STUDI PENINGKATAN KAPASITAS SUPLAI PENYULANG
STUDI KASUS DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
(PERSERO) KUALA TANJUNG
TESIS
Oleh EDI MUGIONO
157034019 / TE
FAKULTAS TEKNIK
STUDI PENINGKATAN KAPASITAS SUPLAI PENYULANG
STUDI KASUS DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
(PERSERO) KUALA TANJUNG
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh EDI MUGIONO
157034019 / TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Telah diuji pada Tanggal : 18 Juli 2017
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Ir. Syafruddin HS.MS.Ph.D Anggota : DR. Ir. Fahmi, M.Sc, IPM
1. Ir. Surya Hardi, MS. Ph.D
ABSTRAK
Produksi aluminium PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) saat ini terbatas pada desain awal yaitu 250.000 ton/tahun yang secara proses bergantung pada suplai arus listrik DC. Suplai arus listrik DC ke tungku reduksi gedung no.3 saat ini hanya 193 kA yang secara sistem disuplai dari transformator utama (Main Transformer,MTR), transformator regulator tegangan berbeban (On Load Voltage Regulator,LVR) dan transformator penyearah (Rectiformer). Faktor daya MTR 0,99
lagging, sedangkan arus pada LVR telah mencapai ratingnya 3.180 A. Hasil kajian
KANNAK menyimpulkan peralatan tungku reduksi mampu beroperasi dengan arus 255
kA. Upaya yang dilakukan adalah dengan meningkatkan kapasitas suplai MTR menjadi 230 MVA, penambahan LVR dan rectifier dengan suplai arus sebesar 45 kA dan memperbaiki faktor daya LVR dari 0,88 menjadi minimum 0,95 lagging dengan arus minimum 210 kA. Dalam penelitian ditentukan ukuran kapasitas MTR, kapasitas tambahan LVR dan rectifier, ukuran kapasitor bank, analisis aliran daya, distorsi harmonik dan kondisi sistem pada saat peralatan-peralatan tersebut terhubung ke sistem. Hasil analisis menunjukan arus searah yang disuplai dapat mencapai 255 kA. Sedangkan distorsi harmonik dapat diredam dengan kapasitor bank yang dipasang dengan besaran distorsi harmoniknya menjadi 0,008-0,13% dari sebelumnya 0,09-0,91%. Dari sisi keekonomian, peningkatan kapasitas suplai ini layak untuk dilaksanakan dengan Net Present Value > 0, Internal Rate Of Return (47,30%) > rata-rata tertimbang biaya modal (8,38%) dan masa pengembalian modal (Pay Back Period) selama 2,1 tahun. Peningkatan arus searah dari 193 kA menjadi 255 kA dapat meningkatkan produksi aluminium sebesar ± 27.652 ton/tahun.
ABSTRACT
Alumunium production at PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) at this times is limited to 250.000 tons/year which the process depends on the supply of direct current. Direct current supply to reduction building no.3 at this time only 193 kA which are supplied from Main Transformer (MTR), On Load Voltage Regulator (LVR) and Rectiformer. Power factor for MTR is 0,99 lagging, meanwhile the current out of LVR has reached its rating 3.180 A. From KANNAK assessment on the pot reduction conclude that the pot equipment can be operated with current supplied 255 kA. The effort can be done by increasing the MTR supply capacity become 230 MVA, additional LVR and rectifier with current supplied 45 kA and improve power factor LVR from 0,88 become at least 0,95 lagging and current supply minimum 210 kA. In the study, the capacity of MTR is calculated, additional capacity of LVR and rectifier, capacitor bank capacity, load flow analysis, harmonic distortion, and system condition when the equipment is connected. Analysis result shows that the direct current that can be supplied is 255 kA. Harmonic distortion can be reduced by capacitor bank with harmonic distortion become 0,008-0,13% from the existing 0,09-0,91%. From the economic view, the increasing supply capacity is feasible to be implemented with Net Present Value > 0, Internal Rate Of Return (47,30%) > weighted average cost of capital (8,38%) and Pay Back Period for 2,1 years. The increasing direct current from 193 kA become 255 kA increase alumunium production ± 27.652 ton/year.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas segala nikmat dan rahmat yang telah
diberikan-Nya, serta segala pertolongan dan kemudahan sehingga penulis dapat
menyelesaikan tesis yang berjudul “Studi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang
No.4 Gardu Induk PT Inalum (Persero).”
Penulisan tesis ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam
memperoleh gelar master S2, Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian tesis ini tak lepas dari bimbingan,
arahan, saran, motivasi, maupun fasilitas banyak pihak. Oleh karena itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Suherman, ST., M. Comp., Ph.D selaku Ketua Program Studi Magister
Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syafruddin HS, MT., Ph.D dan bapak DR. Ir. Fahmi, M.Sc, IPM,
selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan memberi dorongan
hingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan tepat waktu.
3. Teristimewa Ayahanda dan Ibunda tercinta yang selalu memberikan doa dan
restunya.
4. Kepada istri tercinta dan anak-anak tersayang yang telah memberikan dorongan
dan semangat serta doanya sehingga karya akhir ini dapat diselesaikan tepat
5. PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) yang telah memberikan kesempatan
kepada penulis untuk mengikuti pendidikan program magister di Universitas
Sumatera Utara
6. Rekan-rekan di Seksi Penyaluran Tenaga Listrik (SES) PT Indonesia Asahan
Aluminium (Persero) khususnya pak Khaldun M Badra (DKB) dan Randhy
Ramono.
7. Seluruh karyawan, dosen, dan civitas academica Program Studi Magister
Teknik Elektro USU.
Dalam penulisan tesis ini, penulis menyadari bahwa tulisan ini mungkin masih
jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis memohon maaf atas segala
kekurangannya. Saran dan kritik yang bersifat membangun akan selalu penulis terima
dengan harapan semoga tulisan ini dapat berguna bagi pembaca, dan dapat dilanjutkan
untuk memperoleh hasil yang lebih bermanfaat di kemudian hari.
Medan, 28 Juni 2017
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Edi Mugiono, ST
Alamat : Perumahan PT. INALUM (Persero), Blok P-16-17 Kec. Sei Suka, Kab.Batu Bara, Sumatera Utara 21657 No telepon / E-mail : 0812-621-2133 / edi_mugiono@inalum.id
Menerangkan dengan sesungguhnya riwayat hidup sebagai berikut :
PENDIDIKAN
1. Tamatan SD Negeri No. 104304 Desa Pon : Tahun 1989 2. Tamatan SMP Negeri 2 Sei Bamban : Tahun 1992 3. Tamatan SMA Negeri 1 Sei Rampah : Tahun 1995 4. Tamatan Universitas Islam Sumatera Utara : Tahun 2002
PEKERJAAN
1. Karyawan PT Inalum (Persero) : Tahun 2004 - Sekarang
Tanjung Gading, 13 Juni 2017 Penulis
DAFTAR ISI
DAFTAR SINGKATAN ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
2.1. Peleburan Aluminium ... 8
2.2. Transformator Daya (Main Transformer/MTR) ... 10
2.3. Regulator Tegangan Berbeban (Load Voltage Regulator/LVR) 11 2.4. Transformator Penyearah (Rectiformer) ... 14
2.5. Analisis Aliran Daya ... 16
2.5.1.Penjelasan umum analisis aliran daya ... 16
2.5.2.Teknik dasar pada studi aliran daya ... 17
2.6.Faktor Daya ... 19
2.7. Perbaikan Faktor Daya ... 21
2.9.2.Pengelompokan harmonisa ... 28
2.10. Kajian Keekonomian Proyek ... 29
BAB III METODELOGI PENELITIAN ... 34
3.1. Bahan Penelitian ... 34
3.2. Obyek dan Alat Penelitian ... 34
3.3.Batasan Obyek Kajian ... 35
3.4.Program Bantu Analisis ... 36
3.5.Proses Tuning Alat Bantu Analisis ... 36
3.6. Prosedur Penelitian ... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39
4.1.Penentuan Desain Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang 255kA ... 39
4.1.1.Perhitungan arus maksimum saat ini pada gedung reduksi no.3 ... 39
4.1.2.Desain kapasitas transformator utama (MTR) ... 40
4.1.3.Desain kapasitas load voltage regulator (LVR) ... 42
4.1.4.Desain faktor daya pada sisi sekunder LVR ... 42
4.1.5.Konfigurasi desain sistem peningkatan kapasitas suplai penyulang ... 46
4.2. Permodelan Sistem Dengan Menggunakan Alat Bantu Analisis ... 48
4.2.1.Permodelan sistem ... 48
4.2.2.Klarifikasi hasil pengujian alat bantu analisis ... 49
4.2.3.Aliran daya kondisi sebelum peningkatan kapasitas suplai ... 50
4.2.4.Simulasi kondisi dengan MTR 230 MVA terhubung ke sistem ... 51
4.2.5.Simulasi kondisi dengan capacitor bank baru terhubung ke sistem ... 53
4.2.6.Simulasi kondisi dengan LVR baru terhubung ke sistem ... 55
4.3.Data Harmonik ... 57
4.4.Analisis Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang ... 60
4.4.1.Hasil peningkatan kapasitas suplai penyulang ... 60
4.4.2.Analisis harmonik ... 60
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
5.1.Kesimpulan ... 65
5.2.Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 67
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Kompensasi Capacitor Bank ... 25
2.2 Dampak Urutan Harmonisa ... 28
3.1 Perbandingan Kondisi Peralatan ... 36
4.1 Hasil Perhitungan Kebutuhan Kapasitor Bank... 43
4.2 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Aktif Pada Tungku Reduksi ... 44
4.3 Hasil Perhitungan Kebutuhan Daya Reaktif Pada Tungku Reduksi ... 44
4.4 Kondisi Sebelum dan Sesudah Pemasangan MTR 230 MVA .... 52
4.5 Kondisi Sebelum dan Sesudah Capacitor Bank Terhubung ke Sistem ... 54
4.6 Kondisi Sebelum dan Sesudah LVR Baru Terhubung ke Sistem ... 56
4.7 Hasil Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang ... 60
4.8 THDv Hasil Simulasi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang 61 4.9 Biaya Investasi Peralatan ... 62
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
1.1 Sistem Penyearah di Gardu Induk Inalum Kuala Tanjung ... 2
2.1 Diagram Blok Klasifikasi Bus... 18
2.2 Segitiga Daya Listrik ... 20
2.3 Ilustrasi Perbaikan Faktor Daya dengan Pemasangan Kapasitor 22 2.4 Diagram Daya Penentuan Kompensasi Kapasitor ... 23
2.5 Gelombang Fundamental, Harmonisa dan Gelombang Terdistorsi... 26
2.6 Distorsi Arus Akibat Resistor Tidak Linier ... 27
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 38
4.1 Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan Inalum ... 46
4.2 Diagram Satu Garis Pemasangan Peralatan Peningkatan Kapasitas ... 47
4.3 Diagram Satu Garis Kondisi Saat Ini dan Peningkatan Kapasitas 48 4.4 Simulasi Aliran Daya Data SCADA dan Simulasi ETAP ... 49
4.5 Perbandingan Rugi-rugi Transmisi Hasil Pengukuran dan Simulasi ... 50
4.6 Aliran Daya Kondisi Maksimum 193 kA ... 51
4.7 Aliran Daya Kondisi MTR Terhubung ke Sistem ... 53
4.8 Aliran Daya Kondisi Kapasitor Bank Terhubung ke Sistem ... 55
4.11 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi MTR 230 MVA
Terhubung ke Sistem ... 58
4.12 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank
Terhubung ke Sistem ... 59
4.13 Harmonik Tegangan Individu Pada Kondisi Kapasitor Bank
DAFTAR SINGKATAN
AC : Alternating Current (Arus bolak-balik)
BEP : Break Even Point
DC : Direct Current (arus searah)
FCFE : Free Cash Flow to Equity
IHD : Individual Harmonic Distortion
IRR : Internal Rate of Return
LVR : Load Voltage Regulator
MTR : Main Transformer (Transformator Utama)
MVA : Mega Volt Ampere
NPV : Net Present Value
NVTC : No Voltage Tap Changer
OFAF : Oil Forced Air Forced
OLTC : On Load Tap Changer
ONAF : Oil Nature Air Forced
PF : Power Factor
PIO : Pot In Operation (Pot Operasi)
P/L : Pot Line (tungku reduksi gedung no.3)
Pry : Primary (Primer)
SCADA : Supervisory Control and Data Acquistion
SCR : Silicon Controlled Reactor
SR : Silicon Rectifier
Sry : Secondary (Sekunder)
TCR : Thyristor Controlled Reactor
TDD : Total Harmonic Current Content
THD : Total Harmonic Distortion
VA : Volt Ampere
VAR : Volt Ampere Reactive
VCR : Voltage Control Reactor
WACC : Weighted Average Cost of Capital (Rata-rata
