analisa harmonisa sistem kelistrikan pabrik peleburan...

Seminar Tugas Akhir

Bidang studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

2010 / 2011

Analisa Harmonisa Sistem KelistrikanPabrik Peleburan Baja PT.Ispat Indo

Surabaya Akibat Perubahan Konfigurasidan Pergantian Trafo Utama

Nama : Gema Ramadhan

NRP : 2206 100 147

Pembimbing :

1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D.

2. Vita Lystianingrum, S.T, M. Sc.

Langkah-langkah Kerja TugasAkhir

1. PENDAHULUAN

2. DASAR TEORI

3. SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING

4. ANALISA KASUS / PERMASALAHAN

5. PERHITUNGAN

6. KESIMPULAN

PENDAHULUAN

Latar Belakang Penggunaan electrical arc furnace sebagai

komponen utama dalam proses produksimenimbulkan permasalahan pada sistemkelistrikannya

upaya memperoleh efisiensi pengoperasian danpemanfaatan sistem tenaga listrik, makapengaruh harmonisa harus diperhitungkan

Perumusan Masalah dampak perubahan konfigurasi dan pergantian

trafo terhadap sistem kelistrikan di PT. IspatIndo khususnya terhadap tingkat harmonisaarus dan tegangan

Mengevaluasi passive filter existing apakahmasih layak untuk digunakan akibat perubahankonfigurasi dan pergantian trafo

Batasan Masalah Data yang digunakan adalah data pada

kondisi trafo berbeban

Pengaruh THD yang diteliti dalam tugas akhirini adalah merupakan THD pada arus dantegangan

Perumusan Masalah dampak perubahan konfigurasi dan

pergantian trafo terhadap sistem kelistrikan diPT. Ispat Indo khususnya terhadap tingkatharmonisa arus dan tegangan

Tujuan Mengetahui dan menganalisa nilai distorsi

harmonisa yang terdapat pada PT. IspatIndo akibat perubahan konfigurasi danpergantian trafo utama.

Mensimulasikan dan mengevaluasi kerjasistem sebelum dan sesudah perubahankonfigurasi dan pergantian trafo utama.

Perancangan filter pasif untuk mereduksidistorsi harmonisa yang disebabkan olehelectrical arc furnace.

DASAR TEORI

Harmonisa pada sistem tenagalistrik

Sumber harmonisa pada sistemdistribusi PT. Ispat Indo

Standar dalam distorsiharmonisa

Filter Harmonisa

Harmonisa Pada SistemTenaga Listrik

Pengertian: suatu fenomena cacat gelombang yang

disebabkan oleh interaksi antara bentukgelombang sinus sistem dengan komponengelombang lain akibat penggunaan bebannon linear

Gel. Fundamental + Harmonik ke 3Gel.Fundamental Gel. Harmonik ke 3

+

Pengaruh Harmonisa

Fenomena Resonansi

Pengertian : Suatu kondisi dimana nilaireaktansi induktif samadengan reaktansi kapasitifpada suatu sistem lokal

Resonansi

ResonansiSeri

ResonansiParalel

Resonansi Paralel

Resonansi paralel menghasilkan impedansi yangtinggi pada frekuensi harmonisa danmenyebabkan arus menjadi kecil

Resonansi Seri

Resonansi seri menghasilkan impedansi yangrendah pada frekuensi harmonisa danmenyebabkan arus harmonisa menjadi besar

Sumber Harmonisa di SistemKelistrikan PT. Ispat Indo

Tanur Busur Listrik (Electrical Arc Furnace)

Data Typical dan Worst Case Harmonisa Tegangan Pada Beban

Arc Furnace(referensi\harmonic+and+transient+overvoltage+analysis+in+arc+furnace+power+s

ystems_2.pdf)

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

referensi\harmonic+and+transient+overvoltage+analysis+in+arc+furnace+power+systems_2.pdf





THD (Total Harmonic Distorsion) adalah :

Persentase total komponen harmonik terhadap

komponen fundamentalnya

%1001

2

1

2x

U

U

THD

k

n

Dimana :Un = komponen harmonisaU1 = komponen fundamentalk = komponen harmonisa maksimum

yang diamati

Standar Distorsi Harmonisa Arus(IEEE Std. 519-1992)

Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of IL

ISC/IL

Individual Harmonic Order (Odd Harmonic)

<11 11h17 17h23 23h35 35h THD

< 20* 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0

20 – 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0

50 – 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0

100 – 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0

> 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0

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

Bus Voltage at PCCIndividual Voltage

Distortion (%)

THD

(%)

69 kV and below 3,0 5,0

69,001 kV through 161

kV1,5 2,5

161,001 kV and above 1,0 1,5

Standar Distorsi Harmonisa Tegangan(IEEE Std. 519-1992)

Filter Harmonisa

• Filter dengan penalaan tunggal (Single Tuned Shunt Filter)

• Filter dengan penalaan tunggal ditala padasalah satu orde harmonisa (biasanya padaorde harmonisa rendah)

• Rangkaian filter ini mempunyai impedansiyang rendah pada frekuensi resonansinya

Tujuan pemasangan filter harmonisa adalah untuk mereduksiamplitudo frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus

Pemasangan Filter Harmonisa Pada Suatu Sistem Tenaga Listrik

FILTER SYSTEM

Arus harmonisa dari sumber

SumberHarmonisa

Arus harmonisa yangmengalir ke jaringan

Arus harmonisa yangmelalui filter

Pemodelan Sistem KelistrikanEksisting PT. Ispat Indo Dalam ETAP

EAF

Hasil Simulasi Aliran DayaKondisi Eksisting

Hasil Simulasi HarmonisaTegangan Kondisi Eksisting

Hasil Simulasi Harmonisa ArusKondisi Eksisting

THD TeganganTerbesar

THD arusTerbesar

THD Pada Kondisi Eksisting

Orde Harmonik yang Melebihi Standar

Bus ID Orde Harmonik

Main bus PLN 2

ABB Panel 2

Near Furnace 2

Yard 2 dan 4

Merlin Gerin I 2 dan 4

Schneider 2

Merlin Gerin II 2 dan 4

Line A bawah 2 dan 4

Crompton P. 2

Siemens P. 2

Kirloskar P. 2 dan 4

Voltas P. II 2 dan 4

Bus Furnace 2, 4 ,5 dan 7

Bus LRF 2, 4 ,5 dan 7

Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Kondisi Eksisting

Spektrum harmonisa tegangan Main Bus PLN

Karakteristik impedansi Main Bus PLN

Hasil Simulasi Aliran Daya Kondisi Setelah Pergantian Trafo

Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan KondisiSistem Setelah Pergantian Trafo

Hasil Simulasi Harmonisa Arus Kondisi SistemSetelah Pergantian Trafo

THD pada kondisi SistemSetelah Pergantian Trafo


THD arusTerbesar

Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Kondisi Sistem

Setelah Pergantian Trafo



Perbandingan Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan pada Kondisi Eksisting dengan Kondisi Setelah

Pergantian Trafo

• THD yang tinggi pada kedua kondisi diakibatkanberoperasinya beban electrical arc furnace

• Harmonik tegangan dan arus dominan yang terjadi padakondisi setelah pergantian trafo mengalami penurunandibandingkan pada saat kondisi eksisting

• Terjadi resonansi paralel pada bus ABB Panel di sistemnamun tidak bertepatan dengan orde dominan harmonisategangan sistem

Evaluasi Kinerja Filter Eksisting yang Terpasang di Sistem Kelistrikan

PT. Ispat Indo

Filter pasif eksisting

• pasif filter ini berfungsi untuk meredam ataumereduksi distorsi harmonisa yang terjadi padaorde ke 3 atau frekuensi pada frekuensi 150 Hz

• pada hasil simulasi yang telah dilakukan padakondisi eksisting, dapat dilihat dan dicermati tidakterdapat distorsi harmonisa untuk orde ke 3 karenaorde-orde dominan yang muncul yakni orde 2, 4, 5dan 7

• pasif filter eksisting pada bus ABB Panel tersebuthanya membantu meningkatkan nilai faktor dayapada sistem kelistrikan di PT. Ispat Indo dan tidakmereduksi distorsi harmonisa yang ada

Perencanaan Perbaikan Faktor Daya danPerancangan Filter Pasif Untuk Mengatasi

Harmonik

• Dari simulasi kondisi eksisting diketahui nilai faktordaya pada main bus PLN 150 kV adalah 0,997. Dengannilai faktor daya sebesar 99,7 %, sudah bagus karenasudah memenuhi standar PLN yaitu harus diatas 85%.Untuk bus ABB panel, bus Near Furnace, dan busFurnace berturut-turut yakni 0,99, 0,85 dan 0,885

• Pada kondisi eksisting, terdapat pemasangan kapasitorbank yakni dua pada bus Near Furnace dengan ratingmasing-masing sebesar 12 Mvar

• Filter yang akan dirancang yakni filter single tunedorde 2 dan filter single tuned orde 4

1.Single Tuned Orde Dua

2. Single Tuned Orde Empat

Hasil Simulasi Aliran Daya Kondisi Eksisting Setelah Pemasangan Filter

Hasil Simulasi Harmonisa TeganganKondisi Eksisting Setelah Pemasangan

Filter

Hasil Simulasi Harmonisa Arus KondisiEksisting Setelah Pemasangan Filter

THD Pada Kondisi EksistingSetelah Pemasangan Filter


THD arusTerbesar

Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Kondisi Eksisting Setelah Pergantian Trafo



Hasil Simulasi Aliran Daya KondisiSistem Setelah Pergantian Trafo Akibat

Pemasangan Filter

Hasil Simulasi Harmonisa TeganganKondisi Sistem Setelah PergantianTrafo Akibat Pemasangan Filter

Hasil Simulasi Harmonisa ArusKondisi Setelah Pergantian Trafo

Akibat Pemasangan Filter

THD Pada Kondisi Setelah PergantianTrafo Akibat Pemasangan Filter


THD arusTerbesar

Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Pada

Kondisi Setelah Pergantian Trafo AkibatPemasangan Filter



Perbandingan Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan pada Kondisi Eksisting Setelah Pemasangan Filter dengan Kondisi Setelah Pergantian Trafo Akibat

Pemasangan Filter

Kesimpulan

pereduksian harmonisa pada beberapa bus dengan melakukanpenambahan filter harmonisa single tuned orde dua dan single tunedorde 4 dapat mereduksi THD tegangan di seluruh bus pada kondisieksisting dan kondisi sistem setelah pergantian trafo. Untuk THD aruspada kondisi eksisting dan kondisi setelah pergantian trafo, nilai THD-nya dapat mengalami penurunan walaupun masih melebihi standar IEE519 (1992)

Semakin besar rating trafo, dapat mengurangi distorsi harmonisakarena semakin besar nilai Z impedansi pada trafo maka semakin kecilarus harmonik yang melewati trafo. Hal ini akan menurunkan tingkatdistorsi akibat arus harmonik tersebut.

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

Fenomena resonansi paralel yang sebelumnya terjadi pada kondisieksisting telah hilang akibat kenaikan rating trafo dan penggunaan filter

Saran

Kapasitor bank yang terdapat pada bus Furnace sebaiknyajangan dipasang sebagai kapasitor bank murni yang hanyaberfungsi sebagai meningkatkan faktor daya, tetapi dipasangpula sebagai filter harmonisa supaya dapat menjagakeseimbangan sistem.

Perlunya dilakukan rekonfigurasi filter karena filter eksistingyang ada tidak mampu meredam distorsi harmonisa yangterjadi.

Perlu dipertimbangkan untuk mengganti trafo TR3 dan trafoTR15, hal ini diakibatkan pada kondisi eksisting saatdilakukan simulasi load flow kedua trafo tersebut mengalamioverload, sehingga dikhawatirkan akan mudah terbakar. Halini tentu perlu sangat dipertimbangkan agar kelangsunganproses produksi pabrik tetap terjaga dengan baik

Referensi

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.

Sekian dan TerimaKasih

analisa harmonisa sistem kelistrikan pabrik peleburan...

Documents