Analisa Harmonisa Sistem Kelistrikan Pabrik Peleburan Baja PT. Ispat Indo Surabaya Akibat Perubahan Konfigurasi dan Pergantian Trafo Utama

(1)

Analisa Harmonisa Sistem Kelistrikan Pabrik Peleburan Baja PT. Ispat Indo Surabaya

Akibat Perubahan Konfigurasi dan Pergantian Trafo Utama

Gema Ramadhan 2206100147

Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111

Abstrak : Electrical arc furnace yang merupakan peralatan produksi utama dalam peleburan baja juga merupakan sumber harmonisa yang dapat berpengaruh terhadap kelangsungan proses produksi. Pada pembahasan ini, akan dibahas sejauh mana pengaruh harmonisa yang diakibatkan oleh Electrical arc furnace terhadap konsumsi energi akibat perubahan konfigurasi dan pergantian trafo utama pada TR5 dari 80 MVA menjadi 100 MVA. Untuk memperkecil dampaknya terhadap sistem, maka akan dilakukan simulasi dan analisis harmonisa serta perancangan filter harmonisa untuk mereduksi harmonisa yang terkandung dalam sistem kelistrikan di pabrik tersebut dengan menggunakan ETAP (Electrical Transient Analysis Program).

Keywords:Electrical arc furnace, harmonisa, filter

I. PENDAHULUAN

PT. Ispat Indo adalah sebuah pabrik peleburan baja terbesar di Jawa Timur dengan hasil produksi berupa billet dan wire rod sebagai produk akhir. Perusahaan ini terletak di Desa Kedungturi, Taman Sepanjang Sidoarjo. Peralatan produksi utama dalam peleburan baja di pabrik ini yakni electrical arc furnace menggunakan energi listrik yang sangat besar dalam proses produksinyadan menimbulkan permasalahan pada sistem kelistrikannya. Peralatan ini menyebabkan arus fundamental tidak berbentuk sinusoidal lagi. Fenomena ini yang sering disebut dengan harmonisa. Harmonisa merupakan suatu gejala yang terjadi akibat dioperasikannya beban listrik non linier yang menghasilkan gelombang dengan frekuensi-frekuensi tinggi (merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya). Dalam upaya memperoleh efisiensi pengoperasian dan pemanfaatan sistem tenaga listrik, maka pengaruh harmonisa harus diperhitungkan. Oleh karena itu, sebagai tindakan preventif, usaha untuk menganalisis pengaruh harmonisa sangat diperlukan demi kelangsungan proses produksi pabrik tersebut. Salah satu usaha untuk mengatasi permasalahan harmonisa adalah dengan merencanakan suatu fiter harmonisa. Filter harmonisa selain dapat mereduksi distorsi harmonisa juga dapat berfungsi sebagai kompensator reaktif.

Tujuan yang hendak dicapai adalah Mengetahui dan menganalisa nilai distorsi harmonisa yang terdapat pada PT. Ispat Indo akibat perubahan konfigurasi dan pergantian trafo utama, mensimulasikan dan mengevaluasi kerja sistem sebelum dan sesudah perubahan konfigurasi dan pergantian trafo utama, mengevaluasi passive filter existing yang terpasang di sistem kelistrikan di PT. Ispat Indo, dan perancangan filter pasif tipe single tuned untuk mereduksi distorsi harmonisa. Hasil yang diperoleh diharapkan mampu memberikan solusi dan manfaat terkait permasalahan

kualitas daya akibat pengaruh harmonisa dalam dunia industri.

II. DASAR TEORI

2.1 Harmonisa pada Sistem Tenaga Listrik

Dalam sistem Tenaga listrik yang ideal, bentuk gelombang tegangan yang disalurkan ke peralatan konsumen dan bentuk gelombang arus yang dihasilkan adalah gelombang sinus murni, yang mana dalam frekuensi tunggal yang konstan dan pada level tegangan yang konstan pula. Namun dalam perkembangan beban listrik yang semakin besar dan kompleks, terutama penggunaan beban-beban tak linier, akan menimbulkan perubahan pada bentuk gelombangnya. Sehingga menyebabkan terdistorsinya gelombang arus maupun tegangan dan bentuknya menjadi cacat. Cacat gelombang ( gelombang non sinusoidal ) yang disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinus sistem dengan komponen gelombang lain lebih dikenal dengan harmonisa, yaitu komponen gelombang lain yang mempunyai frekuensi kelipatan integer dari komponen fundamentalnya seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Bentuk Gelombang Harmonisa Hasil dari Penjumlahan

(2)

2.2 Sumber Harmonisa pada Sistem Distribusi PT. Ispat Indo

Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban non linier. Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedensi dan perubahan tegangan. Sedangkan beban non linier adalah bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengan siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi). Beban non linier yang umumnya merupakan peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor, dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Proses kerja ini akan menghasilkan gangguan atau distorsi gelombang arus yang tidak sinusoidal. Sumber-sumber harmonisa tersebut dapat berasal dari pemakaian beban-beban tak linier seperti tanur busur listrik, konverter, pengontrol kecepatan motor, dll.

Pada pabrik ini terdapat beberapa sumber harmonisa, antara lain electrical arc furnace, ladle refining furnace, dan beberapa charger. Sumber harmonisa paling besar berasal dari electrical arc furnace, yakni tanur busur listrik yang berfungsi untuk melebur baja. Berikut adalah data sumber harmonisa electrical arc furnace yang berasal dari paper pada saat voltage distorsion arc furnace berada pada kondisi typical dan worst case.

Tabel 1 Data typical dan worst case harmonisa tegangan pada beban arc

furnace

2.3 Standar dalam Distorsi Harmonisa

Dalam pengaruhnya terhadap sistem kelistrikan, digunakan Total Harmonic Distortion (THD) yakni merupakan parameter harmonisa yang didefinisikan sebagai persentase total komponen harmonisa terhadap komponen fundamentalnya . Secara umum digunakan THD harmonisa dapat dituliskan sebagai berikut :

% 100 1 2 1 2 x U U THD k n      



Dimana : Un = komponen harmonisa U1 = komponen fundamental

k = komponen harmonisa maksimum yang diamati

Tabel 2 Limit Distorsi Harmonisa Arus Sesuai standar IEEE

519-1992

Tabel 3 Limit Distorsi Tegangan Harmonisa Arus Sesuai standar

IEEE 519-1992 Bus Voltage at PCC Individual Voltage

Distortion (%) THD (%) 69 kV and below 3,0 5,0 69,001 kV through 161 kV 1,5 2,5 161,001 kV and above 1,0 1,5 2.4 Filter Harmonisa

Tujuan penggunaan filter harmonisa yakni untuk mereduksi amplitudo frekuensi tertentu dari sebuah distorsi tegangan atau distorsi arus. Dengan penambahan filter harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik yang mengandung sumber-sumber harmonisa, maka penyebaran arus harmonisa ke seluruh jaringan dapat ditekan sekecil mungkin.

 Perencanaan Filter Single Tuned

Filter dengan penalaan tunggal ditala pada salah satu orde harmonisa (biasanya pada orde harmonisa rendah). Filter ini terdiri dari rangkaian seri kapasitor, reaktor dan resistor (RLC).

Impedansi dari rangkaian gambar 2(a) dinyatakan dalam persamaan :

 

      _   C L j R w Z   1

Rangkaian filter ini mempunyai impedansi yang rendah pada frekuensi resonansinya. Sebuah shunt filter dikatakan ditala pada sebuah frekuensi, jika pada frekuensi tersebut reaktansi induktif dan kapasitifnya sama dengan nol. Kualitas sebuah filter (Q) ditentukan dari ketajaman pada penalaannya. Filter dengan Q yang tinggi ditala secara tajam pada satu frekuensi harmonisa yang rendah (contohnya ke-5) dan nilai yang umum diantara 30 dan 60. Filter dengan Q yang rendah biasanya dalam batas 0,5 sampai 5 memiliki impedansi yang rendah pada jangkauan frekuensi yang lebar. Faktor kualitas (Q) filter didefinisikan sebagai perbandingan antara induktansi (atau kapasitansi) pada saat resonansi dengan besarnya resistansi.

Harmonic Orde Typical Worst Case

2 5 17 3 20 29 4 3 7.5 5 10 10 6 1.5 3.5 7 6 8 8 1 2.5 9 3 5

Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of IL ISC/IL

Individual Harmonic Order (Odd Harmonic) h<11 11h17 17h23 23h35 35h THD < 20* 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5 20 – 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8 50 – 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12 100 -1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15 > 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20 Even harmonic are limited to 25% of the odd harmonic above.

Current distortion that result in a dc, e.g. half-wave converters, are not allowed.

*_{All power generation equipment is limited to these values of current} distortion regardless of the actual ISC/IL.

Where :

ISC = maximum short circuit at PCC

IL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC

(3)

R X Q 0

dengan XL = XC = X0 pada keadaan resonansi.

Gambar 2 Rangkaian filter penalaan tunggal (a) dan

Grafik Impedansi filter terhadap frekuensi (b)

III. SISTEM KELISTRIKAN

PT. ISPAT INDO

Pabrik peleburan baja PT. Ispat Indo mendapat pasokan daya yang berasal dari PLN dengan kapasitas daya terpasang dari PLN adalah 99 MVA dan dengan tegangan 150 kV. Tegangan 150 kV tersebut diturunkan dengan dua buah transformator daya dengan kapasitas 150/150/16 MVA ( 3 winding transformer ) dan 60 MVA ( 2 winding transformer ). Untuk transformator 150/150/16 MVA menurunkan tegangan dari 150/33/11 kV, kemudian didistribusikan ke beban-beban utama seperti electrical arc furnace dan ladle refining furnace (LRF). sedangkan transformator 60 MVA menurunkan tegangan dari 150/70 kV kemudian didistribusikan ke beban-beban seperti rolling mill, motor-motor, dsb.

IV. HARMONISA DAN PERANCANGAN

FILTER PASIF

4.1 Simulasi pada Kondisi Eksisting

Pada kondisi eksisting digunakan trafo dengan rating 80 MVA pada trafo TR5. Berikut analisa aliran daya pada kondisi eksisting.

Tabel 4 Hasil simulasi aliran daya kondisi eksisting

Bus ID kV MW Mvar MVA PF(%)

Main Bus PLN 150 98.98 7.684 99.278 99.7 ABB Panel 32.954 65.088 9.147 64.84 99 Near Furnace 32.956 53.76 33.317 63.247 85 Yard 69.612 29.65 2.66 29.769 99.6 Merlin Gerin I 10.851 21.916 7.585 23.192 94.5 Schneider 10.983 7.685 6.675 10.179 75.5 Merlin Gerin II 10.852 14.202 4.964 15.044 94.4 Line A bawah 10.852 3.801 2.554 4.579 83 Crompton P. 10.984 4.572 2.989 5.462 83.7 Siemens P. 10.984 1.293 0.842 1.543 83.8 Kirloskar P. 10.85 7.713 5.123 9.259 83.3 Voltas P. II 10.85 6.828 7.005 9.782 69.8 Bus Furnace 0.7 54.596 28.722 61.69 88.5 Bus LRF 0.268 5.037 3.122 5.926 85

Dari hasil simulasi aliran daya yang dilakukan pada pola operasi kondisi eksisting, total pembebanan sistem, yakni sebesar 99.278 MVA dengan nilai faktor daya sebesar 99.74 %. Dari hasil running simulasi harmonisa dengan ETAP diperoleh tingkat distorsi harmonisa tegangan dan arus pada kondisi eksisting seperti terlihat pada tabel 5 dan tabel 6.

Tabel 5 Hasil simulasi harmonisa tegangan kondisi eksisting

Bus ID Rated kV Fund (%) RMS (%) THD (%)

Standard IEEE 519 (1992) Main bus PLN 150 100 100.05 3.2 2.5 ABB Panel 33 99.87 99.92 3.33 5 Near Furnace 33 99.87 99.92 3.33 5 Yard 70 99.44 99.50 3.39 2.5 Merlin Gerin I 11 98.65 98.84 6.19 5 Schneider 11 99.85 99.93 4.05 5 Merlin Gerin II 11 98.65 98.84 6.19 5 Line A bawah 11 98.65 98.84 6.19 5 Crompton P. 11 99.85 99.93 4.05 5 Siemens P. 11 99.85 99.93 4.05 5 Kirloskar P. 11 98.65 98.84 6.19 5 Voltas P. II 11 98.65 98.84 6.19 5 Bus Furnace 0.69 100.52 103.06 22.59 5 Bus LRF 0.27 99.38 99.38 13.16 5

Tabel 6 Hasil simulasi harmonisa arus kondisi eksisting

Bus ID Isc (kA) IL(A) Isc / IL THD (%) Standard IEEE 519 (1992) Main bus PLN 13.345 382.1 34.92 0 8 ABB Panel 58.473 1150.6 50.81 0 12 Near Furnace 58.473 1117.6 52.32 0 12 Yard 4.384 246.9 17.75 11.53 5 Merlin Gerin I 12.215 1233.9 9.89 13.48 5 Schneider 13.668 535.1 25.54 11.60 8 Merlin Gerin II 12.215 800.4 15.26 11.84 5 Line A bawah 12.215 243.6 50.14 2.55 12 Crompton P. 13.668 287.1 47.60 3.33 8 Siemens P. 13.668 81.1 168.53 31.05 15 Kirloskar P. 12.215 492.7 24.79 1.79 8 Voltas P. II 12.215 520.5 23.46 22.91 8 Bus Furnace 513.558 50907 10.08 94.06 5 Bus LRF 239.295 12750 18.76 73.17 5

Dari hasil running harmonic analysis seperti pada tabel 5 dan tabel 6 diperoleh nilai-nilai THD tegangan dan arus dari setiap bus yang telah di plot. Nilai THD tegangan dan arus pada beberapa bus masih dibawah atau tidak melebihi nilai standar. Nilai-nilai THD yang melebihi standar ditandai dengan angka yang berwarna merah. Nilai-nilai THD yang melebihi standar pada bus-bus tersebut disebabkan oleh beroperasinya beban arc furnace, yang mana menghasilkan nilai distorsi harmonisa yang tinggi.

4.2 Simulasi pada Kondisi Setelah Pergantian Trafo

Pada kondisi ini, akan dibahas hasil simulasi aliran daya dan analisa harmonisa pada sistem dengan menggunakan sebesar 100 MVA pada trafo TR5.

C L R |Z| R 1 2 R 2 PB f  /

(4)

Gambar 3 Sistem Kelistrikan PT. Ispat Indo

Pergantian trafo yang sebelumnya berkapasitas 80 MVA menjadi 100 MVA ini dimaksudkan agar pabrik dapat memaksimalkan kerja electrical arc furnace, yang mana sebelumnya hanya bekerja 75 % atau sekitar 60 MVA dari kapasitas total daya yang dimiliki electrical arc furnace. Dengan begitu hasil produksi dari pabrik dapat ditingkatkan.

Tabel 7 Hasil simulasi aliran daya kondisi sistem setelah pergantian trafo

Main Bus PLN 150 98.457 7.644 98.753 99.7 ABB Panel 32.96 63.63 9.517 64.338 98.9 Near Furnace 32.96 53.228 33.546 62.917 84.6 Yard 69.612 29.65 2.66 29.769 99.6 Merlin Gerin I 10.851 21.916 7.585 23.192 94.5 Schneider 10.983 7.685 6.675 10.179 75.5 Merlin Gerin II 10.852 14.202 4.964 15.044 94.4 Line A bawah 10.852 3.801 2.554 4.579 83 Crompton P. 10.984 4.572 2.989 5.462 83.7 Siemens P. 10.984 1.293 0.842 1.543 83.8 Kirloskar P. 10.85 7.713 5.123 9.259 83.3 Voltas P. II 10.85 6.828 7.005 9.782 69.8 Bus Furnace 0.69 53.098 27.935 59.998 88.5 Bus LRF 0.268 5.037 3.122 5.926 85

Hasil running aliran daya pada kondisi setelah pergantian trafo dapat dilihat pada tabel 7. Total pembebanan sistem pada Main bus PLN 98.753 MVA dengan faktor daya 99.74 %. Rugi-rugi daya pada jaringan sebesar 0.511 MW dan 10.570 Mvar. Dari hasil running simulasi harmonisa dengan ETAP diperoleh tingkat distorsi harmonisa tegangan dan arus pada kondisi eksisting seperti terlihat pada tabel 8 dan tabel 9.

Tabel 8 Hasil simulasi harmonisa tegangan kondisi sistem setelah

pergantian trafo

Standard IEEE 519 (1992) Main bus PLN 150 100 100.04 2.89 2.5 ABB Panel 33 99.87 99.92 3 5 Near Furnace 33 99.87 99.92 3 5 Yard 70 99.44 99.49 3.06 2.5 Merlin Gerin I 11 98.65 98.80 5.58 5 Schneider 11 99.85 99.91 3.65 5 Merlin Gerin II 11 98.65 98.80 5.58 5 Line A bawah 11 98.65 98.80 5.58 5 Crompton P. 11 99.85 99.91 3.65 5 Siemens P. 11 99.85 99.91 3.65 5 Kirloskar P. 11 98.65 98.80 5.58 5 Voltas P. II 11 98.65 98.80 5.58 5 Bus Furnace 0.7 101.40 102.54 22.71 5 Bus LRF 0.27 99.38 100.24 13.16 5

Tabel 9 Hasil simulasi harmonisa arus kondisi sistem setelah pergantian

trafo

Bus ID Isc (kA) IL(A) Isc / IL THD (%) Standard IEEE 519 (1992) Main bus PLN 13.345 380.1 35.10 0 8 ABB Panel 58.473 1127.1 51.87 0 12 Near Furnace 58.473 1088.6 53.71 0 12 Yard 4.384 246.9 17.75 10.39 5 Merlin Gerin I 12.215 1233.9 9.89 12.14 5 Schneider 13.668 535.1 25.54 10.46 8 Merlin Gerin II 12.215 800.4 15.26 10.75 5 Line A bawah 12.215 243.6 50.14 2.55 12 Crompton P. 13.668 287.1 47.60 3.01 8 Siemens P. 13.668 81.1 168.53 28.06 15 Kirloskar P. 12.215 492.7 24.79 1.07 8 Voltas P. II 12.215 520.5 23.46 20.73 8

(5)

Bus ID Isc (kA) IL(A) Isc / IL THD (%) Standard IEEE 519 (1992) Bus Furnace 616.589 50203 12.28 85.72 5 Bus LRF 239.295 12750 18.76 71.83 5

Sama seperti kasus sebelumnya, THD yang tinggi ini diakibatkan beroperasinya beban electrical arc furnace. Sebagai salah satu arcing devices pada sistem kelistrikan, electrical arc furnace memang terkenal sebagai beban yang menghasilkan distorsi harmonisa yang sangat besar. Hal ini dikarenakan electrical arc furnace memiliki kapasitas besar yang disatukan dalam satu tempat. Penurunan nilai VTHD dan THD arus pada bus-bus yang telah diplot disebabkan juga oleh pergantian trafo menjadi 100 MVA, karena semakin besar rating trafo maka nilai Z impedansi pada trafo tersebut akan semakin besar. Hal ini akan menyebabkan nilai THD yang akan ditimbulkan juga akan menurun. Karena semakin besar nilai impedansi pada trafo tersebut akan menghambat jalan bagi arus harmonisa untuk menyebar.

4.3 Evaluasi Kinerja Pasif Filter Eksisting yang Terpasang di Sistem Kelistrikan PT. Ispat Indo

Pada kondisi eksisting di sistem kelistrikan PT. Ispat Indo, terdapat satu pasif filter single tuned 3rd yang terpasang di bus ABB Panel 33 kV. Sesuai dengan spesifikasinya, pasif filter ini berfungsi untuk meredam atau mereduksi distorsi harmonisa yang terjadi pada orde ke 3 atau frekuensi pada frekuensi 150 Hz. Namun pada hasil simulasi yang telah dilakukan pada kondisi eksisting dengan kapasitor bank maupun tanpa kapasitor bank, dapat dilihat dan dicermati tidak terdapat distorsi harmonisa untuk orde ke 3. Orde-orde dominan yang muncul yakni orde 2, 4, 5 dan 7. Orde dominan tersebut muncul di bus tempat sumber harmonisa berada, untuk pengaruh terhadap bus lainnya hanya orde 2 dan orde 4 saja.

Secara keseluruhan pasif filter eksisting pada bus ABB Panel tersebut hanya membantu meningkatkan nilai faktor daya pada sistem kelistrikan di PT. Ispat Indo dan tidak mereduksi distorsi harmonisa yang ada . Oleh karena itu dibutuhkan pergantian atau re-konfigurasi pasif filter yang ada dengan pasif filter yang baru, sehingga dapat mereduksi dengan optimal distorsi harmonisa yang terjadi.

4.4 Perencanaan Filter Harmonisa

Untuk mengurangi distorsi harmonisa yang terjadi pada sistem kelistrikan PT. Ispat Indo akan direncanakan filter harmonisa jenis passive filter. Passive filter merupakan salah satu solusi yang sangat efektif dan banyak digunakan untuk mereduksi distorsi harmonisa. Untuk sistem yang memiliki peralatan yang mengandung sumber harmonik, kompensasi daya reaktif untuk perbaikan faktor daya akan dipasang bersama sebagai filter harmonik. selain dapat memperbaiki faktor daya sistem, filter juga berfungsi mereduksi arus harmonik yang ada di sistem.

Dalam pemasangan filter harmonisa, sebaiknya filter dipasang dekat dengan sumber arus harmonisa. Hal ini dilakukan dengan harapan filter dapat menyerap arus harmonisa yang berasal dari sumber harmonisa dengan baik. Pada perencanaan filter kali ini, nilai kvar kapasitor bank eksisting yakni sebesar 24 Mvar akan digunakan untuk merancang filter dan kapasitor bank tersebut direncanakan akan di off-kan. Filter yang akan dirancang adalah single-tuned orde 2 dan single-single-tuned orde 4.

Pada frekuensi penalaan yang telah ditetapkan, perancangan filter pasif jenis single tuned ini merupakan kombinasi filter pasif yang lebih baik bila dibandingkan dengan kombinasi lainnya, sehingga menjadi jalan bagi arus-arus harmonisa pada frekuensi diatas frekuensi penalaan yang ada dijaringan dan akan memperbaiki plot impedansi jaringan.

 Perhitungan Filter Single Tuned

Single-tuned 2nd 20000 kvar dan single-tuned 4th 4000 kvar direncanakan akan dipasang di bus ABB Panel. Nilai komponen kapasitor, resistor dan induktor dapat dihitung sebagai berikut :

1. Single Tuned Orde Dua

 Kapasitor 𝐼_𝐿= 𝑄𝑐 3 𝑉𝐿𝐿 = 20000 3 × 33 = 349.90 𝐴 𝐼_𝐶 = 𝐼_𝐿 𝑋𝐶 = 𝑉_𝐿−𝑁 𝐼𝐶 = 33.000 3 × 349.90= 54.45 Ω 𝐶 = 1 𝜔0𝑋𝐶 = 1 2 × 3.14 × 50 × 54.45= 58.45 µ𝐹  Induktor

Pada frekuensi resonansi 𝑋0 = 𝑋𝐿= 𝑋𝐶 , maka frekuensi

resonansi f = 100 Hz , n = 2 𝑋₀= 𝜔_𝑛𝐿 = 1 𝜔_𝑛𝐶= 𝐿 𝐶 𝐿 = 1 (𝜔_𝑛)2_𝐶= 1 (2 × 3.14 × 100)2_{× 58.45 × 10}−6 = 43.33 𝜇𝐻 𝑋𝐿= 𝜔 𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 43.33 × 10−6= 13.61 Ω  Resistor

Faktor kualitas filter (Q), untuk filter single tuned berkisar dipilih nilai Q antara 30-60.semakin besar nilai Q semakin tajam grafik impedansi filter atau semakin rendah nilai impedansi filter pada frekuensi resonansi. Pada perencanaan filter ini akan dipilih nilai Q = 40.

𝑅 = 𝑋𝐿. 𝑛 𝑄 =

13.61 × 2

40 = 0.6805 Ω

Spesifikasi Single-tuned orde 2 yang akan dipasang pada bus ABB Panel :

 Kapasitor : 58.45 𝜇𝐹  Induktansi : 43.33 𝑚𝐻  Resistansi : 0.6805 Ω

(6)

2. Single Tuned Orde Empat  Kapasitor 𝐼𝐿= 𝑄_𝑐 3 𝑉𝐿𝐿 = 4000 3 × 33 = 69.98 𝐴 𝐼𝐶= 𝐼𝐿 𝑋_𝐶 = 𝑉𝐿−𝑁 𝐼_𝐶 = 33.000 3 × 69.98= 272.257 Ω 𝐶 = 1 𝜔0𝑋𝐶 = 1 2 × 3.14 × 50 × 272.257= 11.69 µ𝐹  Induktor

Pada frekuensi resonansi 𝑋0 = 𝑋𝐿= 𝑋𝐶 , maka

frekuensiresonansi f = 200 Hz , n = 4 𝑋₀= 𝜔_𝑛𝐿 = 1 𝜔𝑛𝐶 = 𝐿 𝐶 𝐿 = 1 (𝜔_𝑛)2_𝐶= 1 (2 × 3.14 × 200)2_{× 11.69 × 10}−6 = 54.16 𝜇𝐻 𝑋_𝐿= 𝜔 𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 54.16 × 10−6_{= 17.02 Ω}  Resistor 𝑅 = 𝑋𝐿. 𝑛 𝑄 = 17.02 × 4 40 = 1.702 Ω

Spesifikasi Single-tuned orde 4 yang akan dipasang pada bus ABB Panel :

 Kapasitor : 11.69 𝜇𝐹  Induktansi : 54.16 𝑚𝐻  Resistansi : 1.702 Ω

4.5 Simulasi Kondisi Eksisting Setelah Pemasangan Filter

Hasil simulasi aliran daya pada beberapa bus setelah pemasangan single-tuned orde 2 dan single-tuned orde 4 di bus ABB Panel dapat dilihat pada Tabel 4.10. Dari hasil simulasi aliran daya dapat dilihat faktor daya pada Main bus PLN bernilai 99.5 %, dengan rugi-rugi pada jaringan sebesar 0.473 MW dan 10.029 Mvar.

Tabel 10 Hasil simulasi aliran daya kondisi eksisting setelah pemasangan

filter

Main Bus PLN 150 88.888 8.922 89.335 99.5 ABB Panel 32.972 54.106 33.248 63.505 85.2 Near Furnace 32.972 53.781 33.331 63.272 85 Yard 69.612 29.65 2.66 29.769 99.6 Merlin Gerin I 10.851 21.916 7.585 23.192 94.5 Schneider 10.983 7.685 6.675 10.179 75.5 Merlin Gerin II 10.852 14.202 4.964 15.044 94.4 Line A bawah 10.852 3.801 2.554 4.579 83 Crompton P. 10.984 4.572 2.989 5.462 83.7 Siemens P. 10.984 1.293 0.842 1.543 83.8 Kirloskar P. 10.85 7.713 5.123 9.259 83.3 Voltas P. II 10.85 6.828 7.005 9.782 69.8 Bus Furnace 0.694 53.679 28.24 60.654 88.5 Bus LRF 0.268 5.038 3.122 5.927 85

Tabel 11 Hasil simulasi harmonisa tegangan kondisi eksisting setelah

pemasangan filter

Tabel 12 Hasil simulasi harmonisa arus kondisi eksisting setelah

pemasangan filter

Bus ID Fund (A) RMS (A) THD (%)

Standard IEEE 519 (1992) Main bus PLN 948.18 948.18 0 8 ABB Panel 228.97 228.97 0 12 Near Furnace 1108.21 1108.21 0 12 Yard 114.88 115.11 6.29 5 Merlin Gerin I 183.44 183.95 7.43 5 Schneider 64.95 65.17 8.27 8 Merlin Gerin II 766.99 768.57 7.01 5 Line A bawah 243.62 243.70 2.54 8 Crompton P. 287.13 287.19 1.91 8 Siemens P. 81.12 82.28 17 15 Kirloskar P. 492.64 492.69 1.37 8 Voltas P. II 386.64 389.98 13.18 8 Bus Furnace 1108.21 1596.2 103.66 5 Bus LRF 320.81 380.15 63.57 5

Dari hasil simulasi harmonisa, nilai THD tegangan pada beberapa bus setelah pemasangan filter single-tuned orde 2 dan single-tuned orde 4 bus di bus ABB Panel dapat dilihat pada Tabel dapat dilihat pada Tabel 4.11. Dengan penambahan filter pada bus ABB Panel nilai THD tegangan sudah tereduksi dengan baik, namun nilai THD tegangan pada bus Furnace dan bus LRF masih melebihi standar. Hal ini dikarenakan di dalam kedua bus merupakan sumber harmonisa yakni electrical arc furnace dan ladle refinnning furnace. Pada bus tersebut tidak mungkin dilakukan pemasangan filter karena dikhawatirkan akan mengakibatkan daya reaktif yang berlebihan, sehingga beban-beban tersebut tidak dapat beroperasi sebagaimana mestinya.

Hasil analisis untuk THD arus dapat dilihat pada Tabel 4.12. Setelah pemasangan filter pada bus ABB Panel, THD arus pada beberapa bus nilainya masih berada di atas standar. Dalam perancangan filter sebelumnya sudah di usahakan agar nilai THD arus tersebut tereduksi dengan baik, namun hanya THD tegangan pada beberapa bus saja yang nilai distorsinya dapat direduksi.

(7)

Berikut adalah spektrum tegangan dan karakteristik impedansi dari Main Bus PLN setelah dilakukan pemasangan filter harmonisa.

Gambar 4 Spektrum Harmonisa Tegangan Main Bus PLN Kondisi

Eksisting Setelah Pemasangan Filter

Gambar 5 Karakteristik Impedansi Main Bus PLN Kondisi Eksisting

Setelah Pemasangan Filter

4.6 Simulasi Kondisi Setelah Pergantian Trafo Akibat Pemasangan Filter

Hasil simulasi aliran daya pada beberapa bus setelah pemasangan filter di bus ABB Panel dapat dilihat pada Tabel 4.13. Dari hasil simulasi aliran daya dapat dilihat faktor daya pada Main bus PLN bernilai 99.5 %, dengan rugi-rugi pada jaringan sebesar 0.488 MW dan 10.572 Mvar.

Tabel 13 Hasil simulasi aliran daya kondisi setelah pergantian trafo akibat

pemasangan filter

Main Bus PLN 150 88.373 8.871 88.817 99.5 ABB Panel 32.948 53.508 33.583 63.174 84.7 Near Furnace 32.976 53.249 33.56 62.942 84.6 Yard 69.612 29.65 2.66 29.769 99.6 Merlin Gerin I 10.851 21.916 7.585 23.192 94.5 Schneider 10.983 7.685 6.675 10.179 75.5 Merlin Gerin II 10.852 14.202 4.964 15.044 94.4 Line A bawah 10.852 3.801 2.554 4.579 83 Crompton P. 10.984 4.572 2.989 5.462 83.7 Siemens P. 10.984 1.293 0.842 1.543 83.8 Kirloskar P. 10.85 7.713 5.123 9.259 83.3 Voltas P. II 10.85 6.828 7.005 9.782 69.8 Bus Furnace 0.69 53.119 27.945 60.021 88.5 Bus LRF 0.268 5.038 3.122 5.927 85

Dari hasil simulasi harmonisa, nilai THD tegangan pada beberapa bus setelah pemasangan filter dapat kita lihat pada Tabel 4.14.

Tabel 14 Hasil simulasi harmonisa tegangan kondisi setelah pergantian

trafo akibat pemasangan filter

Tabel 15 Hasil simulasi harmonisa arus kondisi setelah pergantian trafo

akibat pemasangan filter

Bus ID Fund (A) RMS (A) THD (%)

Standard IEEE 519 (1992) Main bus PLN 938.86 938.86 0 8 ABB Panel 226.98 226.98 0 12 Near Furnace 1102.41 1102.41 0 12 Yard 114.88 115.06 5.63 5 Merlin Gerin I 183.44 183.85 6.65 5 Schneider 64.95 65.13 7.42 8 Merlin Gerin II 766.99 768.57 6.43 5 Line A bawah 243.62 243.70 2.52 8 Crompton P. 287.13 287.18 1.71 8 Siemens P. 81.12 82.05 15.20 15 Kirloskar P. 492.64 492.69 1.34 8 Voltas P. II 386.64 389.40 11.96 8 Bus Furnace 1102.41 1509.52 93.54 5 Bus LRF 320.81 379.95 63.46 5

Dengan penambahan filter pada bus ABB Panel nilai THD tegangan sudah tereduksi dengan baik, namun nilai THD tegangan pada bus Furnace dan bus LRF masih melebihi standar. Hal ini dikarenakan pada kedua bus tersebut terdapat dua sumber harmonisa. Jika dibandingkan dengan THD tegangan pada bus-bus yang telah diplot pada kondisi eksisting setelah pemasangan filter single tuned, terjadi penurunan nilai THD. Besar penurunan sekitar 0.19% - A.34%. Penurunan Hal ini terjadi tentu karena pemasangan filter, di sisi lain pergantian trafo turut berperan serta dalam penurunan THD.

Dari hasil simulasi, untuk nilai THD arus pada beberapa bus yang dijadikan fokus perhatian dapat dilihat pada Tabel 4.15. Nilai THD arus yang terjadi masih melebihi nilai standar yang diijinkan. Hanya beberapa bus saja yang nilai THD arusnya dibawah standar. Dalam perancangan filter sebelumnya sudah di usahakan agar nilai THD arus tersebut tereduksi dengan baik, namun hanya THD tegangan pada beberapa bus saja yang nilai distorsinya dapat direduksi. Kasus ini sama yang terjadi pada kondisi

(8)

eksisting dengan pemasangan filter harmonisa. Jika dibandingkan dengan THD arus pada kondisi eksisting setelah pemasangan filter, terjadi penurunan nilai THD arus. Namun penurunan ini tidak signifikan. Hanya berkisar antara 0.03% - 10.12%. Berikut adalah spektrum tegangan dan karakteristik impedansi dari Main Bus PLN setelah dilakukan pemasangan filter harmonisa.

Gambar 6 Spektrum Harmonisa Tegangan Main Bus PLN Kondisi Setelah

Pergantian Trafo Akibat Pemasangan Filter

Gambar 7 Spektrum Harmonisa Tegangan Main Bus PLN Kondisi

Eksisting Setelah Pemasangan Filter

V. KESIMPULAN DAN SARAN

Dari hasil simulasi dan analisis yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari data yang telah disimulasikan dan dianalisis bahwa pereduksian harmonisa pada beberapa bus dengan melakukan penambahan filter harmonisa single tuned orde dua dan single tuned orde 4 dapat mereduksi THD tegangan di seluruh bus pada kondisi eksisting dan kondisi sistem setelah pergantian trafo. Untuk THD arus pada kondisi eksisting dan kondisi setelah pergantian trafo, nilai THD-nya dapat mengalami penurunan walaupun masih melebihi standar IEE 519 (1992). 2. Semakin besar rating trafo, dapat mengurangi distorsi

harmonisa karena semakin besar nilai Z impedansi pada trafo maka semakin kecil arus harmonik yang melewati trafo. Hal ini akan menurunkan tingkat distorsi akibat arus harmonik tersebut. Oleh karena itu Pergantian trafo dari 80 MVA menjadi 100 MVA dapat mengurangi distorsi harmonisa yang terjadi pada sistem kelistrikan PT. Ispat Indo.

3. Penggunaan Filter untuk mereduksi nilai distorsi harmonisa pada sistem kelistrikan PT. Ispat Indo menggunakan filter dengan tipe single tuned orde dua dan single tuned orde 4. Filter diset pada orde tersebut karena merupakan orde harmonik dominan yang terjadi.

4. Fenomena resonansi paralel yang sebelumnya terjadi pada kondisi eksisting telah hilang akibat kenaikan rating trafo dan penggunaan filter.

Berikut adalah beberapa saran yang perlu dipertimbangkan : 1. Kapasitor bank yang terdapat pada bus Furnace

sebaiknya jangan dipasang sebagai kapasitor bank murni yang hanya berfungsi meningkatkan faktor daya saja tetapi dipasang bersama rangkaian induktor dan resistor sebagai filter harmonisa supaya dapat menjaga keseimbangan sistem.

2. Perlunya dilakukan rekonfigurasi filter karena filter eksisting yang ada tidak mampu meredam distorsi harmonisa yang terjadi.

3. Perlu dipertimbangkan untuk mengganti trafo TR3 dan trafo TR15, hal ini diakibatkan pada kondisi eksisting saat dilakukan simulasi load flow kedua trafo tersebut mengalami overload, sehingga dikhawatirkan akan mudah terbakar. Hal ini tentu perlu sangat dipertimbangkan agar kelangsungan proses produksi pabrik tetap terjaga dengan baik.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1]. Arrillaga, J, D. A. Bradley, P. S. Bodger. “Power System Harmonics”. John Wiley & Sons. 1985. [2]. Das, J. C. “Passive Filters – Potentialities and

Limitations”. IEEE Transactions on Industry Applications. vol. 40. no. 1. Januari/Februari 2004. [3]. Dugan, R. C, M. F. McGranaghan, H. W. Beaty.

“Electrical Power System Quality”. New York : McGraw-Hill. 1996.

[4]. IEEE Std. 519-1992 - Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems.

[5]. Mendis S. R and Gonzalez D. A. “Harmonic in and Arc Transient Overvoltage Analyses Furnace Power Systems”. IEEE transactions on industry applications,vol. 28, No. 2, March / April 1992.

[6]. Nguyen, T.T. ” Optimal Harmonic Filter Design Procedure”. Electric Power Systems Research. 23 page 217- 22. Elsevier. 1992.

RIWAYAT HIDUP

Gema Ramadhan dilahirkan di kota

Wamena, 24 April 1988. Penulis adalah anak ke-2 dari pasangan Bapak Suhardi dan Ibu Ida Farida. Penulis Menempuh jenjang pendidikan di SD Negeri Wamena tahun 1994-2000, setelah itu penulis melanjutkan pendidikan di SLTPN 1 Fakfak tahun 2000-2003, kemudian melanjutkan pendidikan di SMUN Negeri 3 Jayapura tahun 2003-2006. Setelah lulus, penulis melanjutkan studinya di Jurusan Teknik Elektro, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.