STUDI PENINGKATAN KAPASITAS SUPLAI PENYULANG STUDI KASUS DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM (Persero)

(1)

Studi Peningkatan Kapasitas Suplai Penyulang Studi Kasus Di PT

Indonesia Asahan Aluminium (Persero)

Edi Mugiono, Syafruddin HS

Magister Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara edimugiono12@gmail.com

Abstrak

Produksi aluminium PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM (Persero) saat ini terbatas pada desain awal yaitu 250.000 ton/tahun. 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). Penelitian menganalisis kemungkinan kapasitas tambahan untuk meningkatkan produksi. Hasil analisis menunjukan arus searah yang disuplai dapat mencapai 255 kA dengan peedaman 0.082-0.78% distorsi harmonic menggunakan capasitor bank. Peningkatan arus searah dari 193 kA menjadi 255 kA dapat meningkatkan produksi aluminium.

Kata Kunci:MTR, LVR,rectiformer, peningkatan kapasitas.

Abstract

Aluminium production of PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM (Persero) is about 250,000 ton/year. DC current supply on reduction pot on building 3 is 193 kA supplied by the main transformer (MTR), Load Voltage Regulator (LVR), and rectiformer. This paper analyzes the possible production improvement by changing these components. The analysis results show that the supply current can be increased up to 255 kA with distorting harmonic reduction 0.081-0.78% by using capasitor bank. This current improvement may result production increment.

Keywords:MTR, LVR, rectiformer, capacity improvement.

1. PENDAHULUAN

Pada pabrik peleburan aluminium, jumlah aluminium yang dapat diproduksi akan berbanding lurus dengan besar arus listrik DC yang mengalir pada tungku-tungku reduksi. Berdasarkan studi yang dilakukan oleh KANNAK Swiss (konsultan teknologi peleburan Aluminium), tungku reduksi Inalum masih mampu beroperasi hingga 255 kA dengan beberapa modifikasi pada konstruksinya [1].

Namun saat ini arus maksimum yang dapat disuplai ke Gedung reduksi no.3 hanya sebesar 193 kA karena kapasitas suplai peralatan yang terpasang seperti MTR , LVR danRectiformeruntuk suplai gedung reduksi no.3 tidak mencukupi lagi khususnya faktor daya LVR hanya sebesar 0,88 lagging. Peningkatan kapasitas suplai harus dilakukan dengan mempertimbangkan semua aspek penting terkait dengan kelangsungan operasional perusahaan seperti kehandalan sistem, faktor biaya dan manfaat yang akan diperoleh sehingga harus juga mengoptimalkan peralatan yang ada dan melakukan efisiensi pemakaian energi listrik [2].

Upaya yang dilakukan adalah dengan meningkatkan kapasitas suplai MTR menjadi 230 MVA dengan target arus sebesar 255 kA, penambahan Load Voltage Regulator dan penyearahnya sebesar 45 MVA atau setara dengan 45 kA. Selanjutnya perbaikan faktor daya LVR dari 0,88 menjadi minimum 0,95 lagging dengan arus minimum 210 kA.

Untuk melaksanakan penggantian transformator dalam rangka untuk meningkatkan kapasitas suplainya harus mempertimbangkan usia transformator. Usia transformator daya umumnya

bervariasi dari 25~50 tahun dan sebagai pertimbangan lainnya untuk penggantian adalah historical pembebanan, waktu operasi, catatan gangguan serta ketersediaan suku cadang [3]. Disamping usia pemakaian, kondisi transformator juga bisa dijadikan dasar untuk penggantian transformator. Indikasi kondisi transformator bisa diketahui berdasarkan hasil pengujian Dissolved Gas Analysis (DGA), catatan pemeliharaan, data pabrikan atau karakteristik spesifikasi desain, kondisi bushing, arrester, cooling system dan pendapat ahli [4]. Untuk menentukan penggantian transformator bisa juga dilakukan dengan analisis risiko yang mempertimbangkan kemungkinan terjadinya kegagalan dan dampak yang ditimbulkan dari kegagalan tersebut [5]. Atas dasar pertimbangan transformator daya di penyulang sudah beroperasi lebih dari 36 tahun, kondisi dan analisis risikonya, maka penggantian sudah layak dilakukan dan ditingkatkan rated dayanya untuk meningkatkan kapasitas suplai arus menjadi 255 kA.

(2)

2. PERALATAN PENINGKATAN KAPASITAS

Peralatan utama yang dibutuhkan untuk peningkatan kapasitas suplai arus listrik ke tungku reduksi adalah transformator daya, load voltage regulator(LVR) dan penyearah (rectifier).

Gardu Induk PT. INALUM (Persero) memiliki 4 unit LVR yang masing-masing berkapasitas 182 MVA. LVR merupakan transformator pengatur tegangan yang berfungsi untuk mengatur dan menjaga tegangan keluaran transformator sesuai dengan kebutuhan transformator penyearah. Setiap gedung reduksi dilayani oleh 1 unit LVR. Pada LVR terdapat 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 gedung reduksi pada saat startup pot. Spesifikasi dari LVR adalah sebagai berikut:

1. Kapasitas : 182 MVA

2. Frekuensi : 50 Hz

3. Jumlah Fasa : 3

4. Rated Tegangan : 33 kV

5. RatedArus : 3184 A

6. Jenis Koneksi : Δ / Δ

(delta/delta)

7. Jenis pendinginan : OFAF

Transformator penyearah akan mengubah arus bolak balik AC menjadi arus searah DC yang akan disuplai ke gedung reduksi. Pada sistem INALUM peralatan penyearah yang digunakan adalah penyearah silikon (Silicon Rectifier/SR) 36 pulsa. Sebelum arus bolak balik keluaran Transformator LVR disearahkan, tegangannya diturunkan dan digeser fasanya oleh transformator tiga belitan penggeser fasa. Pemasangan transformator penggeser fasa dan penyearah silikon dikopeling menjadi satu bagian yang disebut transformator penyearah.

Berikut spesifikasi silicon rectifier yang terpasang di PT INALUM :

1. Rating kapasitas : 35.9 MVA 2. Rating tegangan primer (AC) : 33

kV

3. Rating teg. sekunder/tertier (AC) : 686 V 4. Rating arus primer (AC) : 628

A

5. Rating arus sekunder/tertier (AC) : 6 x 8720 A

3. METOLOGI PENELITIAN

Obyek yang digunakan dalam penelitian ini

Perhitungan aliran beban seimbang dilakukan dengan memodelkan sistem ketenagalistrikan PT Inalum, mulai dari pembangkit, transmisi, beban smelter, hingga penyederhanaan sistem PLN yang terinterkoneksi dengan sistem Inalum, menggunakansoftwareETAP 12.0. Kemudian data hasil simulasi tersebut akan diolah menggunakan

software Microsoft Excel 2010 dan

didokumentasikan serta dipublikasikan dalam bentuk tulisan menggunakan software Microsoft Word 2010.

Peralatan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Softwaresimulasi ETAP.

2. Microsoft Excel dan Microsoft Word. 3. Power Quality Meter.

4. Perhitungan manual untuk menentukan kapasitas transformator utama, menentukan besaran tambahan load voltage regulator dan transformator penyearah (rectiformer) serta pemilihan capacitor bankyang sesuai.

Berikut adalah perbandingan peralatan yang akan dijadikan obyek kajian untuk meningkatkan kapasitas suplai arus dari 193 kA menjadi 255 kA pada gedung reduksi no.3 seperti dijelaskan pada Tabel 1.

Tabel 1Perbandingan peralatan

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Model Sistim

Kapasitas desain diperoleh secara kalkulasi dengan menggunakan data-data yang tercatat di sistim SCADA Inalum dan persamaan umum dalam energi listrik. Gambar 1 merupakan modeling sistem dalam diagram satu garis kondisi sebelum dan sesudah peningkatan kapasitas.

(a) (b)

Gambar 1. (a) Diagram Satu Garis Kondisi Saat

(3)

penelitian. Permodelan sistem tenaga listrik Inalum dilaksanakan dengan menggunakansoftwareETAP 12.0. Setelah seluruh parameter diinputkan ke model sistem pada ETAP 12.0, simulasi aliran daya dilakukan untuk menguji kesesuaian model sistem. Pengujian dilakukan beberapa kali diantaranya simulasi aliran daya pada tanggal 15 Oktober 2016 dengan hasil seperti pada Gambar 2.

A Bus

B Bus Kuala Tanjung 275kV

MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar

SCADA 432.4 63.1 -170.6 -2.4 0 0 -133 18.3 -142 -14.4 12.5 -10.6 272.1

Simulated 433 61.2 -169.2 -2.4 0 0 -132.3 18.3 -141.9 -14.1 11.5 -8.1 271.7

Supply Load Kuala Tanjung* Load PLN

Source From TK Line 114km 1MTR 2MTR 3MTR 4MTR PLN V bus KT

Gambar 2.Data Aliran Daya Data SCADA dan

Simulasi ETAP

Simulasi selanjutnya dilaksanakan dengan mengambil data rugi-rugi transmisi pada SCADA pada tanggal 17 Desember 2016 dan dibandingkan dengan hasil simulasi seperti pada Gambar 3.

MW MVar MW MVar MW MVar MW MVar

565.05 64,97 7,8 10,6 7,7 10,5 550,3 43,8

564,8 64,4 7,7 10,4 7,7 10,4 549,4 43,6

Sumber

Pengukuran Simulasi

Sending Side TK 1L TK 2L Receiving Side

Gambar 3Perbandingan Rugi-rugi Transmisi Hasil

Pengukuran dan Simulasi

Hasil perbandingan data pengukuran pada SCADA dan data simulasi pada Software ETAP menunjukkan kondisi data yang relatif sama, sehingga tingkat akurasi analisis dapat dianggap yang sangat baik.

Gambar 4 menunjukkan kondisi saat ini dimana pada kondisi tersebut aliran daya reaktifnya mengalir cukup besar melalui LVR yaitu sebesar 78.5 MVAR sehingga menambah pembebanan transformator LVR. Hal ini mengakibatkan arus sekunder LVR sebesar 3.165,6 A, mendekati arus rating maksimum 3.180 A dengan suplai arus DC ke tungku reduksi no.3 sebesar 193.4 kA. Sedangkan faktor dayanya hanya 0,88 lagging dengan tegangan pada bus incoming sebesar 272,9 kV dan pada bus 33 kV sebesar 33,1 kV.

Hasil simulasi dengan penambahan MTR 230 MVA yang baru dibebani dengan kondisi arus 193 kA dibandingkan dengan kondisi sebelumnya, dengan suplai arus yang sama yaitu sebesar 193 kA dijelaskan pada Tabel 2.

146,6 10,7

0,0 92,1 145,5 83,6 1591,5 33,4 2925,7 33,1

145,4 78,6 3165,0 30,1

145,4 78,5 0,0 0,0 3165,0 30,1 0,0 30,0

23,6 0,0

Gambar 4Aliran Daya Kondisi Maksimum 193

kA

Tabel 2Kondisi Sebelum dan Sesudah

Pemasangan MTR 230 MVA

Kondisi Lokasi P

Pry MTR 146,6 10,7 147,0 0,997 311,1 272,9 1,08%

Sry MTR 146,3 -6,6 146,4 0,999 2533,4 33,4 1,60%

Pry LVR 145,5 83,6 167,8 0,867 2925,7 33,1 1,46%

Sry LVR 145,4 78,6 165,3 0,880 3165,6 30,1 1,48%

Cap Bank Eksisting 92,1 92,1 0,000 1591,5 33,4

Cap Bank Baru

Gedung Reduksi 145,4 78,6 165,3 0,880 3165,6 30,1 1,48%

Pry MTR 147,4 7,1 147,6 0,999 312,0 273,1 1,10%

Sry MTR 147,1 -6,6 147,3 0,999 2541,1 33,5 1,75%

Pry LVR 146,4 84,1 168,9 0,867 2934,6 33,2 1,62%

Sry LVR 146,3 79,0 166,3 0,880 3175,2 30,2 1,61%

Cap Bank Baru

Gedung Reduksi 146,3 79,0 166,3 0,880 3175,2 30,2 1,61%

(Sebelum)

Secara umum keadaan sistem tidak mengalami perubahan yang signifikan. Hanya ada kenaikan daya reaktif disisi sekunder LVR dari 78,6 menjadi 79 MVAR dan kenaikan arus pada sisi primer LVR dari 2.925,7 A menjadi 2.934,6 A yang disebabkan oleh meningkatnya kapasitas MTR dari 182 MVA menjadi 230 MVA yang disumbangkan oleh penambahan bebanauxiliaryMTR.

Kenaikan arus suplai ke tungku reduksi juga mengalami kenaikan dari 3165,6 A menjadi 3175,2 A yang dapat dikonversi ke arus DC dari 193 kA menjadi 195 kA. Namun karena keterbatasan rated arus maka arus ke gedung reduksi hanya bisa 193 kA. Sedangkan untuk faktor daya kedua kondisi tersebut sama yaitu 0,88 lagging.

(4)

Tabel 3Kondisi Sebelum dan SesudahCapacitor BankTerhubung ke Sistem

Kondisi Lokasi P

Pry MTR 147,4 7,1 147,6 0,999 312,0 273,1 1,10%

Sry MTR 147,1 -6,6 147,3 0,999 2541,1 33,5 1,75%

Pry LVR 146,4 84,1 168,9 0,867 2934,6 33,2 1,62%

Sry LVR 146,3 79,0 166,3 0,880 3175,2 30,2 1,61%

Cap Bank Baru

Gedung Reduksi 146,3 79,0 166,3 0,880 3175,2 30,2 1,61%

Pry MTR 166,4 0,7 166,4 1,000 352,0 273,0 0,51%

Sry MTR 166,0 -17,2 166,9 0,995 2899,8 33,2 2,41%

Pry LVR 165,4 11,5 165,8 0,998 2890,4 33,1 2,18%

Sry LVR 165,2 6,5 165,4 0,999 3179,4 30,0 1,54%

Cap Bank Baru 82,8 82,8 0,000 1591,7 30,0

Gedung Reduksi 165,2 6,5 187,7 0,880 3610,3 30,0 1,53%

(Sebelum)

Dengan penambahan kapasitor bank ini sangat berpengaruh terhadap perbaikan faktor daya sistem yaitu dari 0,88 pf menjadi 0,999 pf dengan perubahan arus pada sisi sekunder LVR sebesar 4,2 ampere dari 3.175,2 A menjadi 3.179,4 . Namun arus pada tungku reduksi naik cukup signifikan menjadi 3.610,3 A atau setara dengan 220,8 kA DC. Hal ini juga terlihat dari perubahan daya aktif yang sangat signifikan pada sisi sekunder LVR yaitu dari 146,3 MW menjadi 165,2 MW.Total Harmonic Distortiontegangan (THDv) juga mengalami perbaikan dari 1,61% menjadi 1,53%.

Tabel 4 menunjukkan hasil proses switching LVR baru untuk terhubung ke sistem. Dari Tabel 4.3 dapat diketahui bahwa faktor daya pada sisi sekunder telah mencapai optimum yaitu 0,99 lagging pada saat kapasitor bank terhubung ke sistem dan menjadi 1.0 pf pada saat LVR baru baru dibebani sehingga kondisi sistem menjadi lebih stabil.

Tabel 4.Kondisi Sebelum dan Sesudah LVR

Baru Terhubung ke Sistem Kondisi Lokasi P

Pry MTR 166,4 0,7 166,4 1,000 352,0 273,0 0,51%

Sry MTR 166,0 -17,2 166,9 0,995 2899,8 33,2 2,41%

Pry LVR 165,4 11,5 165,8 0,998 2890,4 33,1 2,18%

Sry LVR 165,2 6,5 165,4 0,999 3179,4 30,0 1,54%

Cap Bank Baru 82,8 82,8 0,000 1591,7 30,0

Gedung Reduksi 165,2 6,5 187,7 0,880 3610,3 30,0 1,53%

Pry MTR 194,5 -8,8 194,7 0,999 412,0 272,8 0,59%

Sry MTR 193,9 -33,4 196,8 0,985 3394,0 33,5 0,36%

Pry LVR 157,9 5,8 158,0 0,999 2738,9 33,3 0,30%

Sry LVR 157,8 1,3 157,8 1,000 3012,8 30,2 0,63%

Pry LVR Baru 35,1 20,3 40,6 0,865 703,0 33,3 0,30%

Sry LVR Baru 35,1 18,9 39,9 0,880 764,8 30,1 0,31%

(Sebelum)

reduksi menjadi sebesar 192,9 MW. Total Harmonic Distortion tegangan (THDv) juga mengalami perbaikan dari 1,53 % menjadi 0,94 %.

Hasil peningkatan arus yang dilakukan dengan peningkatan kapasitas penyulang dijelaskan pada Tabel 5. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa arus target sebesar 255 kA dapat diperoleh dengan penggantian MTR 230 MVA, penambahan kapasitor bank 90 MVAR dan LVR baru dengan kapasitas 45MVA/45 kA. Sedangkan arus pada secondaryLVR sebesar 3.012,8 A masih di bawah arus ratingnya sebesar 3.180 A yang diperoleh dengan penambahan kapasitor bank.

Arus maksimum yang dapat disuplai ke gedung reduksi no.3 lebih besar dari arus yang ditargetkan yaitu sebesar 257,08 kA, namunbusbar pada tungku reduksi hanya mampu sampai batas kapasitas maksimum sebesar 255 kA. Total daya yang dibutuhkan untuk gedung reduksi no.3 sebesar 192,9 MW yang jika dikonversikan ke daya AC dengan faktor konversi sebesar 1,033 menjadi sebesar 199,3 MVA.

Tabel 5Hasil Peningkatan Kapasitas Suplai

Penyulang

Pac (MW) Pdc (MW) Idc (kA) Idc Target

(kA) Vdc (V)

Jumlah Tungku

145,4 140,76 193,88 193 4,4 165 146,3 141,63 195,08 193 4,4 165 165,2 159,92 220,28 210 4,4 165 SR 31~36 157,7 152,66 210,28 210 4,4 165 RGTR 35,1 33,98 46,80 45 4,4 165

192,8 186,64 257,08 255

Kondisi

Saat ini dengan Beban SR 193 kA MTR 230 MVA

Cap. Bank Baru

LVR Tambahan

Total pada Gedung reduksi No.3

5. KESIMPULAN

1. Dengan penggantian MTR 230 MVA, penambahan kapasitor bank 90 MVAR dan LVR baru dengan kapasitas 45MVA/45 kA, arus maksimum yang dapat disuplai ke gedung reduksi no.3 lebih besar dari arus yang ditargetkan yaitu sebesar 257,08 kA, namun busbar pada tungku reduksi hanya mampu sampai batas kapasitas maksimum sebesar 255 kA.

2. Distorsi harmonik pada orde ke-5 dan 7 dapat diredam dengan kapasitor bank yang dipasang dengan besaran distorsi harmoniknya menjadi 0,008 - 0,13 % dari sebelumnya 0,09 - 0,91 % yang berdampak pada perbaikan kualitas daya yang dihasilkan.

3. Pemasangan kapasitor bank menurunkan arus pada sisisecondaryLVR dari 3165,6 A dengan output arus DC 193,4 kA menjadi 3.012,8 A dengan output arus DC sebesar 210,28 kA sesuai dengan arus target desain.

(5)

[2] Xiao Zhang, Gabriela Hug. ‘Optimal

Regulation Provision by Aluminium

Smelters’, IEEE 978-1-4799-6415-4/14, 2014

[3] Van Schijndel, A., Wetzer, J. M., and

Wouters, P.A.A.F ‘Remaining Lifetime

Modelling for Replacement of Power

Transformer Populations’, IEEE 978

-1-4244-1622- 6/08, 2007

[4] Eileen Duarte, David Miller, Matthew Lawrence, Phillip Prout, Hohn Gavin,

DanFalla, and Tony McGrail. ‘Prioritizing

Transformers for Condition Based Asset

Replacement’, IEEE 978-1-4244-6551-4/10,

2010

[5] Duarte, E., Falla, D., Gavin, J., Lawrence, M., McGrail, T., Miller, D., Prout, P., and Rogan,

P. ‘A Practical Approach to Condition and

Risk Based Power Transformer Asset

Replacement’, IEEE 978-1-4244-6301-5/10,

2010

[6] Jiawei Yang “Fast and Continuous on load

voltage regulator based on electronic power

transformer” (IET Electric Power

Applications, 2012)

[7] Babak Badrzadeh, Kenneth Smith, Roddy Wilson, Designing Passive

Harmonic Filters for an Aluminum Smelting Plant, IEEE Journal, 2011.