Profil Kualitas Daya Listrik (Power Quality) Pada Industri Manufaktur Pengolahan Plastik

(1)

SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 451

Profil Kualitas Daya Listrik (Power Quality) Pada Industri

Manufaktur Pengolahan Plastik

Alex Sandria Jaya Wardhana1

1), _{Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Pasca Sarjana Elektro UGM} Jln. Grafika 2 Yogyakarta 55281 INDONESIA

e-mail:jaya_wardhana@yahoo.co.id ABSTRAK

Kualitas daya listrik (power quality) merupakan syarat umum yang menggambarkan karakteristik parameter-parameter besaran listrik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui profil kualitas daya yang meliputi arus, tegangan, daya aktif, daya reaktif, daya semu, frekuensi, harmonik arus dan harmonik tegangan. Profil kualitas daya dilakukan dengan melakukan pengukuran selama 24 jam untuk mengetahui karakteritik kualitas daya dengan objek penelitian pada industri manufaktur pengolahan plastik di PT. Supratik Suryamas. Pengukuran dilakukan pada masing-masing trafo yang ada pada PT. Supratik Suryamas yaitu trafo 1.000 kVA dan 1.600 kVA. Berdasarkan hasil pengukuran, beban puncak total untuk pembebanan di PT Supratik Suryamas adalah 1.038.825,55 VA, dimana nilai ini sebenarnya masih mampu dilayani hanya dengan satu titik langganan saja yaitu 1.150 kVA.. Kondisi yang paling menonjol dari hasil pengukuran adalah adanya indikasi aliran arus di kawat netral yang cukup tinggi, yaitu 40,11 ampere untuk langganan 345 kVA dan 201,96 ampere untuk langganan 1.150 kVA dimana nilai tersebut akan berdampak pada kerugian energi pada saluran netral maupun rugi-rugi pada transformator.

Kata kunci: kualitas daya listrik, profil, pengukuran. ABSTRACT

The quality of electrical power is a common condition that describes the characteristics of the parameters of electrical quantities. This study aims to determine the power quality profile that includes current, voltage, active power , reactive power , apparent power, frequency , harmonic current and voltage harmonics. Power quality profile is done by measuring for 24 hours to determine the characteristic qualities of the object of research in the manufacturing industry of plastic processing at PT. Supratik Suryamas . Measurements were taken at each of transformer 1000 kVA and 1600 kVA at PT. Supratik Suryamas . Based on the measurement results, the total peak load for loading in PT Supratik Suryamas is 1,038,825.55 VA , where this value is still able to be serviced only by a single point (transformer 1,150 kVA). The most prominent conditions of measurement results are any indication of the current flow in the neutral wire is high enough, ie 40.11 amperes to 345 kVA subscription and 201.96 amperes to 1,150 kVA subscription, which will impact on the value of the energy loss in the neutral wire and losses in the transformer.

Keywords: power quality, profile, measurement.

(2)

SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 452 Energi merupakan salah satu faktor yang sangat diperlukan untuk pembangunan berkelanjutan dan pertumbuhan ekonomi. Produksi netto energi listrik, berdasarkan statistik dari Departemen ESDM di tahun 2012 adalah sebesar 180,862 GWh dengan pemakaian akhir sebesar 173,990 GWh. Dua sektor yang paling dominan untuk pemakaian energi ini adalah sektor rumah tangga sebesar 41,5% dan sektor industri sebesar 34,6% [1]_{. Kebutuhan energy} listrik dari sektor rumah tangga dan industri terus tumbuh dari tahun ke tahun.

Kualitas daya listrik (power quality) adalah syarat umum yang menggambarkan karakteristik parameter catuan seperti arus, tegangan, frekuensi, serta menggambarkan dampak negatif dari gangguan listrik seperti deviasi frekuensi, variasi tegangan sumber, tegangan transien, harmonik dan sebagainya [2]_{. Kualitas daya dan faktor ekonomis saling} berhubungan. Faktor ekonomis sangat tergantung kepada pemilihan peralatan yang akan dioperasikan di pabrik dan pensuplaian pada peralatan pabrik yang menjadi beban listrik. Dengan adanya kualitas daya yang baik maka faktor ekonomis dapat ditekan seminimal mungkin. Mirjana Stamenic et al., [4]_{menyatakan bahwa dengan mengetahui profil kualitas daya} listrik dengan melakukan pengukuran maupun audit energy akan didapatkan potensi anomali penggunaan energi dan menentukan peluang konservasi energi yang bisa dilakukan.

Suatu pabrik atau industri dikatakan memiliki kualitas daya yang baik apabila tegangan, arus, frekuensi dan faktor dayanya konstan. Suatu pabrik selalu membutuhkan dua hal berikut untuk mendukung proses produksinya, yaitu: 1) Suplai listrik yang kontinyu. Untuk menjaga suplai listrik tetap kontinyu, maka digunakan sumber listrik cadangan yatu genset, khususnya untuk beban-beban penting; dan 2) Kualitas daya listrik yang baik. Kualitas daya listrik yang baik sangat diperlukan oleh setiap pabrik karena banyak peralatan-peralatan elektronik yang dipergunakan di pabrik yang berhubungan langsung dengan proses produksinya.

Gambaran Umum PT. Supratik Suryamas

PT Supratik Suryamas merupakan sebuah perusahaan swasta nasional yang memproduksi barang-barang dengan berbahan baku plastik. Perusahaan ini berlokasi di Jalan Salak, Desa Durenan (Jl. Magelang Km 12) Sleman, Yogyakarta Indonesia.

Proses produksi di PT Supratik Suryamas menggunakan dua metode, yaitu metode injeksi dan blow. Pada metode injeksi, proses pembentukan produk berbahan plastik dengan cara menginjeksikan atau menyuntikan plastik cair kedalam sebuah rongga cetak yang kemudian didinginkan dan dikeluarkan dari rongga cetak. Material dari proses ini adalah plastik dengan bentuk granula (butiran kecil), powder ataupun larutan. Kedua, metode blow molding atau blow forming yaitu suatu proses pembuatan plastik (termoplastik) yang bentuknya memiliki rongga– rongga pada bagian tengah dari produk. Plastik cair pada proses ini berbentuk pipa kemudian dimasukan kedalam cetakan lalu ditiup hingga menempel pada dinding cetakan. Pada hasil cetakanya, proses ini cenderung memiliki ketebalan dinding yang tidak merata dan umumnya produk berupa silinder.

Dalam bentuk diagram alir, proses produksi di PT Supratik Suryamas ditunjukkan pada Gambar 1.

(3)

Blow Molding Mesin Injeksi

Produk Jadi Produk Jadi Bahan Baku

(Biji Plastik)

Gambar 1. Proses produksi PT. Supratik Suryamas

Sistem Kelistrikan

Suplai listrik PT Supratik Suryamas diperoleh melalui suplai dari PLN dengan kapasitas daya total 1.490 kVA pada tegangan rendah 380/220 V yang dibagi menjadi 2 titik langganan, yaitu langganan I3 dengan daya 345 kVA dan langganan I3 dengan daya 1.150 kVA.

Sistem kelistrikan di PT Supratik Suryamas menggunakan sistem radial dengan suplai utama dari PLN. Suplai listrik dari PLN dihubungkan ke panel transfomator distribusi 20/380 kV yaang selanjutnya dihubungkan ke dua transformator melalui kubikel. Selanjutnya, dari masing-masing tranformator dihubungkan ke panel MDP (main distribution panel) dan dari panel MDP didistribusikan ke panel SDP (sub distribution panel) yang dilanjutkan ke panel-panel peralatan utama proses dan peralatan utama utilitas. Single line diagram sistem kelistrikan di PT Supratik Suryamas ditunjukkan pada gambar 2 dan 3.

Gambar 2. Single line diagram pada langganan 1.150 kVA

(4)

Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan 2 tahapan yakni pengukuran dan analisis. Pada tahap pengukuran, dilakukan pengukuran pada 2 objek yaitu panel MDP trafo 1000 kVA dan panel MDP trafo 1600 kVA. Masing-masing pengukuran dilakukan selama 24 jam untuk mengetahui profil kelistrikan keseharian. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui parameter-parameter besaran listrik antara lain; tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, daya semu, faktor daya, frekuensi, THD arus dan THD tegangan.

Kegiatan tahap kedua dalam penelitian adalah melakukan olah data berdasarkan pada yang sudah diperoleh. Hasil olah data selanjutnya dianalisis dengan cara membandingkan hasil pengukuran dengan standart parameter besaran listrik.

Hasil dan Pembahasan

Hasil Pengukuran di panel MDP yang meliputi arus, tegangan, daya aktif, daya reaktif, daya semu, faktor daya, THD arus dan THD tegangan pada MDP PT Supratik Suryamas, trafo 1000 kVA dan trafo1.600 kVA diperoleh hasil seperti ditunjukkan pada tabel 1 dan tabel 2.

Tabel 1. Hasil pengukuran pada panel MDP trafo 1.000 kVA

No. Parameter Fasa R Fasa S Fasa T Netral

1 Arus (Ampere) 512,50 527,57 439,51 43,67

2 Tegangan (V), Volt 219,22 220,17 220,32 -

3 Daya Aktif (P), Watt 111.531,39 112.648,80 94.768,53 - 4 Daya Kompleks (S), VA 112.564,45 116.393,58 97.011,48 -

5 Faktor Daya (PF) 0,99 0,97 0,97 -

6 Daya Reaktif (Q), VAr 11.496,34 27.558,18 17.859,76 -

7 Harmonik Arus,% 8,66 9,35 11,64 -

8 Harmonik Tegangan, % 2,81 2,43 2,49 -

Tabel 2. Hasil pengukuran pada panel MDP trafo 1.600 kVA

No. Parameter Fasa R Fasa S Fasa T Netral

1 Arus (Ampere) 855,82 837,58 740,10 201,96

2 Tegangan (V), Volt 226,24 227,56 228,17 - 3 Daya Aktif (P), Watt 190.476,46 186.234,92 165.608,09 - 4 Daya Kompleks (S), VA 193.598,20 190.575,44 168.836,60 -

5 Faktor Daya (PF) 0,98 0,98 0,98 -

6 Daya Reaktif (Q), VAr 29.335,74 38.273,84 29.229,18 -

7 Harmonik Arus,% 10,68 7,85 9,58 -

8 Harmonik Tegangan, % 3,22 2,65 2,60 -

a. Tegangan Fasa

Nilai tegangan (VA) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 3 dan tabel 4.

Tabel 3. Nilai tegangan fasa untuk trafo 1.000 kVA

Tegangan Fasa _(Volt)VR-N _(Volt)VS-N _(Volt)VT-N

Nilai Minimum 216,97 217,96 218,01 Nilai Rata-rata 219,22 220,17 220,32 Nilai Maksimum 225,17 226,02 226,20

(5)

Tabel 4. Nilai tegangan fasa untuk trafo 1.600 kVA

Tegangan Fasa _(Volt)VR-N _(Volt)VS-N _(Volt)VT-N

Nilai Minimum 220,72 221,87 222,72 Nilai Rata-rata 226,24 227,56 228,17 Nilai Maksimum 230,24 231,58 232,19

Berdasarkan tabel 3 dan tabel 4 di atas, nilai tegangan fasa pada setiap fasa berbeda yang menyebabkan muncul nilai unbalance voltage. Hasil perhitungan, nilai unbalance voltage rata-rata pada kedua panel MDP PT Supratik Suryamas belum melebihi batas standar yang ditetapkan oleh NEMA yaitu 1%, akan tetapi pada kondisi beban tertentu dimana nilai tegangan di panel tersebut turun (nilai terendah) maka nilai unbalance voltage telah melebihi nilai standar yang telah ditetapkan. Tegangan tidak seimbang mengakibatkan terjadinya losses (rugi daya) serta berakibat juga pada pengurangan usia pakai dari peralatan 3 fasa yang terhubung pada sistem.

b. Arus Fasa

Nilai arus di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 5 dan tabel 6.

Tabel 5. Nilai arus fasa untuk trafo 1.000 kVA

Arus Fasa Fasa _R Fasa _S Fasa _T Arus _Netral

Nilai Minimum 390,00 414,82 354,55 22,77 Nilai Rata-rata 512,50 527,57 439,51 43,67 Nilai Maksimum 602,18 627,00 508,77 81,55

Tabel 6. Nilai arus fasa untuk trafo 1.600 kVA

Arus Fasa Fasa _R Fasa _S Fasa _T Arus _Netral

Nilai Minimum 609,41 590,73 527,18 123,41 Nilai Rata-rata 855,82 837,58 740,10 201,96 Nilai Maksimum 999,27 983,46 880,50 243,14

Nilai arus yang ditunjukkan pada tabel 5 dan tabel 6 menunjukkan bahwa pada kondisi beban puncak, ada perbedaan arus pada setiap fasa sebesar 6,97% pada trafo 1.000 kVA dan 5,51% pada trafo 1.600 kVA, artinya kondisi pembebanan yang terjadi di PT Supratik Suryamas cukup seimbang karena batas standard ketidakseimbangan arus beban yang ditentukan oleh NEMA adalah 10%, meskipun demikian arus yang mengalir di kawat netral perlu diperbaiki guna meminimalisir aliran arus yang terjadi di kawat netral karena dapat mengakibatkan terjadinya losses pada transformator.

c. Daya Semu

Nilai daya semu (VA) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 7 dan tabel 8.

(6)

Tabel 7. Nilai daya semu untuk trafo 1.000 kVA

Daya Semu Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai Minimum 86.612,86 92.543,18 79.511,59 Nilai Rata-rata 112.564,45 116.393,58 97.011,48 Nilai Maksimum 131.713,50 140.023,50 112.562,73

Tabel 8. Nilai daya semu untuk trafo 1.600 kVA

Daya Semu Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai daya semu yang ditunjukkan pada tabel 7 dan tabel 8 menunjukkan bahwa pada kondisi beban rata-rata, ada perbedaan pembebanan pada setiap fasa sebesar 7,12% pada MDP transformator 1.000 kVA dan 5,02% pada MDP transformator 1.600 kVA, artinya kondisi pembebanan yang terjadi di panel MDP PT Supratik Suryamas relatif seimbang karena batas standard ketidakseimbangan daya beban yang ditentukan oleh NEMA adalah 10%.

d. Daya Nyata

Nilai daya nyata (Watt) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 8 dan tabel 9.

Tabel 8. Nilai daya nyata untuk trafo 1.000 kVA

Daya Nyata Fasa R Fasa S Fasa T

Tabel 9. Nilai daya nyata untuk trafo 1.600 kVA

Daya Nyata Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai daya nyata yang ditunjukkan pada tabel 8 dan 9 menunjukkan bahwa pada kondisi beban rata-rata (kondisi proses produksi), terdapat perbedaan konsumsi daya nyata di setiap fasanya, dengan persentase perbedaan 4,91% pada MDP trafo 1.000 kVA dan 5,37% pada MDP trafo 1.600 kVA. Kondisi ini mengakibatkan munculnya arus pada kawat netral yang menyebabkan terjadinya losses pada transformator.

e. Daya Reaktif

Nilai daya reaktif (VAr) di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas secara grafik di tunjukkan pada gambar 4 dan gambar 5.

(7)

Gambar 4. Profil daya reaktif untuk trafo 1.000 kVA

Gambar 5. Profil daya reaktif untuk trafo 1.600 kVA

Berdasarkan grafik hasil pengukuran terlihat bahwa pada fasa S konsumsi daya reaktifnya paling tinggi dibandingkan fasa R dan fasa T. Semakin besar konsumsi daya reaktif maka akan mengakibatkan losses jaringan yang semakin besar.

f. Faktor Daya

Nilai faktor daya di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 10 dan tabel 11.

Tabel 10. Nilai faktor daya untuk trafo 1.000 kVA

Faktor Daya (PF) Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai Minimum 0,98 0,95 0,96

Nilai Rata-rata 0,99 0,97 0,97

Nilai Maksimum 1,00 0,98 0,99

Tabel 11. Nilai faktor daya untuk trafo 1.600 kVA

Faktor Daya

(PF) Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai Rata-rata 0,98 0,98 0,98 Nilai Maksimum 0,99 1,00 1,00

Nilai faktor daya yang ditunjukkan pada tabel 10 dan tabel 11 menunjukkan bahwa secara umum pada kondisi produksi nilai faktor daya masing-masing fasa pada panel MDP PT Supratik Suryamas sudah sesuai dengan standar yang telah ditetapkan oleh PLN yaitu lebih besar atau

(8)

SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 458 sama dengan 0,85, oleh karena itu PT Supratik Suryamas semestinya tidak dikenai biaya kVARh oleh PLN. Nilai faktor daya yang rendah tentu akan mengakibatkan konsumsi daya reaktif sangat besar sehingga berakibat pada kenaikan rugi daya (losses) secara keseluruhan. g. THD Tegangan

Nilai THD tegangan di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 12 dan tabel 13.

Tabel 12. Nilai THD tegangan untuk trafo 1.000 kVA

THD Tegangan Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai Maksimum 100,00 100,00 100,00 Tabel 13. Nilai THD Tegangan untuk Trafo 1.600 kVA

THD Tegangan Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai THD tegangan rata-rata pada panel MDP PT Supratik Suryamas pada transformator 1.000 kVA berkisar antara 2,81 hingga 2,49 persen dan pada transformator 1.600 kVA berkisar antara 2,60 hingga 3,22 persen. Dengan mengacu ke standar IEEE 519-1992 [3], THD tegangan untuk tegangan dibawah 69 kV yaitu 5 persen, maka nilai THD tegangan rata-rata di salah satu panel MDP PT Supratik Suryamas pada saat produksi masih di bawah standard yang telah ditentukan oleh IEEE.

h. THD Arus

Nilai THD arus di setiap fasa berdasarkan hasil pengukuran untuk transformator 1.000 kVA dan 1.600 kVA pada panel MDP PT Supratik Suryamas ditabulasikan seperti ditunjukkan pada tabel 14 dan tabel 15.

Tabel 14. Nilai THD arus untuk trafo 1.000 kVA

THD Arus Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai Maksimum 100,00 100,00 100,00

Tabel 15. Nilai THD arus untuk trafo 1.600 kVA

THD Arus Fasa R Fasa S Fasa T

Nilai THD arus rata-rata pada panel MDP PT Supratik Suryamas berkisar antara 8,66 hingga 11,64 persen untuk transformator 1.000 kVA dan pada MDP transformator 1.600 kVA berkisar antara 7,85 hingga 10,68 persen. Dengan mengacu ke standar IEEE 519-1992 [3], THD

(9)

SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 459 arus untuk tegangan dibawah 69 kV yaitu 15 persen, maka nilai THD arus rata-rata selama proses produksi di salah satu panel MDP PT Supratik Suryamas belum melebihi batas standar yang ditentukan oleh IEEE.

Kesimpulan

Daya total tersambung dari PT PLN (Persero) yang digunakan oleh PT Supratik Suryamas untuk menggerakkan peralatan utama utilitas, peralatan utama proses dan kebutuhan perkantoran adalah 1.495 kVA yang terbagi dalam dua titik langganan yaitu 345 kVA dan 1.150 kVA. Berdasarkan hasil pengukuran, beban puncak di PT Supratik Suryamas untuk langganan 345 kVA adalah 384.299,73 sedangkan untuk langganan 1.150 kVA adalah 654.525,82. Artinya, beban puncak total untuk pembebanan di PT Supratik Suryamas adalah 1.038.825,55 VA, dimana nilai ini sebenarnya masih mampu dilayani hanya dengan satu titik langganan saja yaitu 1.150 kVA.

Berdasarkan hasil pengukuran dan analisis yang telah dilakukan kondisi yang paling menonjol adalah adanya indikasi aliran arus di kawat netral yang cukup tinggi, yaitu 40,11 ampere untuk langganan 345 kVA, dan 201,96 ampere untuk langganan 1.150 kVA dimana nilai tersebut akan berdampak pada kerugian energi pada saluran netral maupun rugi-rugi pada transformator.

DaftarPustaka

1. Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, Pengembangan Pemanfaatan Energi Alternatif, P2E-LIPI, 2004.

2. Dugan, R.C., McGranaghan, M. F., and Beaty, H. W, Electrical Power Sistems Quality, New York: McGraw-Hill, 1996.

3. IEEE Std 519-1992, IEEE Recommended Practices and Reqirements for Harmonic Control in Electrical Power System, IEEE, NewYork, 1993.

4. Mirjana Stamenić, Goran Jankes, Nikola Tanasić, Marta Trninić, Tomislav Simonović, Energi Audit as a Tool for Improving Overal Energi Efficiency in Serbian Industrial Sector, 2nd International Symposium on Environment-Friendly Energies and Applications (EFEA), 2012.