1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Sistem tenaga listrik pada suatu industri harus dapat menjamin
terlaksananya proses produksi secara efisien. Untuk mencapai hal tersebut diperlukan suatu sistem tenaga listrik yang memiliki kontinuitas dan kehandalan yang baik. Kontinuitas berarti sistem kelistrikan suatu industri harus mampu menyuplai daya secara kontinyu agar proses produksi dapat berlangsung secara terus-menerus. Sistem tenaga listrik dikatakan memiliki keandalan yang baik jika sistem tersebut mampu mengisolasi bagian yang mengalami gangguan secepat mungkin ketika terjadi gangguan, sehingga efek yang ditimbulkan oleh gangguan tersebut tidak meluas dan meminimalkan kerugian yang mungkin terjadi dalam sistem. Seiring tuntutan penambahan kapasitas produksi maka tidak dapat dipungkiri penambahan peralatan penunjang proses produksi mutlak diperlukan, sehingga kebutuhan akan tenaga listrik terus bertambah yang berakibat pada naiknya arus gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi. Besarnya arus hubung singkat yang ada pada suatu sistem tenaga berbeda antara satu titik dengan titik lainnya. Oleh karenanya, arus hubung singkat harus dihitung pada setiap titik dalam jaringan sehingga dapat ditentukan karakteristik peralatan yang dibutuhkan untuk menahan atau memutuskan arus gangguan, misalnya
1
2
mementukan spesifikasi pemutus tenaga (PMT), rating trafo arus dan untuk menentukan setting dan koordinasi rele proteksi. Tingginya arus hubung singkat yang terjadi dalam sistem dapat menunjukkan seberapa besar kapasitas suatu sistem tenaga. Semakin tinggi arus hubung singkat yang mungkin terjadi maka semakin besar pula kapasitas sistem tenaga tersebut. Arus hubung singkat yang tinggi dapat pula memberikan keuntungan bagi sistem proteksi, yaitu rele dapat bekerja dengan cepat sebagai akibat besarnya arus gangguan, sehingga dapat memberikan sinyal kepada pemutus tenaga untuk segera memutus arus gangguan. Namun demikian, kenaikan arus hubung singkat yang tinggi juga harus diimbangi oleh kemampuan peralatan-peralatan yang ada pada sistem tenaga untuk dapat menahan dan mampu memutus arus gangguan hubung singkat tersebut. Kerugian yang besar akan timbul apabila perlatan-peralatan dalam suatu sistem tenaga mengalami kegagalan dalam meahan dan memutus arus gangguan. Oleh karenanya pemilihan karakteristik peralatan-peralatan yang akan dipasang harus direncanakan dengan sebaik mungkin untuk menghadapi perkembangan sistem tenaga di masa mendatang. Arus hubung singkat pada sistem tenaga selalu berubah sesuai dengan perkembangan sistem tenaga. Kenaikan arus hubung singkat yang tinggi bukanlah suatu masalah selama kenaikannya masih dalam batas-batas kemampuan peralatan. Oleh sebab itu, perhitungan ulang terhadap arus hubung singkat harus dilakukan pada semua titik dalam sistem. Sejalan dengan selalu berubahnya arus hubung singkat maka penentuan setting rele proteksi juga harus mengacu pada
3
perubahan arus hubung singkat tersebut agar proteksi dapat bekerja seperti yang diharapkan. Kapasitas switchgear harus mampu dalam menahan dan memutuskan arus hubung singkat. Meningkatnya arus hubung singkat yang mungkin terjadi pada suatu sistem tenaga tentunya harus diikuti dengan kemampuan PMT untuk memutus arus hubung singkat tersebut. Artinya, kapasitas pemutusan PMT yang berada di bawah arus hubung singkatnya harus diganti. Hal ini akan membutuhkan biaya yang sangat mahal. Dengan demikian, harus ditemukan alternatif untuk menekan biaya dan waktu penggantian switchgear sebagai akibat dari tingginya arus hubung singkat. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah dengan membatasi arus hubung singkat di sistem tenaga tersebut dengan menambah impedans antara sumber dengan beban. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan pembatas arus (current limiting). Terdapat berbagai jenis pembatas arus, dua diantarnya adalah reaktor pembatas arus dan Is-Limiter. Meningkatnya kebutuhan tenaga listrik di Pabrik-1 PT Pupuk Kalimantan Timur menuntut industri tersebut untuk mengaktifkan kembali pembangkit tenaga listrik sebesar 11,4 MW. Hal ini tentu saja akan mengakibatkan arus hubung singkat yang mungkin terjadi meningkat sehingga diperlukan suatu analisis untuk mengetahui dampak arus hubung singkat yang mungkin terjadi pada sistem tenaga existing, terutama yang besarnya melebihi kapasitas switchgear existing.
4
Pengoperasian pembatas arus dianggap sebagai solusi yang lebih praktis dibandingkan dengan mengganti PMT yang mempunyai kapasitas pemutus arus hubung singkat rendah. Namun demikian, pengoperasian pembatas arus juga memiliki kelemahan. Kelemahan pengoperasian pembatas arus adalah adanya pengaruh terhadap jatuh tegangan dan rugi daya yang akan berujung kepada kerugian finansial. Dalam tugas akhir yang berjudul “Penentuan Rating Reaktor dan IsLimiter Pembatas Arus Pada Switchgear 6,9 kV Pabrik-1 PT. Pupuk Kalimantan Timur“, akan dilakukan analisis hubung singkat yang terjadi pada sistem kelistrikan di Pabrik-1 PT. Pupuk Kalimantan Timur dengan menggunakan perhitungan manual. Perhitungan manual tersebut akan dibandingkan dengan analisis hubung singkat menggunakan program ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) Powerstation 7.0.0 Selanjutnya perhitungan manual tersebut akan digunakan untuk analisis penentuan rating reaktor dan Is-Limiter pembatas arus. 1.2
Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat dirumuskan rumusan
masalah tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Perlu dilakukan evaluasi terhadap kapasitas switchgear akibat adanya penambahan sistem tenaga listrik baru. 2. Seberapa besar pembatasan atau penurunan arus hubung singkat yang ingin dicapai oleh pembatas arus.
5
3. Berapa rating dari reaktor dan Is-Limiter pembatas arus yang harus dipasang pada sistem tenaga listrik Pabrik-1 PT. Pupuk Kalimantan Timur. 1.3
Batasan Masalah Berdasarkan rumusan masalah di atas, dapat ditentukan batasan masalah
yang bertujuan agar tidak terjadi pembahasan yang tidak berhubungan atau di luar konteks yang akan dibahas dalam tugas akhir ini. Agar penelitian berjalan efektif maka terdapat batasan masalah sebagai berikut: 1. Perhitungan hubung singkat yang dilakukan adalah perhitungan hubung singkat 3 fase karena nilai magnitudnya paling besar dibandingkan gangguan hubung singkat lainnya sehingga dapat digunakan sebagai dasar penentuan rating perlatan kelistrikan. 2. Simulasi dan analisis hubung singkat digunakan untuk mengevaluasi kemampuan switchgear tetapi tidak digunakan untuk mengevaluasi koordinasi sistem proteksi. 3. Simulasi dilakukan dengan bantuan program ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) Powerstation 7.0.0. 1.4
Maksud dan Tujuan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Mengetahui besarnya arus hubung singkat yang mungkin terjadi pada sistem existing dan parameter-parameter lain yang terlibat didalamnya. 2. Mengevaluasi
kemampuan
switchgear
yang
terpasang
terhadap
kemungkinan arus hubung singkat maksimum pada sistem existing.
6
3. Mengetahui seberapa besar pembatasan atau penurunan arus hubung singkat yang ingin dicapai oleh pemasangan reaktor dan Is-Limiter pembatas arus. 4. Mengetahui rating dari reaktor dan Is-Limiter pembatas arus yang ingin digunakan berdasarkan arus hubung singkat yang ingin dibatasi tersebut. 1.5
Sistematika penulisan Adapaun sistematika penulisan dalam penulisan tugas akhir ini adalah
sebagai berikut, yaitu: BAB 1
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang penjelasan mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, maksud dan tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II
DASAR TEORI Berisi tentang tinjauan pustaka mengenai arus hubung singkat serta beberapa teori yang diperlukan oleh penulis dalam melakukan proses penelitian.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN Berisi mengenai cara atau metode yang digunakan oleh penulis dalam melakukan proses penelitian.
7
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN Berisi tentang analisis dan pembahasan yang mendalam mengenai analisis hubung singkat dan penentuan rating reaktor serta IsLimiter pembatas arus.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN Berisi tentang kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil penelitian.
