Kompos sebagai bulking agent dan sumber nutrien tambahan,” journal.uii.ac.id, vol. 3, no. 1, pp. 1–018, 2011, Accessed: Oct. 10, 2021.

[Online]. Available: https://journal.uii.ac.id/JSTL/article/view/3589.

[2] S. Yumul, “Determination of Heterocyclic Aromatic Amines at Different Depths of Meat Samples using Gas Chromatography Coupled with Mass Spectrometry,” 2019, Accessed:

Oct. 10, 2021. [Online]. Available: https://repository.flsouthern.edu/handle/11416/465.

[3] C. S.-S. M. UM and undefined 2021, “UPS (Uninterruptible power supply) untuk alternatif sumber tenaga listrik sementara,” mulok.library.um.ac.id, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online].

Available: http://mulok.library.um.ac.id/index3.php/33460.html.

[4] M. Pratama, … M. M.-… T. K. &, and undefined 2019, “Sistem Monitoring pada Uninterruptible Power Supply Berbasis Internet of Things,” prosiding.seminar-id.com, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available: http://prosiding.seminar- id.com/index.php/sainteks/article/view/219.

[5] M. Fadli, “Rancang Bangun Smart UPS (Uninterruptible Power Supply) Untuk Beban Komputer Laboratorium Interface Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis,” 2021, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available: http://eprints.polbeng.ac.id/1084/.

[6] J. R. SETIAWAN, “ANALISA KINERJA UPS 2 KW STATIS TERHADAP VARIAN BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN DI PT. INDOSAT, Tbk PALEMBANG,” 2021, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available: http://repository.univ- tridinanti.ac.id/2963/.

[7] F. Yulianto, … W. D.-J. R. R., and undefined 2019, “Analisis Perbandingan Efisiensi Daya Modified Sine Inverter Dengan Pure Sine Inverter,” jurnalnasional.ump.ac.id, Accessed:

Oct. 10, 2021. [Online]. Available:

http://www.jurnalnasional.ump.ac.id/index.php/JRRE/article/view/4924.

[8] B. C.-I. 06-T.-E. International and undefined 2006, “The IEEE Standards Association Stationary Batteries Committee,” ieeexplore.ieee.org, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online].

Available: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4018101/.

[9] J. Prabhu, K. Nande, … S. S.-2016 I. 6th, and undefined 2016, “Design of electrical system based on short circuit study using etap for iec projects,” ieeexplore.ieee.org, Accessed: Oct.

10, 2021. [Online]. Available: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7584102/.

[10] C. Thompson, … P. H.-… P. S. T., and undefined 2007, “Determining System and Subsystem Availability Requirements: Resource Planning and Evaluation,”

ieeexplore.ieee.org, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available:

(14)

909

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4292104/.

[11] B. Wang et al., “Study of non-uniform temperature and discharging distribution for lithium- ion battery modules in series and parallel connection,” Elsevier, Accessed: Oct. 10, 2021.

[Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135943111933412X.

[12] S. Batteries, “IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel-Cadmium Batteries for Stationary Applications,” 2000, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available:

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/868606/.

[13] J. W.-I. W. Matters and undefined 2006, “Power factor correction (pfc),” academia.edu,

Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available:

https://www.academia.edu/download/55639894/2006_18_spring_wiring_matters_power_fac tor_correction_pfc.pdf.

[14] M. Peters, K. Timmerhaus, and R. West, Plant Design and Economics for Chemical. 2003.

[15] S. Haslinda, “Evaluasi Investasi Projek Pengembangan Lapangan Migas XYZ Studi Kasus pada PT Pertamina (Persero),” 2014, Accessed: Oct. 10, 2021. [Online]. Available:

http://etd.repository.ugm.ac.id/penelitian/detail/136440.