SOLUSI DAN ANALISIS KUALITAS DAYA PADA INDUSTRI JASA ...

SOLUSI DAN ANALISIS KUALITAS DAYAPADA INDUSTRI JASA KONSTRUKSI

LOGAM DAN BESISolution and Power Quality Analysis on Metal and Ferrous Construction Industry

Achmad HasanPusat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi

BPPT Gedung II Lt 20 Jl. MH Thamrin 8 Jakarta 10340 Email: e-mail: ; [email protected][email protected]

AbstractPT. Sukses Mandiri is a national company that is engaged in Production Engineering and Industrial Maintenance Service. The production process is divided into 3 parts (sheet materials, components, consumables), then proceed with the incoming inspection, cutting, welding assy, finishing, painting and final inspection. Electrical energy supplied by PT. PLN (Persero) with a contract power of 147 kVA, while the gas energy required for cutting metal and iron. The measurement results show that there is an unbalance that is based on the amount of load served by the current of each phase in the MDP (main distribution panel) and SDP (sub distribution panel) as well as low power factor between 0.59 to 0.69. THD (total harmonic distortion) the highest current reached 25.2% while the THD voltage is below standard. In the MDP (MCB 400A) showed an unbalance between the load and THD phase currents are very large>16%. In the SDP (MCB 250A) load current unbalance in S phase, this is caused by an unbalance in the load and power factor is quite low in each phase. THD fluctuating currents in each phase in which the lowest and highest 1.6% at 2.1%. Losses incurred due to the low power factor in the SDP of 35.91kW

Keywords: energy, electricity, efficiency, power quality, process

AbstrakPT. Sukses Mandiri adalah perusahaan nasional yang bergerak dalam bidang Teknik Produksi dan Industri Jasa Pemeliharaan. Proses produksi dibagi menjadi 3 bagian (lembar bahan, komponen, bahan habis pakai), kemudian dilakukan pemeriksaan awal bahan yang baru masuk, pemotongan, pengelasan assy, finishing, pengecatan dan pemeriksaan akhir. Energi listrik dipasok oleh PT. PLN (Persero) dengan kontrak daya sebesar 147 kVA, sedangkan energi gas yang dibutuhkan digunakan untuk memotong logam dan besi. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa terjadi ketidakseimbangan arus setiap fasa pada MDP (Main Distribution Panel) dan SDP (Sub Distribution Panel) berdasarkan jumlah beban yang dilayani serta faktor dayanya rendah antara 0,59 - 0,69. THD (Total Harmonic Distortion) arus tertinggi mencapai 25,2% sedangkan tegangan THD di bawah standar. Dalam MDP (MCB 400A) menunjukkan ada ketidakseimbangan antara beban dan fasa, THD arusnya sangat besar yaitu >16%. Pada SDP (MCB 250A) terlihat bahwa ada ketidakseimbangan arus pada fasa S, hal ini disebabkan oleh ketidakseimbangan dalam faktor beban dan daya yang cukup rendah dalam setiap fasa. THD arus berfluktuasi di setiap fasa, terendah mencapai 1,6% dan tertinggi mencapai 2,1%. Kerugian yang ditimbulkan akibat faktor daya rendah di SDP sekitar 35,91kW.

Kata kunci: energi, kelistrikan, penghematan, kualitas daya, proses

Solusi dan Analisis Kualitas ................(Achmad Hasan) 47

1. PENDAHULUANPT. Sukses Mandiri adalah perusahaan Nasional yang bergerak dalam bidang Production Engineering dan Industrial Maintenance Service. PT. Sukses Perkasa didirikan pada tahun 2004 untuk memenuhi kebutuhan industri yang bergerak dalam bidang konstruksi, perminyakan, pertambangan, semen, quarry dan alat berat, yang lokasinya berada di Bekasi, Jawa Barat.

PT. Sukses Mandiri mempunyai karyawan berjumlah 91 orang, bergerak di bidang jasa proses kontruksi berbahan logam dan besi dengan

total produksi pada tahun 2009 sebesar 418.489 kg, dan total produksi pada tahun 2010 mengalami kenaikan sebesar 0,1% sehingga total produksi pada tahun 2010 menjadi 421.516,9 kg. Diperkirakan total produksi pada tahun 2011 akan mengalami kenaikan sebesar 80% sehingga total produksi dapat mencapai 742.231,36 kg. Fluktuasi produksi logam dan besi dalam 3 tahun terakhir seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Pada Gambar 2 dapat dilihat produksi rata-rata per bulan dalam satu tahun dimana pada tahun 2010 dan tahun 2011 mengalami kenaikan.

Naskah diterima tanggal: 7 Agustus 2012Disetujui tanggal : 13 Nopember 2012

48 Jurnal Energi dan Lingkungan Vol. 8, No. 2, Desember 2012 Hlm. 47-53

Gambar 1. Grafik fluktuasi produksi logam dan besi rata-rata per-bulan

Gambar 2. Diagram produksi logam dan besi rata-rata per tahun

Produk jasa dari PT. Sukses Mandiri dapat dilihat pada Gambar 3, yaitu: pemotongan plat dengan gas atau listrik (mesin cutting), pembentukan logam atau besi menjadi oval (mesin milling) dan pemboran pada logam atau besi (mesin drilling atau mesin radial). Produk jasa konstruksi logam dan besi PT. Sukses Mandiri ini melayani order (pelanggan) baik dari Pulau Jawa maupun di luar Pulau Jawa.

Gambar 3. Produk jasa konstruksi logam dan besi

2. PROSES PRODUKSIProduk jasa konstruksi logam dan besi PT. Sukses Mandiri ini melayani order (pelanggan) baik dari P. Jawa maupun di luar P. Jawa. Proses produksi jasa konstruksi pemotongan logam dan besi yang digunakan di PT. Sukses Mandiri seperti terlihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Diagram alir proses produksi pemotongan logam dan besi

Mesin cutting ini dilengkapi dengan 1 unit motor listrik dengan kapasitas daya 80 Watt, sedangkan 1 unit mesin press 300 ton dengan kapasitas motor listrik 11,3 Watt. Energi utama yang digunakan pada proses produksi PT. Sukses Mandiri adalah energi listrik dan energi gas. Energi listrik dipasok oleh PT. PLN (Persero) dengan kontrak daya sebesar 147 kVA, sedangkan energi gas

dibutuhkan untuk pemotongan logam dan besi (cutting).

Proses produksi pada PT. Sukses Mandiri diawali dengan material yang di bagi menjadi 3 bagian (material sheet, component, consumable), kemudian dilanjutkan dengan proses incoming inspection, cutting (pemotongan), welding assy, finishing, painting dan final inspection.

MATERIAL

MATERIAL SHEET

COMPONENT

INCOMING INPECTION

CONSUMABLE(WIRE, PAINT, ETC)

NG

OK COMPONENT/MATERIA STOCK

OK CUTTING

MACHINING/BENDING/ROLLING

OK OK

OK

OK

OK OK OKWELDINGASSY FINISHING PAINTING

MACHINING/BENDING/ROLLING

CUSTOMER

FABRICATION PROCESS

FEED BACK FOR IMPROVEMENT

OUT OF HOUSE

NG

NG

DELIVERY

CLAIM

FINAL INSPECTION

Proses jasa konstruksi (Felder, R.M. dan Rousseau, R.W., 1994) dapat dijelaskan sebagai berikut:§Incoming inspection, yaitu proses untuk

mengetahui material apa yang di gunakan untuk di lakukan pemotongan atau tidak.

§Cutting, yaitu proses untuk melakukan pemotongan sesuai yang di inginkan costumer.

§Welding assy, yaitu proses untuk pembentukan logam dan besi.

§Finishing, yaitu proses untuk mengetahui bekas-bekas pengelasan yang tidak sempurna agar di haluskan menggunakan gerinda.

§Painting, yaitu proses pengecatan pada alat berat yang sudah di finishing.

§Final inspection, yaitu proses mengetahui hasil akhir apakah masih ada cacat pada hasil produksi sebelum jatuh ke costumer.

3. POLA PENGGUNAAN ENERGIEnergi listrik di PT. Sukses Mandiri disuplai oleh PT. PLN (Persero) melalui gardu induk yang berada di dekat industri, kemudian disalurkan ke dalam pabrik melalui kWh meter dan masuk ke panel MDP utama. Distribusi sistem kelistrikan di PT. Sukses Mandiri seperti ditunjukkan oleh single line diagram pada Gambar 5. Pendistribusian daya berasal dari panel induk yang menyatu dengan sub-panel yang juga sudah terpasang kapasitor bank.

Gambar 5. Single line diagram sistem kelistrikan

4. INTENSITAS ENERGIEnergi listrik yang digunakan oleh PT. Sukses Mandiri untuk menggulirkan produksi jasa konstruksi pemotongan logam dan besi tahun 2011 (dari bulan Mei sampai bulan Oktober) seperti terlihat pada Tabel 1, sedangkan biaya pembayaran/tagihan listrik bulanan untuk 3 (tiga) tahun terakhir diberikan pada Gambar 6.

Tabel 1 Konsumsi energi listrik tahun 2011

PLN, 147 kVA

MESINPRESS300 ton

SDP PRODUKSI

1

SDP PRODUKS

I

PANELPENERANGAN

PABRIK

DANINSTALASI

LISTRIK

200 A

250 A 100 A225 A

100 A

BULANLWBP

(kWh)

WBP

(kWh)

TOTAL

(kWh)

MEI 8509 1311 9820

JUNI 8105 401 8506

JULI 11894 1536 13430

AGUSTUS 5880 0 5880

SEPTEMBER 18020 2123 20142

OKTOBER 12594 1948 14542

Gambar 6. Diagram biaya energi listrik

5. KUALITAS DAYA Kualitas daya (Jiteng Marsudi, 1990) sangat erat hubungannya dengan hal-hal sebagai berikut: ·Fluktuasi tegangan, merupakan rentang

perubahan tegangan maksimum dan minimum. Besarnya tegangan sangat berpengaruh terhadap pengoperasian suatu peralatan. Apabila tegangan yang disuplai ke beban melebihi tegangan nominalnya maka akan terjadi over voltage dan kemungkinan terjadinya gradien tegangan lebih besar, dan bisa menyebabkan discharge. Sebaliknya bila tegangannya rendah jauh melebihi tegangan nominalnya, akan berakibat terhadap tidak berfungsinya peralatan listrik dengan baik, dan juga dapat menyebabkan arus lebih. Fluktuasi tegangan menunjukkan karakteristik fluktuasi beban konsumen, semakin rendah fluktuasi tegangan menunjukkan kondisi beban cukup baik.

·Ketidakseimbangan tegangan merupakan prosentase perbedaan tegangan antar fasa. Ketidakseimbangan tegangan terjadi apabila tegangan tiap fasa mempunyai besar dan sudut tegangan yang tidak standar, sehingga tegangan antara fasa tidak sama. Ketidak seimbangan tegangan sangat bertpengaruh terhadap beban tiga fasa seperti transformator dan motor. Hal ini akan menyebabkan kenaikan temperatur, rugi-rugi panas dan energi serta penurunan kemampuan operasi.

·Ketidakseimbangan arus beban. Idealnya arus masing-masing fasa sebaiknya sama besar. Bila arus fasa tidak seimbang, maka akan berakibat terhadap pemanasan peralatan terutama pada transformator dan motor.

·Harmonisa tegangan merupakan gelombang distorsi yang merusak bentuk gelombang fundamental (sinusoidal) tegangan, sehingga bentuk gelombang tegangan menjadi buruk (tidak sinusoidal murni). Harmonisa tegangan ini dapat menyebabkan terjadinya pemanasan dan kualitas operasi yang buruk pada kinerja peralatan.

·Harmonisa arus merupakan gelombang distorsi yang merusak bentuk gelombang fundamental (sinusoidal) arus, sehingga bentuk gelombang arus menjadi buruk (tidak


sinusoidal murni). Penyebab utama timbulnya harmonik arus adalah adanya peralatan listrik yang bersifat non linier, seperti komputer, inverter, UPS, DC drive dan battery chargers. Adanya harmonisasi arus ini dapat meng-akibatkan beberapa kerugian pada peralatan di antaranya overheating, penurunan life time peralatan dan rugi-rugi energi.

·Faktor daya merupakan pergeseran fasa antara tegangan dan arus, yang didapatkan dari perkalian bilangan kompleksnya. Faktor daya dapat bersifat leading (arus mendahului tegangan) dan dapat juga lagging (arus tertinggal dari tegangan). Faktor daya leading disebabkan oleh beban yang bersifat kapasitif dan lagging karean beban induktif. Faktor daya yang rendah dapat menyebabkan peningkatan rugi-rugi pada saluran, tidak optimalnya kontrak daya (kVA) dan biaya tambahan akibat denda faktor daya.

6. HASIL DAN PEMBAHASAN

6.1. Hasil PengukuranBerkaitan dengan kualitas daya listrik pada PT. Sukses Mandiri, perlu dilakukan pengukuran di beberapa titik terutama pada sisi MDP (Main Distribution Panel) dan SDP (Sub Distribution Panel), namun pada saat melakukan pengukuran terdapat banyak kendala seperti, sempitnya ruang gerak untuk melakukan pengukuran, kesulitan dalam memasang alat ukur dan lain sebagainya, sehingga pengukuran dengan HIOKI 3197 dan 3286-20 hanya dilakukan pada beberapa tempat (Gambar 7) sebagai berikut.

Gambar 7. Pelaksanaan pengukuran kualitas daya pada beberapa panel

P̈engukuran dengan alat ukur Hioki tipe 3197 pada MDP Utama MCB (Main Circuit Breaker) 250A yang men sub semua pemakaian listrik dengan hasil seperti ditunjukkan pada Tabel 2.P̈engukuran dengan alat ukur Hioki tipe 3286-20 pada SDP dengan MCB 250A yang melayani mesin press 40 ton dan 10 ton, compressor, mesin bubut, dan mesin bor dengan hasil seperti ditunjukkan pada Tabel 3.

¨

Tabel 2 Hasil pengukuran pada MDP utama (Hioki 3197), MCB 400A (Anonim, 2007)

Tabel 3 Hasil pengukuran pada SDP (Hioki 3286-20), MCB 250A (Anonim, 2007)

6.1. Perhitungan dan Analisis Data

6.1.1. Intensitas Energi Peralatan Pengguna Energi Utama

Konsumsi energi listrik untuk mengoperasikan proses produksi PT. Sukses Mandiri tahun 2011 (dari bulan Mei sampai bulan Oktober), dari pembayaran rekening listrik dari tahun 2009 ke tahun 2010 mengalami penurunan sebesar 7,3%, sedangkan pada tahun 2011 diperkirakan pembayaran energi listrik mengalami kenaikan sebesar 5,28% hingga bulan Oktober. PT. Sukses Mandiri beroperasi sepanjang tahun kecuali hari Minggu dan hari libur nasional (diasumsikan semuanya berkisar 60 hari). Dilihat dari daya tersambung ke PT. PLN (Persero) sebesar 147 kVA, maka dapat dikatakan bahwa penggunaan daya pada PT. Sukses Mandiri sudah optimum. Namun, bila dilihat dari single line diagram terdapat 1 buah MCB yang digunakan pada MDP dengan kapasitas 400A dan pada SDP terdapat 4 buah MCB (2 buah dengan kapasitas masing-masing MCB 100A, dan 1 buah dengan kapasitas masing-masing MCB 250A dan 225A) (pembebanan MCB sebesar 62,54%), ini

No. Parameter Fasa R Fasa S Fasa T

1 Tegangan (V), Volt 219.9 228.4 219.4

2 Arus (I), Ampere 185 145.6 149.7

3 Daya aktif (P), kW 16.98 M 18.85 M 16.84 M

4Daya kompleks (S),

kVA19.51 M 21.18 M 18.77 M

5 Faktor daya (PF) 0.87 0.89 0.89

6Daya reaktif (Q),

kVAr9.59 M 9.65 M 8.28 M

7Harmonik tegangan

(THD V, %)3.1 2.9 2.6

8Harmonik arus

(THD I, %)22.8 21.7 25.2

No. Parameter Fasa R Fasa S Fasa T

1 Tegangan (V), Volt 370 373 377

2 Arus (I), Ampere 156.6 109.8 110.6

3 Daya aktif (P), kW 69.9 42.1 43.9

4Daya kompleks (S),

kVA100.5 71 72.2

5 Faktor daya (PF) 0.696 0.592 0.608

6 Daya reaktif (Q), kVAr 72.2 57.2 57.4

7Harmonik tegangan

(THD V, %)2.1 2.1 1.5

8Harmonik arus (THD I,

%)1.6 2.1 1.7


kelihatannya over sized. Kapasitas MCB yang optimum adalah 123,2 kVA sehingga pembebanan MCB menjadi sebesar 83%. Dan pembebanan MCB sebesar 83% ini merupakan titik efisiensi maksimum suatu MCB. Untuk menghitung penggunaan energi (kWh) dalam menghasilkan produk, maka pemakaian semua sumber energi yang digunakan harus ditransformasi dulu ke dalam satuan yang sama dan biasanya yang digunakan adalah satuan kWh listrik (Henslay, W.K., 1999).

Dari hasil pengukuran kualitas daya listrik terlihat bahwa:a. Terjadi ketidakseimbangan beban yang

didasarkan pada besarnya arus yang dilayani oleh masing-masing fasa pada MDP dan SDP yang diukur seperti ditunjukkan pada Tabel 4. Ketidakseimbangan beban ini juga menye-babkan terjadinya ketidakseimbangan arus.

Tabel 4 Ketidakseimbangan arus pada panel

b. Terjadi ketidakseimbangan beban yang didasarkan pada besarnya daya aktif yang dilayani oleh masing-masing fasa pada MDP dan SDP yang diukur seperti ditunjukkan pada Tabel 5.

Tabel 5 Ketidakseimbangan daya aktif pada panel

c. Pada panel SDP fasa S mengalami faktor daya yang rendah yaitu 0,59 dan yang tertinggi mencapai 0,69 seperti ditunjukkan pada Tabel 6.

Tabel 6 Panel dengan faktor daya rendah

d. Beberapa panel mengalami fluktuasi daya reaktif yang cukup tajam seperti ditunjukkan pada Tabel 7.

Tabel 7 Daya reaktif pada panel

e. THD (Total Harmonic Distortion) arus pada panel MDP melebihi standar 16%. Hasil pengukuran memperlihatkan nilainya ber-fluktuasi, yang rendah 1,6% dan yang tertinggi mencapai 25,2% seperti ditunjukkan pada Tabel 8.

Tabel 8 THD arus pada panel

f. THD (Total Harmonic Distortion) tegangan ma-sih di bawah normal 5 %. Hasil pengukuran memperlihatkan nilainya berfluktuasi, yang rendah 2,1% dan yang tertinggi mencapai 3,1% seperti ditunjukkan pada Tabel 9.

Tabel 9 Panel dengan THD tegangan berfluktuasi

6.2.2. Potensi Penghematan EnergiDari analisis di atas beberapa potensi penghematan energi sistem kelistrikan sisi suplai dapat dicatat sebagai berikut: a. Penyeimbangan Beban

Beban yang tidak seimbang dapat meng-akibatkan penurunan efisiensi sistem sebesar 2%.

b. Pengoptimalan kinerja regulator kapasitor bank sehingga faktor kerja kembali mencapai nilai optimumnya (0,9). Losses yang timbul karena rendahnya faktor daya dapat dihitung berdasarkan pada pendekatan berikut pada

2SDP I : Losses = 1 – [0,59/0,9]

Fasa R Fasa S Fasa T

1 MDP 185 145.6 149.7

2 SDP 156.6 109.8 110.6

No. Panel

Arus (I, Ampere)


1 MDP 16.98 M 18.85 M 16.84 M

2 SDP 69.9 42.1 43.9

No. Panel

Daya Aktif (P, kW)


1 SDP 0.696 0.592 0.608

No. Panel

Faktor Daya (PF)


1 MDP 9.59 M 9.65 M 8.28 M

2 SDP 72.2 57.2 57.4

No. Panel

Daya Reaktif (Q, kVar)


1 MDP 22.8 21.7 25.2

2 SDP 1.6 2.1 1.7

No. Panel

THD Arus (THD I, %)


1 MDP 3.1 2.9 2.6

2 SDP 2.1 2.1 1.5

No. Panel

THD Tegangan (THD V, %)


2Pada SDP I : Losses = 1 – [0,59/0,9]= 0,5703

Potensi losses =0,5703 x 100% = 57,03%Bila kapasitas daya SDP sebesar 72 kVA, maka losses nya = 35,91 kW

c. Pengurangan THD arus menjadi < 15%.d. Pemasangan ballast elektronik. Berdasarkan

pada acuan “Energy Audit Guide, Part B” dari Centre for Renewable Energy Sources, selisih daya yang dihasilkan dari penggantian setiap ballast adalah 12 W atau penghematan energi sebesar 13% (penggunaan daya untuk ballast biasa dan ballast elektronik adalah masing-masing 87 W dan 75 W).

e. Penggantian MCB model lama (sekring) dengan MCB model baru pada SDP Produksi sehingga apabila terjadi kelebihan beban akan turun (trip).

f. Pemasangan inverter pada mesin press 300 ton dan 100 ton.Perhitungan beban aktual motor-motor

produksi pada suatu kelompok motor pada suatu ruangan/gedung tertentu dapat diketahui dengan membandingkan antara total daya yang ada pada kelompok motor pada suatu gedung dengan hasil pencatatan penggunaan energi listrik pada bulan September 2011. Adapun asumsi ini diambil dengan melihat rata-rata pemakaian energi listrik pada tahun 2011 (sampai bulan September) yaitu sebesar 20.412 kWh.

Adapun data-data penggunaan energi pada gedung perkantoran, gudang, dan lain-lain tidak dapat disajikan karena keterbatasan data yang diperoleh pada saat dilakukan audit. Disamping itu perhitungan beban aktual dapat juga dihitung dengan melakukan pendekatan perbandingan antara hasil pengukuran pada MDP dan beban yang dilayani pada SDP tersebut.

7. KESIMPULAN Dari hasil pengukuran dan analisis yang telah dilakukan di atas, ditemukan titik potensi penghematan energi sistem kelistrikan pada industri jasa konstruksi logam dan besi meliputi harmonik tegangan dan arus, ketidakseimbangan tegangan dan arus beban dan faktor daya.

Selain itu Pada MDP dengan MCB 400A, dari grafik pengukuran menunjukkan adanya ketidak-seimbangan beban antar fasa R,S dan T. THD arus sangat besar > 16%. Pada SDP dengan MCB 400A, dari grafik pengukuran menunjukkan bahwa terjadi ketidakseimbangan arus beban di fasa S, hal ini disebabkan adanya ketidak-seimbangan beban. Faktor daya cukup rendah di setiap fasa. THD arus berfluktuasi pada masing-masing fasa, terendah 1,6% dan tertinggi mencapai 2,1%.

Pemasangan inverter, dari hasil diskusi dike-tahui bahwa semua mesin belum meng-gunakan inverter.

Pemasangan EMS (Energy Management System). Areal pabrik yang luas, beban-beban listrik dan panel-panel pengukuran listrik yang tersebar menyulitkan operator dalam melakukan pencatatan kWh meter (Smith, C.B., 1981). Oleh karena itu, perlu ditimbang suatu sistem manajemen pengukuran listrik yang terintegrasi dan terpusat di ruang teknik, yang merangkum pencatatan kWh meter secara digital, serta akan mencatat ketidakseimbangan arus pada masing-masing panel sub distribution panel. Cara ini akan mampu memberi gambaran tingkat pemakaian peralatan listrik terhadap daya yang dialokasikan. Pemasangan EMS dilakukan untuk memonitor ketidak-seimbangan arus yang akan memberikan potensi penghematan energi sebesar 2 %.

DAFTAR PUSTAKAAnonim, 2007. Hioki Installation and Operating

Instructions: Power Quality Analyzer 3197. Japan.

Felder, R.M. and Rousseau, R.W., 1994. Elementary Principles of Chemical Processes. North Carolina State University, USA.

Henslay W.K., 1999. Electric Power Engineering. Second Edition, McGraw-Hill, England.

Jiteng Marsudi, 1990. Operasi Sitem Tenaga Listrik. Erlangga, Jakarta

Smith, C.B., 1981. Energy Management Principles. Pergamon Press.


SOLUSI DAN ANALISIS KUALITAS DAYA PADA INDUSTRI JASA ...

Documents

Transcript of SOLUSI DAN ANALISIS KUALITAS DAYA PADA INDUSTRI JASA ...