Analisa Harmonisa Sistem Kelistrikan Pabrik Peleburan...
Transcript of 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
Page 3
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
Page 4
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.
Page 5
DASAR TEORI
Harmonisa pada sistem tenagalistrik
Sumber harmonisa pada sistemdistribusi PT. Ispat Indo
Standar dalam distorsiharmonisa
Filter Harmonisa
Page 6
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
+
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
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
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
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
Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Kondisi Sistem
Setelah Pergantian Trafo
Spektrum harmonisa tegangan Main Bus PLN
Karakteristik impedansi Main Bus PLN
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
Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Kondisi Eksisting Setelah Pergantian Trafo
Spektrum harmonisa tegangan Main Bus PLN
Karakteristik impedansi Main Bus PLN
THD Pada Kondisi Setelah PergantianTrafo Akibat Pemasangan Filter
THD TeganganTerbesar
THD arusTerbesar
Spektrum Tegangan dan Karakteristik Impedansi pada Main Bus PLN Pada
Kondisi Setelah Pergantian Trafo AkibatPemasangan Filter
Spektrum harmonisa tegangan Main Bus PLN
Karakteristik impedansi Main Bus PLN
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.