Makalah Seminar Kerja PraktekPEMAKAIAN STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) UNUTK MENJAGA KUALITAS

DAYA LISTRIK DI PT KRAKATAU DAYA LISTRIKAndreas Bahda Muchamad1 , Dr. Ir. Joko Windarto, MT2

1Mahasiswa dan 2Dosen Teknik Elektro, Universitas DiponegoroJl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Email : andreasbahda.m@gmail.com

PT. Krakatau Daya Listrik adalah pembangkit PLTU dengan kapasitas 400 MW yang beroperasi untuk menyuplai energi listrik untuk kawasan Krakatau Industri Estate Cilegon (KIEC) dan perumahan di sekitar kawasan industri tersebut. Sistem utama dan pendukung pada PT. KDL merupakan sistem yang terintegritas yang menopang proses produksi energi listrik dengan interkoneksi dengan PLN. Sistem tenaga listrik PT. KDL dibagi menjadi empat yaitu, sistem produksi, sistem transmisi, sistem interkoneksi dan sistem distribusi.

Karena sifat beban dari PT. Krakatau steel yang bersifat fluktuatif, maka perlu ditopang dengan sistem Kompensasi. Sistem kompensasi ini ditempatkan pada 3 Mainstation pada busbar 30 kV dekat dengan beban. Sistem kompensasi yang dipakai yaitu Static VAR Compensator untuk pabrik yang memiliki beban fluktuatif dan kapasitor bank untuk pabrik yang memiliki nilai beban yang stabil. Static VAR Compensator sendri terdiri dari dua komponen: komponen utama yaitu terdiri dari Thyristor Controlled Reactor (TCR), Fixed Capacitor, Sisem Kontrol dan Proteksi sedangkan komponen pembantu adalah Sistem Pendingin (cooling system).

Pada laporan kerja praktek ini, penulis mengambil pokok bahasan tentang sistem kompensasi khususnya menggunakan Static VAR Condensator yang telah dijabarkan diatas. Dengan laporan ini mahasiswa dapat mengerti tentang sistem kompensasi yang dipakai pada industri-industri modern.Kata kunci: Sistem Tenaga Listrik, Static VAR Compensator (SVC), PLTU

I. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Di Indonesia terdapat banyak kawasan industri yang memiliki industri-industri yang bertaraf nasional bahkan ada juga yang sampai tembus di mata internasional. Seperti kawasan industri Krakatau Steel yang berada di kota Cilegon, Banten. Mereka mempunyai banyak sekali perusahaan yang bertaraf nasional bahkan sampai internasional, seperti PT. Krakatau Steel sendiri yang sudah bertaraf internasional. Pabrik ini memproduksi baja-baja yang siap di ekspor ke luar negeri dengan kualitas yang sangat tinggi. Yang membedakan kawasan industri Krakatau Steel dengan kawasan-kawasan industri lainnya yang berada di Indonesia adalah kawasan industri Krakatau Steel mempunyai pembangkit listrik sendiri yaitu PLTU 400 MW Krakatau Steel yang dimana sekarang sudah berganti nama menjadi PT. Krakatau Daya Listrik.

1.2 Tujuan1. Memenuhi salah satu syarat untuk

memperoleh gelar sarjana di Universitas Diponegoro.

2. Mengetahui prinsip kerja dari Static VAR Compensator yang berada di jaringan distribusi PT. Krakatau aya Listrik.

3. Memahami pengaruh pemasanagan SVC.

1.3 Profil PerusahaanPT. Krakatau Daya Listrik didirikan

pada tanggal 28 Februari 1996 sesuai akte notaris Ny. Tuti Setiahati Kushardani soetoro, SH. PT. Krakkatau Daya Listrik merupakan anak perusahan PT. Krakatau Steel. Lokasinya terletak di Jl. Amerika I No.

1

156, Kebonsari Citangkil, Kec. Cilegon, Banten. Kapasitas pembangkit sebesar 400 MW (PLTU), dan sekarang PT KDL kembali membangun pembangkit baru berkapasitas 120 MW (PLTGU)

Gambar 1.1 PLTU PT Krakatau Daya Listrik

Gambar 1.2 PLGU PT Krakatau Daya ListrikVisi

Penyedia energi dan usaha terkait yang handal dan bersaing di Indonesia.Misi

Kami adalah insan yang profesional, harmoni dan berintegritas, mempunyai komitmen untuk menyediakan produk energi dan bisnis terkait dengan kualitas tinggi yang kompetitif untuk peningkatan kesejahteraan stakeholders.

II. DASAR TEORIII.1Daya

Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha dalam satuan waktu. Terdapat 3 daya yang dikenal dalam bidang kelistrikan yaitu:

Daya SemuDaya semu (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya semu adalah Volt Ampere (VA) dan mempunyai persamaan S=V.I

Daya AktifDaya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan

energi sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt, dan mempunyai persamaan P= V.I. cos∅

Daya ReaktifDaya yang terpakai sebagai energy pembangkitan flux magnetic sehingga timbul magnetisasi dan daya ini di kembalikan ke system karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu system tenaga listrik. Satuan daya reaktif adalah VAR dan mempunyai persamaan Q= V.I.sin∅

II.2 Faktor daya

Faktor daya dapat didefinisikan sebagai ratio perbandingan antara daya aktif dan daya semu yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan I yang biasanya dinyatakan dalam cos ∅ . Faktor daya terdiri dari factor daya leading dan lagging.Faktor Daya= Daya aktif / daya semuFaktor daya mempunyai nilai range anatara 0-1 dan dapat juga dinyatakan dalam persen. Faktor daya yang bagus adalah yang mendekati 1.

Faktor daya leadingApabila arus mendahului tegangan, maka factor daya ini dikatakan “leading”. Faktor daya leading ini terjadi apabila bebabnnya kapasitif, seperti kapastitor, synchrounos generator, synchronous motor dan synchronous condenser.

Faktor daya laggingApabila tegangan mendahului arus, maka factor daya ini dikatakan ”lagging”. Faktor daya lagging ini terjadi apabila bebannya induktif, seperti motor induksi dan AC.

II.3Klasifikasi Beban ListrikII.3.1 Berdasarkan sifat

Resisitif

Beban resistif yang merupakan suatu resistor murni, contoh : lampu pijar, pemanas. Beban ini hanya menyerap daya aktif dan tidak menyerap daya

2

reaktif sama sekali. Tegangan dan arus se-fasa.Secara matematis dinyatakan :

R = V / I Beban induktif

Beban induktif adalah beban yang mengandung kumparan kawat yang dililitkan pada sebuah inti biasanya inti besi, contoh : motor – motor listrik, induktor dan transformator. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “lagging”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAR). Tegangan mendahului arus sebesar φ°. Secara matematis dinyatakan :

XL = 2πf.L Beban kapasitif

Beban kapasitif adalah beban yang mengandung suatu rangakaian kapasitor. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “leading”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan mengeluarkan daya reaktif (kVAR). Arus mendahului tegangan sebesar φ°. Secara matematis dinyatakan :

XC = 1 / 2πfCII.3.2 Berdasarkan Jenisnya

Beban LinearBeban linear adalah beban yang impedansinya selalu konstan sehingga arus selalu berbanding lurus dengan tegangan setiap waktu. Beban linear ini mematuhi Hukum Ohm yang menyatakan bahwa arus berbanding lurus dengan tegangan. Gelombang arus yang dihasilkan oleh beban linear akan sama dengan bentuk gelombang tegangan. Apabila diberi tegangan sinusoidal, maka arus yang mengalir ke beban linear juga merupakan sinusoidal sehingga tidak terjadi distorsi dan tidak menimbulkan harmonisa. Beban ini berupa elemen pasif seperti resistor, komputer dan kapasitor. Beberapa contoh beban linear adalah lampu pijar, pemanas, resistor, dan lain-lain.

Beban Non Linear

Beban non linear adalah beban yang impedansinya tidak konstan dalam setiap periode tegangan masukan. Dengan impedansinya yang tidak konstan, maka arus yang dihasilkan tidaklah berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan, sehingga beban non linear tidaklah mematuhi Hukum ohm yang menyatakan arus berbanding lurus dengan tegangan. Gelombang arus yang dihasilkan oleh beban nonlinear tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan sehingga terjadi cacat (distorsi). Dengan meluasnya pemakaian beban non linear, gelombang sinusoidal ini dapat mengalami distorsi. Contoh beban non linear adalah mesin las, motor induksi, electric arc furnace, dll.

II.4 Kualitas Daya ListrikMasalah Power quality adalah persoalan perubahan bentuk tegangan, arus atau frekuensi yang bisa menyebabkan kegagalan atau misoperation peralatan, baik peralatan milik feeder maupun milik konsumen; artinya masalah Power Quality bisa merugikan pelanggan maupun feeder. Berikut adalah permasalahan kualitas daya listrik:

Voltage SagPower Sag berupa penurunan tegangan. Peristiwa ini bisa disebabkan oleh kesalahan jaringan ataupun masuknya peralatan yang membutuhkan arus awal besar ke jaringan. Penurunan tegangan ini bisa terjadi selama beberapa milidetik, Voltage Sag Voltage sag juga bisa bersumber pada jaringan pemasok energy , misalnya:

1. Beroperasinya recloser2. Beroperasinya Voltage

Regulator .Voltage sag dapat menyebabkan kegagalan peralatan. Satu hal yang pasti adalah bahwa voltage sag akan mengakibatkan menurunnya pasokan daya karena daya berbanding lurus

3

dengan kuadrat tegangan. Penurunan daya pada waktu terjadi voltage sag juga dialami oleh beban-beban sensitif.

HarmonikHarmonisa adalah gelombang sinusoidal yang memiliki frekuensi kelipatan dari frekuensi dasar,50 Hz. Distorsi ini terjadi karena adanya beban nonlinier seperti EAF, Drives System, Thyristor Controlled Reactor dimana bentuk gelombang arus beban tidak mengikuti bentuk gelombang tegangan pasokan.

IV PEMAKAIAN STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) UNTUK MENJAGA KUALITAS DAYA LISTRIK

4.1 Beban Listrik yang Berada di PT. Krakatau Daya Listrik

PT Krakatau Daya Listrik merupakan perusahaan penyedia energi listrik untuk kawasan industri Krakatau Steel. Beban terbesar PT KDL adalah PT Krakatau Steel +1200 MVA. Beban di PT krakatau steel mempunyai karakteristik beban yang fluktuatif. Hal ini akan menyebabkan kualitas dari listrik akan terganggu. Penyebabnya adalah beban non linear yang di gunakan untuk peleburan biji baja dalam proses pengolahan baja. Motor, mesin las merupakan beberapa contoh beban yang memiliki sifat beban induktif yang menyebabkan timbulnya harmonisa dan menurunnya kualitas factor daya.

Gambar 4.1 Karakteristik Beban Non Linear EAF

Gambar 4.2 Karakteristik Beban Non Linear Rolling Mill

4.2 Prinsip Kerja Static VAR Compensator

SVC merupakan peralatan yang mampu bekerja dengan menyerap atau menghasilkan arus reaktif yang terkontrol dengan cara menyerap daya reaktif dari sistem atau menghasilkan daya reaktif untuk sistem. Ketika tegangan sistem rendah SVC menghasilkan daya reaktif (SVC kapasitif) namun ketika tegangan sistem tinggi SVC menyerap daya reaktif (SVC induktif). SVC ini berfungsi untuk menyuntikkan atau menyerap daya reaktif statis yang terkendali dan dihubungkan paralel yang mempunyai keluaran (output) yang bervariasi untuk mempertahankan atau mengontrol variabel tertentu pada sistem tenaga listrik, terutama tegangan bus. SVC terdiri dari TCR (Thyristor Controlled Reactor). Filter berfungsi untuk mengatasi besarnya harmonisa yang dihasilkan oleh TCR. Dengan demikian Static VAR Compensator (SVC) akan memberikan kompensasi daya reaktif maupun mengambil daya reaktif yang sesuai dengan kebutuhan sistem. Static VAR Compensator (SVC) bekerja seperti reaktansi variabel shunt, yang bisa menghasilkan atau menyerap daya reaktif untuk menyeimbangkan sistem distribusi dan mengurangi presentasi ketidakseimbangan yang timbul pada sistem distribusi. Kontrol sudut penyalaan thyristor memungkinkan SVC unutk memiliki kecepatan respon yang cepat. Hal ini digunakan untuk menyalurkan daya reaktif dan

4

menyediakan support regulasi tegangan dengan cepat.

4.3 Pemasangan System Kompensasi Pada System Jaringan PT KDL

Gambar 4.3 Sistem Kompensasi Krakatau Daya Listrik busbar AL

Single line diagram diatas adalah pemasangan SVC pada busbar AH, yaitu AY 03 dan AY 04. AY 03 menangani beban BSP (Billet Steel Plant) dan untuk AY 04 menangani bebabn SSP 1 (Steel Slab Plant). Di AY 03 terdapat 3 filter circuit, yaitu filter circuit AY 11 untuk 150 Hz-25 MVAR, filter circuit AY 23 untuk 250 Hz-15 MVAR dan filter circuit AY 33 unutk 350 Hz-10 MVAR. AY 04 terdapat 5 filter circuit yaitu AY 12 unutk 150 Hz-25 MVAR, AY20 unutk 200 Hz-10 MVAR, AY 24 untuk 250 Hz-15 MVAR, AY 34 untuk 350 Hz-10 MVAR dan AY 44 untuk 450 Hz-30 MVAR

4.3.2 Sistem Kompensasi di PT Krakatau Daya Listrik

Gambar 4.6 Sistem Kompensasi Krakatau Daya Listrik

4.4 Komponen Pendukung Static VAR Compensator

4.4.1Thyristor Controlled Reactor

Thyristor

Thyristor merupakan komponen semi konduktor yang dapat mengalirkan arus keluaran sesuai dengan trigger yang diberikan pada gatenya ( penyalaan ). Thyristor digunakan untuk mengaturan tegangan pada steller (reaktor) yaitu dengan mengatur sudut penyalaan dari thyristor.

Gambar 4.7 Thyristor

Karakteristik TCR :–     Membutuhkan daya reaktif  induktif (reactor shunt )–     Induktif power harus lebih tinggi dari kapasitif power–     Menimbulkan arus HarmonicSudut picu dari thyristor tersebut sudah di setting sebelumnya. Untuk sudut picu di system kompensasi di Krakatau Daya Listrik terlihat seperti di table 4.1 dibawah ini.Tabel 4.1 Sudut Penyalaan dari Thyristor

Untuk data spesifikasi dari thyristor yang di gunakan di system kompensasi Krakatau Daya Listrik dapat di lihat di table 4.2 di bawah ini

5

Tabel 4.2 Spesifikasi Thyristor

Reactor

Reaktor shunt digunakan untuk menghasilkan daya reaktif induktif. Belitan reaktor dihubungkan ke rangkaian thyristor. Pada reaktor shunt dipasang proteksi over current untuk mencegah arus yang berlebih.

Gambar 4.8 Reactor SHUNT AY 01 pada MTS 1

Spesifikasi reactor yang di gunakan di kompensasi PT Krakatau Daya Listrik dapat dilihat di table 4.3 di bawah ini.

Tabel 4.3 Spesifikasi Reactor shunt PT Krakatau Daya Listrik

4.4.2 Filter Circuit• Filter circuit merupakan rangkaian

penghasil daya Reaktif kapasitif dan dapat berfungsi untuk mengurangi

harmonic di jaringan, yang di rangkai parallel dengan TCR.

Gambar 4.9 Filter Circuit di MTS III

Gambar 4.10 Rangkain Filter Circuit

Spesifikasi filter circuit yang di pakai di Krakatau Daya Listrik dapat di lihat di table 4.3 dibawah ini

Tabel 4.4 Spesifikasi Kapsitor

4.4.3 Sistem Pendingin TCRSistem pendingin digunakan untuk menjaga temperatur thyristor agar tidak terjadi over heating ketika beroperasi. Proteksi yang di gunakan pada system pendingin adalah:

6

Water flow switch sensor ini akan aktif jika tidak ada air yang mengalir pada sistem pendingin air dionat

Pressure switch : sensor ini akan mematikan pompa dan kompensasi jika tekanan air dibawah setingan

Conductivity switch : sensor ini akan meng-offkan kompensasi jika diatas setingan.

Temperatur switch : sensor ini akan meng – offkan kompensasi jika temperature air dioanat melebihi setinganTabel 4.5 Pengaturan Alarm dan Pengaturan Trip untuk proteksi di system pendingin TCR.

Sistem pendingin untuk TCR dapat di lihat di gambar 4.11

Gambar 4.11 Pendingin Thyristor

Gambar 4.12 Indikator Temperatur air dionat

Gambar 4.13 Indikator Konduktansi Air Dionat

Cara Kerja System Pendingin

Gambar 4.15 System Pendingin Thyristor

Pendingin thyristor kompensasi KDL menggunakan sistem pendinginan dengan media air dionat secara close loop circuit ( air yang mempunyai konduktivity kecil)Air dionat setelah mendinginkan thyristor didinginkan lagi oleh service water dari WTP PT. Krakatau Steel

1. Air dionat di pompa dan menuju ke thyristor

2. Air dionat dari thyristor yang sudah tidak lagi dingin menuju ke heat exchanger.

3. Air dionat yang sudah dingin keluar dari heat exchanger dan menuju pompa.

4. Air baku di salurkan dari Water Treatment Plant menuju heat exchanger.

5. Air baku yang keluar dai heat exchanger sudah tidak lagi dingin, dan kembali mengalir menuju Water Treatment Plant.

Heat exchanger adalah sebuah media yang mempertemukan air dionat yang sudah tidak dingin dengan air baku yang dingin, yang tujuannya air baku mendinginkan air dionat

7

supaya dapat di pakai lagi dalam mendinginkan thyristor. Namun di dalam heat exchanger air baku dengan air dionat tidak bercampur karena di dalam compartment yang berbeda.

4.4.4 Kontrol dan ProteksiFungsi Kontrol dan Proteksi

• Mengontol Reaktif power pada thyristor dengan pengukuran tegangan dan tanggapan Arus

• Penggunaan Close loop control• Mengamankan dari over current dan

short circuit

Gambar 4.16 Blok diagram system control thyristor

1. Valve base elektronic system (VBE) adalah penghubung antara control & protection system ( CP ) dan kompensator untuk menyalurkan perubahan signal elektronic modul (TE) pada valve modul yang berdasar pada signal yang ditangkap dari Control & protection system (CP)

2. Kontrol signal merubah signal optic dan di salurkan ke modul elektronik thyristor pada bagian power melalui gelombang optic

3. Signal check back pada bagian thyristor ditransmisikan dari modul elektronic thyristor ke VBE. Signal optic ini di conversikan ke electronic signal dan di evaluasi untuk tujuan perubahan signal atau disalurkan ke thyristor monitoring system ( TM )

4. Thyristor monitoring system saling mempengaruhi dengan firing system. Informasi bagian operasi pada plan di suplay dari control & protection system ( CP) dengan koneksi kabel

dan informasi pada bagian thyristor diperoleh pada VBE dari signal exchange pada thyristor elektronik. Deteksi gangguan di cetak oleh printer beserta type dan lokasi gangguan

4.5 Pengaruh Pemasangan SVC dalam System Tenaga Listrik

Tegangan sistem yang berada di luar margin stabilitas tegangan akan berpengaruh terhadap buruknya keandalan, kualitas dan kontinuitas dari sistem tenaga.Berikut ini merupakan beberapa contoh pengaruh sebelum dan sesudah pemasangan SVC pada system jaringan PT Krakatau Daya Listrik.

1. Masalah Harmonisa

Gambar 4.15 Harmonic sebelum di pasangnya SVC

Gambar 4.16 Harmonisa setelah pemasangan SVC

2. Masalah Faktor Daya

8

Selain SVC dapat memperbaiki harmonisa, SVC juga dapat memperbaiki factor daya, terlihat seperti di bawah ini

Gambar 4.17 Faktor daya sebelum pemasangan SVC

Terlihat dari karakteristik beban di atas bahwa factor daya sebelum pemasangan SVC sangat buruk. Nilai factor daya yang paling rendah adalah 0.65, yang paling tinggi 0.73 dan rata-ratanya 0.7

Gambar 4.18 Faktor daya sesudah pemasangan SVC

Setelah pemasangan SVC factor daya yang di hasilkan sangat baik. Nilai factor daya yang paling rendah adalah 0.85, rata-rata factor daya berada di angka 0.9 dan factor daya yang paling besar menyentuh angka 0.91

3. Masalah Kestabilan Tegangan

Gambar 4.19 Tegangan sebelum pemasangan SVC

Terlihat dari gambar atas tegangan sebelum di pasangnya SVC sangat tidak stabil. Tegangan berada di kisaran 29.8 sampai 30.8

Gambar 4.20 Tegangan sesudah pemasangan SVC

Setelah pemasangan SVC teganag terlihat lebih stabil, yaitu anatar range 30.4

V. Kesimpulan

1. Static VAR Compensator merupakan sebuah peralatan Flexible AC Transmission System (FACTS) yang di gunakan sebagai system kompensasi daya di 5 pabrik di PT. Krakatau Steel, yang cara kerjanya dengan menghasilkan atau menyerap daya reaktif dengan control sudut penyalaan dari TCR.

2. Kompenen pendukung Static VAR Compensator (SVC) terdiri dari filter circuit, Thyristor Controlled Reactor (TCR), stabilizer, reactor, dan rangkaian control.

3. Filter circuit dan TCR saling membantu dalam menjaga kulitas listrik, TCR berguna untuk mengatur sudut picu untuk membangkiitkan daya reaktif indukti agar beban tidak bersifat kapasitif, dan filter circuit sendiri berguna untuk menyerap daya reaktif induktif dari beban maupun dari TCR. Filter circuit juga dapat menyerap harmonisa.

4. Stabilizer atau pendingin SVC menggunakan dellbag sebagai pendingin ruangan filter circuit dngan media udara. Water cooling system berguna untuk mendinginkan thyristor dengan

9

media air dionat. Air dionat di pompakan menuju thyristor, setelah air dionat tidak lagi dingin kemudian masuk ke dalam heat exchanger dan di dinginkan dengan air baku dengan compartment yang berbeda. Air baku sendiri berasal dari Water Treatment Plant.

DAFTAR PUSTAKA

1. Profil PT. Krakatau Daya Listrik. 2010. PT. Krakatau Daya Listrik

2. Agustinus, Andreas. 2007. Penggunaan Filter Pasif Untuk Mereduksi Harmonisa Akibat Pemakaian Beban Non Linear. ITS. Surabaya

3. Sulasno. 2001. Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Undip. Semarang

4. Robandi, Imam. 2006. Desain system tenaga Modern. Penerbit ANDI. Yogyakarta.

5. Penangsang, Ontoseno. 2007. Diktat Analisis Sistem Tenaga

Listrik (Konsep dasar). ITS. Surabaya.

BIODATA MAHASISWA

Andreas Bahda Muchamad (21060112140036)Lahir di Serang, pada tanggal 29 Januari 1994. Telah menempuh pendidikan di SD Negeri 2 Cilegon, SMP Negeri 2 Cilegon, SMA Negeri 1 Cilegon. Sekarang sedang menempuh pendidikan S1 Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Konsentrasi Ketenagaan (power).

Menyetujui,

Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Joko Windarto, MT(196405261989031002)

10