improvement pengembangan pot

(1)

JITEKH, Vol 6, No 2, Tahun 2017, 36-39 ISSN 2338-5677(Media Cetak) ISSN 2549-6646 (Media Online)

Analisis Penambahan Capasitor Bank Untuk Peningkatan Kapasitas

Peleburan Di PT. Inalum

Khaldun M. Badra

1

, Syafruddin Hasan

2

, Suherman

3

Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

1,2,3

Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA

khaldun@inalum.id

Abstract

Direct current supply for electrolysis process in PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) achieves 193 kA. This is not optimal current as the transformer of Load Voltage Regulator (LVR) has power factor of 0.88 (lagging). This paper analyzes electrolysis current improvement by reducing harmonics through capacitor bank installation Software ETAP 12.0 is employed to model and analyze the system. By installing 90 MVAR

capasitor bank for bus 33 kV in secondary side of LVRproduces 8% power factor correction and improves

13.5% of pot line current. Pot line current improvement enables aluminum production rate increased.

Keywords: capasitor bank, electrolysis, power factor, LVR

Abstrak

Suplai arus listrik searah (DC) untuk proses elektrolisis peleburan aluminium di PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) mencapai 193 kA. Hal ini tidak optimal karena transformator Load Voltage Regulator (LVR) memiliki faktor daya 0.88 (lagging). Tulisan ini menganalisis peningkatan arus elektrolisis melalui penambahan capasitor bank untuk menekan distorsi harmonik. Software ETAP 12.0 digunakan untuk melakukan pemodelan sistem dan analisis sistem tenaga.Dengan memasang capasitor bank pada bus 33 kV di sisi sekunder LVR sebesar 90 MVAR, menghasilkan perbaikan faktor daya trafo LVR 8% dan meningkatkan arus tungku 13,5%. Peningkatan arus tungku memungkinkan peningkatan produksi aluminium di PT Inalum (Persero).

Kata kunci: capasitor bank, elektrolisa, faktor daya, LVR

1. Pendahuluan

PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) sebagai Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang memproduksi aluminium batangan hanya mampu menyuplai kebutuhan aluminium sebesar 30% kebutuhan dalam negeri. Peluang yang besar dan potensial ini harus dimanfaatkan untuk menjamin kebutuhan aluminium di Indonesia.

PT Inalum memiliki pabrik peleburan yang terdiri dari tiga potline dengan memanfaatkan energi listrik dari PLTA Sigura-gura dan PLTA Tangga dalam proses produksinya untuk menghasilkan aluminium batangan sebesar 250.000 T.Al / tahun. Energi listrik yang bersumber dari PLTA tersebut dialirkan ke Gardu Induk Inalum Kuala Tanjung melalui saluran transmisi 275 kV dan selanjutnya dilakukan penyearahan dari arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) melalui serangkaian peralatan penyearah silikon (silicon

rectifier, SR) untuk disuplai ke tiga potline.

Arus searah ini diperlukan untuk proses elektrolisis di dalam tungku reduksi sehingga aluminium cair dapat terbentuk. Kapasitas produksi itu sejalan dengan besarnya arus DC yang dialirkan ke potline sesuai dengan persamaan :

(1) Dimana :

TAL = Produksi Aluminium Ingot

(Ton)

I = Besar arus searah (kA) CE = Current Efficiency

PIO = Pot yang beroperasi pada satu potline (pot)

Hr = Jumlah jam kerja sebuah pot (jam)

Saat ini arus DC maksimum yang bisa disalurkan hanya sebesar 193 kA/potline. Sementara itu kapasitas peralatan SR mampu melebihi nilai tersebut (maksimum 222 kA). Hal ini terjadi karena adanya keterbatasan arus disisi sekunder Regulator Tegangan Beban (Load Voltage

Regulator, LVR) yang sudah mencapai batas arus

maksimumnya 3180 A.

Tulisan ini menganalisis pemasangan kapasitor bank beserta filter pasif untuk meredam harmonik yang dihasilkan oleh sistem penyearah, sehingga menaikkan faktor daya dan meningkatkan arus peleburan [1].

2. Faktor Daya

(2)

37

sumber karena kebutuhan daya reaktif akan dikompensasi oleh kapasitor. Ilustrasi dari pemasangan kapasitor dapat dilihat pada Gambar 1 [4].

Gambar 1. Perbaikan faktor daya dengan

kapasitor Dimana :

kVA1 : Daya semu awal sebelum

dikompensasi

kVA2 : Daya semu setelah dikompensasi

kW : Daya aktif

kVAR1 : Daya reaktif awal sebelum

dikompensasi

kVAR2 : Daya reaktif setelah dikompensasi

kVARc : Daya reaktif yang dikompensasi

1 : Sudut faktor daya awal

2 : Sudut faktor daya setelah

dikompensasi

Bila diasumsikan daya semu adalah konstan, daya aktif yang mengalir pada peralatan akan berubah-ubah tergantung pada faktor daya sistem tersebut, atau bisa disederhanakan menjadi persamaan berikut [5]:

(2)

3. Capasitor Bank

Kapasitor Bank digunakan secara luas didalam sistem tenaga listrik untuk perbaikan faktor daya. Kapasitor terhubung paralel dengan beban sebagai sumber daya reaktif yang akan mengkompensasi suplai daya reaktif dari sumber [5-8]. Hal ini akan meningkatkan faktor daya beban dan mengurangi besar arus atau daya semu dari sumber. Berkurangnya aliran arus dari sumber akan membuat rugi-rugi saluran dan jatuh tegangan ikut turun sehingga tegangan beban akan meningkat.

Jenis topologi capasitor bank diantaranya: terhubung Wye ditanahkan dan terhubung Wye dengan pentanahan (Gambar 3 [9]).

a. Terhubung Wye ditanahkan

b. Terhubung Wye tidak ditanahkan

Gambar 2. Capasitor Bank

4. Metodologi Penelitian

Perhitungan aliran daya pada kondisi eksisting dengan memodelkan sistem ketenagalistrikan PT Inalum, dari pembangkit, transmisi, beban smelter, hingga penyederhanaan sistem PLN yang terinterkoneksi dengan sistem Inalum, menggunakan software ETAP 12.0. Setelah hasil simulasi ETAP mampu merepresentasikan kondisi sistem yang terekam oleh SCADA PT Inalum [10], kemudian akan dilakukan simulasi penambahan kapasitor bank. Selain menggunakan simulasi ETAP, perhitungan secara manual juga akan dilakukan untuk memeriksa ketepatan simulasi ini.

Dalam proses pemilihan kapasitor bank, besar filter harmonik yang akan dipasang juga akan diperhitungkan untuk meminimalisir distorsi harmonik. Data distorsi harmonik kondisi eksisting akan diukur menggunakan Power Quality Analyzer HIOKI

5. Hasil Penelitian 5.1 Pemodelan Sistem

Gardu Induk di PT. INALUM memiliki empat unit LVR yang masing-masing berkapasitas 182 MVA. LVR merupakan trafo pengatur tegangan yang berfungsi untuk mengatur dan menjaga tegangan keluaran trafo sesuai dengan kebutuhan trafo penyearah [2]. Setiap potline dilayani oleh 1 unit LVR yang memiliki 3 tap NVTC (No Voltage Tap Changer) dan pada masing-masing tap NVTC terdapat 27 tap OLTC (On Load Tap Changer). Tap ini berfungsi untuk mengatur tegangan pada saat terjadi fluktuasi beban, seperti pada saat penaikan atau penurunan arus potline pada saat startup pot. Besarnya arus LVR tergantung pada besarnya arus searah yang disuplai ke potline.

Gambar 3a menunjukkan model jaringan kelistrikan PT. Inalum, sementara Gambar 3b menunjukkan model peletakan capasitor bank.

(3)

38

(b)

Gambar 3. Sistem Kelistrikan di PT Inalum

(Persero)

5.2 Kebutuhan Capasitor Bank

Kebutuhan daya reaktif potline pada beberapa kondisi dengan menggunakan Persamaan 3 dan Persamaan 4. Besarnya daya aktif potline dihitung berdasarkan empat kondisi yang diperlihatkan pada Tabel 1.

(3) (4)

Berdasarkan Tabel 3, dapat diketahui saat mencapai arus maksimum yang dapat disuplai oleh penyearah silikon (6 x 37 kA = 222 kA) kebutuhan daya reaktif potline adalah sebesar 89.9 MVAR. Pada penelitian ini digunakan kapasitor bank 2x45 MVAR sesuai kebutuhan daya reaktif saat arus potline 222 kA.

Tabel 1. Kebutuhan Daya Reaktif Potline

Kondisi I dc

pot 94.4 97.5 52.6 110.8 Normal 193 4.4 V 165

pot

5.3 Perbaikan Faktor Daya

Berdasarkan perhitungan dan hasil simulasi, maka data yang didapat dibandingkan dengan kondisi actual pengukuran pemasangan kapasitor bank 2x45 MVAR di sisi 33 kV Bus. Setelah pengoperasian kapasitor bank 2x45 MVAR, faktor daya meningkat seperti Gambar 4.

Gambar 4. Perbaikan Faktor Daya LVR

Gambar 4 memperlihatkan faktor daya LVR mula-mula adalah 0.90 (lagging) lalu meningkat menjadi 0.97 (lagging) saat kapasitor bank 1x45 MVAR beroperasi. Saat 2x45 MVAR beroperasi faktor daya LVR kembali meningkat menjadi 0.99 (lagging) atau bahkan mendekati 1.0 (unity).

5.4 Peningkatan Arus Tungku

Perbaikan faktor daya membuat daya semu LVR menurun. Penurunan konsumsi daya semu LVR akan membuat arus sekunder LVR ikut turun. Gambar 5 memperlihatkan sebelum kapasitor bank ON, arus sekunder LVR 4 adalah 2930 A. Pengoperasian kapasitor bank 1x45 MVAR membuat arus sekunder turun 203 A menjadi 2727 A dan pengoperasian 2x45 MVAR menurunkan arus sebesar 140A menjadi 2587 A.

Penurunan arus sekunder LVR menyebabkan kenaikan rating arus tungku. Sehingga arus tungku dapat dimaksimalkan hingga 219 kA.

Gambar 5. Minimalisasi Arus LVR

6. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis, penambahan capasitor bank meningkatkan faktor daya dari 0,88 ke 0,95, serta meningkatkan arus sekunder LVR dari arus searah 193 kA mejadi 219 kA yang bermanfaat dalam peningkatan produksi di PT Inalum (Persero). Untuk memfasilitasi keadaan tersebut maka salah satu solusinya adalah dengan memasang kapasitor bank di sisi bus 33 kV. Melalui alat ini maka faktor daya akan diperbaiki dan konsumsi daya reaktif bisa dikompensasi.

(4)

39

[1] Helmi, Basem A., Merwyn D’Souza, Brian

A. Bolz, The application of power factor correction kapasitors to reserve spare capacity of existing main transformers, IEEE Journal, 2013.

[2] Jiawei Yang, Fast and Continuous On-Load Voltage Regulator Based on Electronic Power Transformer. IET Electric Power Applications, 2012.

[3] D.D. Reljić, V.V. Vasić, Dj.V. Oros, Power factor correction and harmonics mitigation based on phase shifting approach, 15th International EPE-PEMC, 2012.

[4] Wojciech Wysocki, Marcin Szlosek, Compensation of reactive power as a method for reducing energy losses, IEEE Journal, 2011.

[5] A.I. Maswood and Fangrui Liu, A Unity PF Rectifier-Inverter Under Unbalanced Supply. Power & Energy Society, 2009.

[6] J. Pontt, J. Rodriguez, and J. San Martin, Improving Operational Performance of Industrial Systems with High-Power Rectifiers, Power Electronics Specialists Conference (PESC), IEEE 36th, 2005. [7] Sheldon P. K., Design and Application of

Semiconductor Rectifier Transformers. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol 38, No. 4, 2002.

[8] Malaviya, Anoop K. and Bundell, Gary A., An Intelligent Controller for Aluminum Smelter Potlines, IEEE Journal, 2001. [9] ABB Technical Proposal High Voltage

Capacitor and Filters, Swiss.