ANALISIS KONSUMSI DAYA PADA GERBONG KERETA API PENUMPANG KELAS EKSEKUTIF, BISNIS, DAN EKONOMI (DI DEPO GERBONG KERETA API INDONESIA)

Makalah Seminar Tugas Akhir

ANALISIS KONSUMSI DAYA PADA GERBONG KERETA API PENUMPANG KELAS EKSEKUTIF, BISNIS, DAN EKONOMI (DI DEPO GERBONG KERETA API INDONESIA) Muhammad Rizal Arfianto1, Ir.Tedjo Sukmadi, M.T2, Ir.Bambang Winardi, M.T2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Abstrak— Kereta api merupakan alat transportasi masal yang umumnya terdiri dari lokomotif, rangkaian gerbong penumpang, dan gerbong pembangkit. PT.KAI memiliki kode penamaan di setiap gerbongnya, yaitu: K1 untuk gerbong penumpang kelas eksekutif, K2 untuk gerbong penumpang kelas bisnis, K3 untuk gerbong penumpang kelas ekonomi. Kelistrikan didalam gerbong penumpang disuplay oleh gerbong pembangkit dengan kode penamaan, yaitu: KM untuk kelas eksekutif, KMP2 untuk kelas bisnis, dan KMP3 untuk kelas ekonomi. Penelitian dilakukan pada kereta rute SemarangJakarta, yaitu: KA Argo Muria kelas eksekutif, KA Fajar atau Senja Utama kelas bisnis, dan KA Tawang Jaya kelas ekonomi untuk mengetahui beban maksimum gerbong penumpang, beban puncak maksimum, beban rata-rata harian, dan faktor kapasitas genset kereta pembangkit. Beban maksimum terhitung K1 Argo Muria adalah 141,37kW, K2 Fajar dan Senja Utama adalah 20,74kW, dan K3 Tawang Jaya adalah 9,7kW. Setelah dilakukan pengukuran, didapatkan beban maksimum terukur untuk K1 91,135kW, K2 7,71kW, dan K3 5,9kW. Beban rata-rata harian kelas eksekutif 54,49kW, kelas bisnis 3,96kW, dan kelas ekonomi 4,76kW. Kapasitas dan persentase konsumsi daya maksimum kereta terhadap gerbong pembangkit untuk KM 500kVA sebesar 29,8%, KMP2 150kVA sebesar 7,34%, dan KMP3 50kVA sebesar 18,75%.

kualitas SDM yang berkompeten di bidangnya dan sistem pemeliharaan/perawatan kereta gerbong yang terjadwal dengan baik, termasuk didalamnya meliputi pemeliharaan dan penanggulangan gangguan AC kereta, perawatan lampulampu beserta peralatan penunjang kenyamanan lainnya seperti TV LCD dan kipas angin, PT Kereta Api Indonesia membentuk Divisi Pemeliharaan Sarana, dalam hal ini adalah Dipo Kereta-Gerbong yang dimiliki oleh setiap Daerah Operasi ( DAOP ) yang tersebar di Jawa dan Sumatera. Berdasarkan informasi yang didapat dari PT.KAI, persilangan lintasan trek jalur Semarang – Jakarta sampai saat ini hanya dapat dilalui untuk kereta api dengan maksimal jumlah rangkaian sebanyak 15 gerbong termasuk lokomotif, selain mempertimbangkan faktor panjang peron stasiun di sepanjang trayek itu. Tujuan dari penulisan tugas akhir ini ialah merujuk dari pembangunan infrastruktur PT.KAI, yaitu: pembangunan double track disepanjang lintas pantai utara sepanjang Jakarta - Surabaya, perpanjangan peron stasiun – stasiun besar, dan memperpanjang titik persilangan kereta api. Atas dasar kondisi diatas, maka tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah menganalisa konsumsi daya pada gerbong kereta api sehingga kelak gerbong kereta pembangkit dirangkai dengan gerbong penumpang dalam jumlah yang lebih maksimal. Hal ini akan sangat bermanfaat ketika terjadi lonjakan penumpang luar biasa. B.

Kata kunci – konsumsi daya, faktor kapasitas, mesin diesel, gerbong penumpang, kapasitas generator, faktor daya I. PENDAHULUAN A.

Latar Belakang Persaingan antar moda transportasi yang semakin ketat, tentunya akan berpengaruh terhadap kualitas pelayanan yang diberikan kepada pelanggan pengguna jasa transportasi. Masing-masing perusahaan transportasi akan berlomba-lomba untuk memberikan pelayanan yang terbaik untuk memperoleh pelanggan dan pangsa pasar yang lebih luas. Tingkat kepuasan pelanggan menjadi prioritas utama yang menjadi tolak ukur keberhasilan setiap perusahaan, tak terkecuali oleh PT. Kereta Api Indonesia. Untuk kegiatan pemeliharaan dan perawatan sarana kereta biasanya dilakukan dengan jadwal bulanan, 3 bulanan, dan semesteran. Hal ini tentunya harus ditopang dengan

[1] [2]

Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP

Batasan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang tersebut, maka batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Penelitian dilakukan untuk mengetahui beban rata-rata dan maksimum harian dari satu rangkaian kereta api, kemudian dilakukan penghitungan beban maksimum agar dapat diketahui penambahan jumlah gerbong. 2. Pengukuran beban kelistrikan pada gerbong dihitung komponen baru, karena baru saja perawatan 6 bulanan dan dilakukan penggantian komponen-komponen beban kelistrikan di gerbong. 3. Untuk pengukuran langsung kapasitas maksimal dari generator tidak bisa dilakukan karena keterbatasan beban sesungguhnya sehingga kapasitas maksimum generator hanya dapat diketahui melalui perhitungan. C.

Tujuan Penelitian Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut :

1.

2. 3. 4.

5.

Melakukan penelitian dan penghitungan tentang total konsumsi daya yang harus ditanggung oleh gerbong kereta pembangkit. Melakukan penelitian dan penghitungan tentang total daya yang disediakan dalam kereta pembangkit. Melakukan pengukuran beban harian kereta kelas eksekutif, bisnis, dan ekonomi. Untuk mengetahui jumlah penambahan rangkaian gerbong kereta api jurusan tertentu saat diperlukan untuk mengakomodasi peningkatan jumlah penumpang. Untuk mengetahui faktor kapasitas dan persentase pemakaian genset terhadap konsumsi daya sesuai dengan jumlah beban yang ditanggung apabila dilakukan peremajaan generator di gerbong pembangkit. II. LANDASAN TEORI

Generator[5] Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator memperoleh energi mekanis dari penggerak awal (prime mover). Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Generator terpasang satu poros dengan motor diesel, yang biasanya menggunakan generator arus sinkron (alternator) pada pembangkitan. Kontruksi generator AC adalah sebagai berikut: 1. Rangka Stator Terbuat dari besi tuang, rangka stator merupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain. 2. Stator Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat terjadinya GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi. 3. Rotor Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini, terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat. 4. Cincin geser Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. 5. Generator penguat Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus.

A.

Generator AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Generator AC terdiri dari stator yang merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan. Pada generator AC jangkarnya diam sedangkan medan utamanya berputar dan lilitan jangkarnya dihubungkan dengan dua cincin geser. Mesin Diesel[2] Mesin diesel adalah motor bakar yang berfungsi untuk menghasikan tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar rotor generator sehingga putaran rotor tersebut akan

B.

memotong medan magnet yang ada di generator dan menghasilkan GGL (Gaya Gerak Listrik) tegangan. Mesin diesel menggunakan bahan bakar minyak diesel dengan kecepatan tinggi, bekerja dengan prinsip pembakaran kompresi dan menggunakan dua langkah atau empat langkah putaran dalam operasi. Keuntungan pemakaian mesin diesel sebagai penggerak mula (Prime Mover): 1. Desain dan instalasi sederhana 2. Auxilary equipment (peralatan bantu) sederhana 3. Waktu pembebanan relatif singkat Kerugian pemakaian mesin diesel sebagai penggerak mula (Prime Mover): 1. Berat mesin sangat berat karena harus dapat menahan getaran serta kompresi yang tinggi. 2. Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu sekitar 200 bar. 3. Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut dimensinya makin besar pula, hal tersebut menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar. 4. Konsumsi bahan bakar menggunakan minyak yang relatif lebih mahal dibandingkan pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar jenis lain seperti gas dan batubara. Sistem starting adalah proses untuk menghidupkan atau menjalankan mesin diesel. Sistem starting ini dibagi menjadi 3 macam, yaitu: 1. Sistem Start Manual Dipakai untuk mesin diesel dengan daya yang relatif kecil yaitu <30 PK. Start manual ini menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakkan oleh tenaga manusia. 2. Sistem Start Elektrik Dipakai oleh mesin diesel yang memiliki daya sedang yaitu <500 PK. Sistem ini menggunakan motor DC dengan suplai listrik dari baterai atau accu 12 atau 24 volt untuk menstart diesel. 3. Sistem Start Kompresi Dipakai oleh diesel yang memiliki daya besar yaitu >500 PK. Sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi untuk start dari mesin diesel. Sistem Pendukung Genset[4] Dalam pengoperasiannya, suatu instalasi Genset memerlukan sistem pendukung agar dapat bekerja dengan baik dan tanpa mengalami gangguan. Secara umum sistemsistem pendukung tersebut dibagi menjadi 3 bagian, yaitu: 1. Sistem Pelumasan Untuk mengurangi getaran antara bagian-bagian yang bergerak dan untuk membuang panas maka semua bearing dan dinding dalam dari tabung-tabung silinder diberi minyak pelumas berupa minyak. 2. Sistem Bahan Bakar Mesin dapat berputar karena sekali tiap dua putaran disemprotkan bahan bakar ke dalam ruang silinder, bahan bakar yang digunakan oleh genset ialah solar. 3. Sistem Pendinginan

C.

Sebagian dari energi yang terkandung dalam bahan bakar yang diberikan pada mesin diubah menjadi tenaga mekanik sedangkan sebagian tersisa sebagai panas. Panas tersebut diserap oleh bahan pendingin yang ada pada dinding-dinding bagian tabung silinder dan didinginkan dengan air.

Definisi umum dari segitiga daya adalah suatu hubungan antara daya nyata, daya semu, dan daya reaktif yang dapat dilihat hubungannya pada gambar bentuk segitiga berikut ini :

D. Baterai dan Battery Charger[5] Alat yang memiliki sumber energi kimia yang dapat menghasilkan energi listrik disebut dengan electric cell (sel listrik). Ketika beberapa sel listrik yang terdiri dari elektoda dan elektrolit dihubungkan secara elektrik akan menjadi baterai. Ketika elektoda dihubungkan dengan suatu konduktor akan terjadi pergerakan arus dalam elektrolit tersebut. Battery charger mendapat suplai listrik dari sumber PLN atau dari generator itu sendiri, berfungsi untuk mengisi energi listrik ke accu atau baterai sebesar 12 atau 24V yang digunakan untuk menstart genset, maka battery charger harus dapat mengisi accu atau baterai sampai kapasitas tersebut. Segitiga Daya[6] Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha, yaitu perkalian antara arus dan tegangan. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Daya dinyatakan dalam P, Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya dinyatakan : 1. Daya Nyata (P) Daya nyata merupakan daya listrik yang digunakan untuk keperluan menggerakkan mesin-mesin listrik atau peralatan lainnya, dinyatakan dalam satuan Watt. Line to netral / 1 fasa P = V x I x Cosφ ...................................(2.1) Line to line/ 3 fasa P = √3 x V x I x Cosφ ..................................(2.2) 2. Daya Semu (S) Daya semu merupakan daya listrik yang melalui suatu penghantar transmisi atau distribusi. Daya ini merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus yang melalui penghantar, dengan satuan volt ampere (VA). Line to netral/ 1 fasa S=VxI ....................................(2.3) Line to line/ 3 fasa S = √3 x V x I ....................................(2.4) 3. Daya Reaktif (Q) Daya reaktif merupakan selisih antara daya semu yang masuk pada penghantar dengan daya aktif pada penghantar itu sendiri, dimana daya ini terpakai untuk daya mekanik dan panas. Daya reaktif ini adalah hasil kali antara besarnya arus dan tegangan yang dipengaruhi oleh faktor daya. Line to netral/ 1 fasa Q = V x I x Sinφ ..................................(2.5) Line to line/ 3 fasa Q = √3 x V x I x Sinφ ..................................(2.6)

Gambar 2.1 Hubungan Segitiga Daya

III. KELISTRIKAN GERBONG KERETA Penelitian dilakukan sesuai pada gambar 3.1, dengan alur penelitian sebagai berikut:

E.

Gambar 3.1 Diagram alur penelitian

A. 1. a. b. c. d. 2.

Bahan dan Perlengkapan Bahan Analisa Bahan yang digunakan dalam analisa ini adalah: Data pengukuran beban pada gerbong kelas Eksekutif, Bisnis, dan Ekonomi di PT. Kereta Api Indonesia. Data total beban pada gerbong penumpang yang disuplai generator diesel kereta pembangkit. Data kapasitas generator diesel kereta pembangkit. Data peralatan kelistrikan pada gerbong penumpang.

Perlengkapan Pendukung Perlengkapan pendukung yang digunakan adalah sebagai berikut: a. Alat ukur yaitu Cos θ meter, Tang Ampere, Multimeter b. Perangkat keras (Hardware) yaitu seperangkat komputer (Personal Computer), Kalkulator c. Perangkat lunak (Software) yaitu Microsoft Office Word dan Microsoft Office Excel. d. Printer untuk mencetak hasil analisa.

B.

Pembagian Kelas Gerbong Penumpang Pada tugas akhir ini, dilakukan penelitian kereta api kelas eksekutif, bisnis dan ekonomi dengan rute SemarangJakarta PP. 1. KA Argo Muria (K1) Gerbong kelas eksekutif atau K1 adalah gerbong angkutan penumpang yang menggunakan sistem pendingin ruangan. 2. KA Fajar dan Senja Utama (K2) Gerbong kelas bisnis atau K2 adalah gerbong angkutan penumpang yang tidak memiliki sistem pendingin ruangan (AC). Sebagai gantinya pada gerbong penumpang ini menggunakan kipas angin (Ceiling Fan). 3. KA Tawang Jaya (K3) Gerbong kelas ekonomi atau K3 adalah gerbong angkutan penumpang yang sama seperti gerbong penumpang kelas bisnis, gerbong penumpang ini menggunakan kipas angin Box Fan. 4. Gerbong Kereta Makan (KM) Gerbong kereta makan adalah gerbong restorasi khusus untuk kelas eksekutif, gerbong ini menggunakan sistem pendingin udara. 5. Gerbong Kereta Makan dan Pembangkit Gerbong kereta makan dan pembangkit adalah gerbong yang berisi ruang makan/restorasi dan ruangan untuk generator diesel. Gerbong kereta makan dan pembangkit ini digunakan dalam rangkaian kereta api kelas bisnis (K2) dan kelas ekonomi (K3). Kode K1 KM1 K2 KM2 K3 KM3 KMP KP BP KW

Tabel 3.1 Pembagian Kode Gerbong Keterangan Gerbong kelas Eksekutif Gerbong Makan kelas Eksekutif Gerbong kelas Bisnis Gerbong Makan kelas Bisnis Gerbong kelas Ekonomi Gerbong Makan kelas Ekonomi Gerbong Kereta Makan + Pembangkit Gerbong Pembangkit Listrik Gerbong Bagasi dan Pembangkit Gerbong Wisata

Gerbong penumpang pada kelas Eksekutif, Bisnis, dan Ekonomi sama-sama menggunakan lampu TL dalam sistem penerangannya. Lampu TL yang digunakan ialah dengan daya 20 W dan 40 W. Khusus untuk kereta api kelas eksekutif terdapat lampu baca 3 watt dan lampu bagasi 14 watt. 3. Televisi atau LCD Televisi pada gerbong penumpang hanya dipasang didalam gerbong jenis K1 atau kelas eksekutif yang diletakkan pada ujung-ujung dinding gerbong penumpang dibagian depan dan bagian belakang, dengan konsumsi daya 100W. 4. Kipas Angin Kipas angin hanya digunakan pada gerbong K2 dan K3, yang berfungsi sebagai penyegar udara ruangan didalam gerbong. Jenis kipas angin didalam gerbong penumpang yaitu: a. Ceiling Fan Digunakan pada kereta kelas bisnis K2, berjumlah 8 buah disetiap gerbongnya dengan konsumsi daya 45W. b. Box Fan Digunakan pada kereta kelas ekonomi atau K3, berjumlah 8 buah setiap gerbongnya dengan konsumsi daya 41W. c. Exhaust Fan Exhaust fan didalam gerbong menggunakan konsumsi daya sebesar 18W. 5. Lampu Semboyan Lampu semboyan adalah lampu yang digunakan sebagai tanda-tanda saat kereta berjalan dan ada 2 jenis yaitu berwarna hijau dan merah. Total lampu disebuah gerbong adalah 4 buah lampu hijau dan 6 buah lampu merah. Lampu yang digunakan adalah lampu pijar dengan daya 14 watt.

Gambar 3.2 Lampu Semboyan

C.

Komponen Beban Gerbong Penumpang Dalam suatu gerbong penumpang, terdapat instalasi listrik gerbong yang menyerupai instalasi rumah. Komponen atau bahan yang sering dipasang pada gerbong penumpang antara lain kipas angin (Exhaust Fan, Box Fan, dan Ceiling Fan), lampu penerangan (lampu lorong, lampu bordes, lampu toilet, lampu baca), lampu semboyan, stop kontak, televisi, dan pendingin ruangan (AC). Khusus pendingin ruangan, dan televisi terdapat pada gerbong K1, sedangkan kipas angin terdapat pada gerbong K2 dan K3. Untuk stop kontak hanya dipasang ada gerbong K1 dan K2. 1. Pendingin Ruangan (AC) Pendingin ruangan hanya digunakan untuk kelas eksekutif dengan tegangan 3 fasa 380V dan berjumlah 2 unit disetiap gerbongnya. 1 unit AC terdiri dari 2 buah kompresor 2,2kW, 1 buah kondensor 0,75kW, dan 1 buah evaporator 2kW. 2. Lampu Penerangan

6.

Stop Kontak Stop kontak kereta K1 atau kelas eksekutif, yang disediakan berupa stop kontak double di tiap 2 bangku penumpang, sehingga total stop kontak didalam gerbong penumpang berjumlah 50 buah. Sedangkan pada kereta K2 atau kelas bisnis, disediakan berupa stop kontak single di tiap 2 bangku penumpangnya, berjumlah 32 stop kontak disetiap gerbong penumpangnya.

Gambar 3.3 Stop Kontak Double K1

D.

Sistem Kelistrikan Pada Gerbong Penumpang Sistem kelistrikan pada gerbong penumpang PT.KAI berasal dari generator diesel sebagai catu daya utama. Generator diesel pada rangkaian kereta api diletakkan pada gerbong pembangkit sebagai catu daya utama rangkaian kereta api. Pada kereta kelas eksekutif, kereta pembangkit

diletakkan dirangkaian paling belakang. Kereta kelas eksekutif membutuhkan generator diesel yang cukup besar dikarenakan menanggung beban yang besar dari instalasi pendingin ruangan disetiap gerbongnya. Untuk kelas bisnis dan ekonomi umumnya kereta pembangkit disatukan dengan ruangan restorasi karena kebutuhan daya rangkaian kereta kelas bisnis dan ekonomi ini tidak terlalu besar. Gerbong pembangkit listrik dihubungkan dengan gerbong penumpang lainnya menggunakan Junction Box, memiliki 4 warna yaitu merah (R), kuning (S), biru (T), dan hitam (netral). Junction Box ini berjumlah 4 buah tiap gerbongnya berfungsi menyalurkan arus ke gerbong-gerbong kereta untuk menyalakan pendingin ruangan, TV, stop kontak, exhaust fan, kipas angin, sistem penerangan, dan lampu semboyan.

2.

KA Fajar dan Senja Utama kelas bisnis Rangkaian KA Fajar dan Senja Utama memiliki 1 buah lokomotif, 8 buah gerbong K2, dan 1 buah KMP2. Gambar 3.9 Konfigurasi Rangkaian Kelas Eksekutif

3.

KA Tawang Jaya kelas ekonomi Rangkaian KA Tawang Jaya memiliki 1 buah lokomotif, 10 buah gerbong K3, dan 1 buah KMP3. Gambar 3.10 Konfigurasi Rangkaian Kelas Eksekutif

IV. PERHITUNGAN DAN ANALISIS

A. 1.

Perhitungan Kebutuhan Beban Maksimum Kebutuhan Maksimum Gerbong K1 Tabel 4.1 Kebutuhan Maksimum KA1 Argo Muria Beban Lampu TL 20W Lampu Bagasi Lampu Baca Exhaust Fan AC Televisi/LCD Lampu Semboyan Stop Kontak

Gambar 3.4 Junction Box K2

2.

Teg PF Volt cosφ 220 0,42 220 0,42 220 0,8 220 0,8 380 0,6 220 0,75 220 1 220 0,8 Total Terpasang

Jumlah Beban 30 unit 28 unit 50 unit 2 unit 2 unit 2 unit 10 unit 50 unit

Daya Watt 20 40 45 18 7150 100 14

Daya Total W VA 600 1428,57 392 933,33 150 187,5 36 45 14300 23830 200 266,66 140 140 2112 2640 17930 29471,1

Arus Ampere 6,493 4,242 0,852 0,204 36,205 1,212 0,636 12 61,844

Kebutuhan Maksimum Gerbong K2 Tabel 4.2 Kebutuhan Maksimum KA2 Fajar dan Senja Utama Beban Lampu TL 20W Lampu TL 40W Ceiling Fan Exhaust Fan Lampu Semboyan Stop Kontak

Gambar 3.5 Blok Diagram Kelistrikan Gerbong Kelas Eksekutif

3.

Teg PF Volt cosφ 220 0,42 220 0,42 220 0,8 220 0,8 220 1 220 0,8 Total Terpasang

Jumlah Beban 4 unit 9 unit 8 unit 6 unit 10 unit 32 unit

Daya Watt 20 40 45 18 14

Daya Total W VA 80 190,47 360 857,14 360 450 108 135 140 140 1408 1760 2456 3532,61

Arus Ampere 0,865 3,896 2,045 0,613 0,636 8 16,055

Kebutuhan Maksimum Gerbong K3 Tabel 4.3 Kebutuhan Maksimum KA3 Tawang Jaya Beban Lampu TL 20W Lampu TL 40W Box Fan Exhaust Fan Lampu Semboyan

Gambar 3.6 Blok Diagram Kelistrikan Gerbong Kelas Bisnis

4.

Teg PF Volt cosφ 220 0,42 220 0,42 220 0,8 220 0,8 220 1 Total Terpasang

Jumlah Beban 4 unit 5 unit 8 unit 6 unit 10 unit

Daya Watt 20 40 41 18 14

Daya Total W VA 80 190,47 200 476,19 328 410 108 135 140 140 856 1351,6

Arus Ampere 0,865 2,164 1,863 0,613 0,636 6,141

Kebutuhan Maksimum Gerbong KM Tabel 4.4 Kebutuhan Maksimum KM Beban Lampu TL 20W Lampu TL 40W Televisi/LCD Dispenser Kulkas Exhaust Fan AC Lampu Semboyan

Gambar 3.7 Blok Diagram Kelistrikan Gerbong Kelas Ekonomi

E.

Konfigurasi Rangkaian Kereta Api Pada penelitian ini, rangkaian kereta yang diukur adalah KA Argo Muria dengan pembangkit BP untuk kelas eksekutif, KA Fajar dan Senja Utama dengan pembangkit KMP2 untuk kelas bisnis, dan KA Tawang Jaya dengan pembangkit KMP3 untuk kelas ekonomi. Konfigurasi rangkaian kereta sebagai berikut: 1. KA Argo Muria kelas eksekutif Rangkaian KA Argo Muria memiliki 1 buah lokomotif, 7 buah gerbong K1, 1 buah KM, dan 1 buah BP.

Gambar 3.8 Konfigurasi Rangkaian Kelas Eksekutif

5.

Teg PF Volt cosφ 220 0,42 220 0,42 220 0,75 220 0,6 220 0,87 220 0,8 380 0,6 220 1 Total Terpasang

Jumlah Beban 3 unit 11 unit 1 unit 2 unit 2 unit 5 unit 2 unit 10 unit

Daya Watt 20 40 100 250 115 18 7150 14

Daya Total W VA 60 142,85 440 1047,62 100 133,33 500 833,33 230 264,36 90 112,5 14300 23830 140 140 15860 26504

Arus Ampere 0,649 4,761 0,606 3,787 1,201 0,511 36,205 0,636 48,356

Kebutuhan Maksimum Gerbong KMP Tabel 4.5 Kebutuhan Maksimum KMP Beban Lampu TL 20W Kulkas Dispenser Exhaust Fan Box Fan Lampu Semboyan

Teg PF Volt cosφ 220 0,42 220 0,87 220 0,6 220 0,8 220 0,8 220 1 Total Terpasang

Jumlah Beban 15 unit 1 unit 1 unit 5 unit 6 unit 10 unit

Daya Watt 20 115 250 18 41 14

Daya Total W VA 300 714,28 115 132,18 250 416,66 90 112,5 246 307,5 140 140 1141 1823,12

Arus Ampere 3,246 0,6 1,893 0,511 1,397 0,636 8,283

B. 1.

Kapasitas Genset Genset BP 500KVA (Mercedez Benz OM444LA) I n Genset 

2.

1.

Daya Genset (kVA) 150 kVA   0,2279 kA  227,9 A 3  VL-L 3  380 V

Genset KMP3 50KVA (Yanmar 4TNV106-GGE) I n Genset 

C.

2.

Genset KMP2 150KVA (Deutz DWL120) I n Genset 

3.

Daya Genset (kVA) 500 kVA   0,75968 kA  759,68 A 3  VL-L 3  380 V

Fcapacity 

Daya Genset (kVA) 50 kVA   0,7596 kA  75,96 A 3  VL-L 3  380 V

Beban rata - rata 119,397 kVA   0,24 Kapasitas maksimum 500 kVA

Kelas Bisnis KA Fajar dan Senja Utama Ptotal = (jumlah gerbong x total daya K2)+total daya KMP2 = (8 x 2,45kW) + 1,14kW = 20,74kW Stotal = (8 x 3,53kVA) + 1,823kVA = 30,06kVA Itotal = (8 x 16,05 A) + 8,283 A = 136,683 A P 20,74 Cos     0,69 S 30,06 Tabel 4.7 Total Beban Terukur yang disuplai oleh gerbong KMP2

Analisis Data Pengukuran Kelas Eksekutif KA Argo Muria Ptotal = (jumlah gerbong x total daya K1)+total daya KM = (7 x 17,93kW) + 15,86kW = 141,37kW Stotal = (7 x 29,47kVA) + 26,5kVA = 232,79kVA Itotal = (7 x 61,84 A) + 48,35 A = 481,23 A Cos  

Fajar Utama/Senja Utama: SMG-JKT (08.00-15.40), JKT-SMG (19.20-04.00) Jam 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 Arus terbesar Beban Puncak KW

P 141,37   0,61 S 232,79

Tabel 4.6 Total Beban Terukur yang disuplai oleh gerbong BP Argo Muria JKT-SMG (07.30-14.30), SMG-JKT (16.00-23.00) Jam 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 Arus terbesar Beban Puncak KW

8/9/12 2 0 0 0 0 0 193 190 191 192 192 193 191 189 0 190 214 223 225 224 226 222 225 3

Arus terukur (Ampere) per tanggal 9/9/12 10/9/12 11/9/12 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 193 191 190 193 192 192 192 192 191 193 191 191 192 191 192 191 193 191 192 192 190 189 189 189 0 0 0 191 190 190 198 190 191 221 222 223 225 227 225 227 223 226 215 221 224 216 222 220 214 224 221 3 3 3

12/9/12 2 0 0 0 0 0 191 191 192 190 190 191 190 189 0 192 193 221 221 223 227 223 220 3

226

227

227

226

227

90,733

91,135

91,135

90,733

91,135

Rata-rata arus dan beban setiap hari

Rata2/jam (Ampere) 2 0 0 0 0 0 191,6 191,6 191,6 191,4 191,4 191,8 191 189 0 190,6 197,2 222 224,6 224,6 222,6 220,6 220,8 3

Beban (KW) 0,802 0 0 0 0 0 76,923 76,923 76,923 76,842 76,842 77,003 76,682 75,879 0 76,521 79,171 89,128 90,171 90,171 89,368 88,565 88,646 1,204

135,725

54,490

Gambar 4.1 Kurva Beban Harian Gerbong BP

Beban terukur rata-rata harian 54,49kW, arus maksimum sebesar 227A, dan arus terukur rata-rata harian 135,725A. Genset beroperasi selama 18 jam per hari, dengan arus ratarata 181,411A. S = 3. V . I = 3 . 380 . 181,411 = 119,397 kVA Faktor kapasitas genset BP 500kVA dengan beban ratarata sebesar 119,397kVA:

15/9/12 0 0 0 0 0 0 0 9,12 9,24 10,03 9,42 9,47 9,5 9,15 9,26 0 0 4,8 14,45 14,7 15,2 15,26 16,5 14,4

Arus terukur (Ampere) per tanggal 16/9/12 17/9/12 18/9/12 14,2 14,35 14,45 14,85 14,7 15,25 14,45 14,45 14,45 4,8 4,8 4,8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9,12 9,12 9,12 9,35 9,23 9,14 9,32 9,56 9,25 9,2 9,88 9,25 9,47 9,73 9,3 10,04 9,58 9,75 9,87 9,34 10,02 9,57 9,22 9,24 0 0 0 0 0 0 4,8 4,8 4,8 14,45 14,45 14,45 14,58 14,5 15,6 14,5 15,44 15,23 15,4 15,75 14,4 16,75 16,42 16,48 14,5 14,5 14,4

19/9/12 14,6 14,58 14,45 4,8 0 0 0 9,12 9,2 9,24 9,18 9,45 9,64 10,03 9,36 0 0 4,8 14,45 14,7 15,5 14,75 16,5 14,5

16,5

16,75

16,42

16,48

16,5

7,493

7,606

7,456

7,484

7,493

Rata-rata arus dan beban setiap hari

Rata2/jam (A) 11,52 11,876 11,56 3,84 0 0 0 9,12 9,232 9,48 9,386 9,484 9,702 9,682 9,33 0 0 4,8 14,45 14,816 15,174 15,112 16,53 14,46

Beban (KW) 5,231 5,393 5,249 1,743 0 0 0 4,141 4,192 4,305 4,262 4,306 4,405 4,396 4,237 0 0 2,179 6,562 6,728 6,89 6,862 7,506 6,566

8,731

3,965

Gambar 4.2 Kurva Beban Harian Gerbong KMP2

Beban terukur rata-rata harian 4,022kW, arus terukur maksimum sebesar 1,75A, dan arus terukur rata-rata harian 8,731A. Genset beroperasi selama 19 jam per hari, dengan arus rata-rata 11,029A. S = √3. V . In = √3 . 380 . 11,029 = 7,528kVA Faktor kapasitas genset KMP2 150kVA dengan beban rata-rata sebesar 7,528kVA: Fcapacity 

3.

Beban rata - rata 7,528 kVA   0,05 Kapasitas maksimum 150 kVA

Kelas Ekonomi KA Tawang Jaya Ptotal = (jumlah gerbong x total daya K3) + total daya KMP3 = (10 x 856W) + 1141W = 9,701kW Stotal = (10 x 1351,66 VA) + 1823,12VA = 15,323 kVA Itotal = (10 x 6,14 A) + 3,283 A = 69,683 A Cos  

P 9,701   0,63 S 15,323

Tabel 4.8 Total Beban Terukur yang disuplai oleh gerbong KMP3

C

Tawang Jaya SMG-JKT (19.00-03.30) Jam

Arus terukur (Ampere) per tanggal 22/9/12 23/9/12 24/9/12 25/9/12 26/9/12 0 0 0 0 0 14,15 14,15 14,15 14,15 14,15 14,25 14,25 14,25 14,25 14,25 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,25 14,25 14,2 14,2 14,25 14,2 14,2 14,25 14,25 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,25 14,2 14,2 14,2 14,25 14,2 14,2 14,2 14,5 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 2,5 2,5 14,2 14,2 2,5 0 0 0 0 0

17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 Arus terbesar Beban Puncak KW

14,25

14,25

14,25

14,25

14,25

5,908

5,908

5,908

5,908

5,908

Rata-rata arus dan beban setiap hari

Rata2/jam (A) 0 14,15 14,25 14,2 14,2 14,22 14,23 14,2 14,21 14,27 14,2 7,18 0

Beban (KW) 0 5,867 5,908 5,887 5,887 5,896 5,900 5,887 5,892 5,916 5,887 2,977 0

11,485

4,762

Fcapacity 

Beban rata - rata 8,933 kVA   0,18 Kapasitas maksimum 50 kVA

D. Perbaikan Faktor Daya Faktor daya total disetiap jenis kelas kereta penumpang didapatkan 0,61 untuk kelas eksekutif, 0,69 untuk kelas bisnis, dan 0,63 untuk kelas ekonomi. Pemakaian energi listrik dengan faktor daya rendah memiliki kerugian karena dengan nilai daya reaktif (Q) yang cukup besar menyebabkan kebutuhan daya semu (S) yang lebih besar untuk mencukupi kebutuhan daya aktif (P). Dengan kata lain untuk mencukupi kebutuhan daya aktif yang sama, dibutuhkan penyediaan daya (S) yang lebih besar. Untuk mengurangi kerugian tersebut maka diperlukan adanya perbaikan faktor daya hingga mendekati nilai idealnya yaitu faktor daya = 1, biasanya diperbaiki hingga mencapai 0,95-0,98. Untuk perhitungan digunakan: Ө K1 = cos -1 0,61 = 52,41 ..........................(4.1) Ө K2 = cos -1 0,69 = 46,36 Ө K3 = cos -1 0,63 = 50,94 Dalam penulisan tugas akhir ini dikehendaki perbaikan faktor daya sesudah dipasang kapasitor adalah 0,98, maka diperlukan perhitungan sebagai berikut: Q1 = P.tan Ө 1 ………………………………(4.2) Q2 = P.tan Ө ………………………………(4.3) Q c = Q 1 – Q2 ………………………………(4.4) 2 Xc = V .……...………………………(4.5) Qc

1 2. . f.X c

……………………..………(4.6)

Keterangan: Q1 = Daya reaktif sebelum dipasang kapasitor Q2 = Daya reaktif sesudah dipasang kapasitor Qc = Daya keluaran dari kapasitor. Ө 1 = Sudut fasa semula Ө 2 = Sudut fasa yang dikehendaki (cos-1 0,98=11,48°) P = Daya aktif Xc = Reaktansi kapasitif C = Besar kapasitor yang akan dipasang Perhitungan : 1. Kelas Eksekutif (K1) Beban maksimum kelas eksekutif adalah 91,135 kW Q1 = 91,135 kW x tan 52,41° = 118,383 kVar Q2 = 91,135 kW x tan 11,48° = 18,508 kVar Qc = 118,383 – 18,508 = 99,875 kVar 380 2 Xc = = 1,445 ohm

Gambar 4.3 Kurva Beban Harian Gerbong KMP3

Beban terukur rata-rata harian 4,762KW, arus terukur maksimum sebesar 14,25A, dan arus terukur rata-rata harian 11,485A. Genset beroperasi selama 11 jam per hari, dengan arus rata-rata 13,537A. S = √3. V . In = √3 . 380 . 13,537 = 8,933kVA Faktor kapasitas genset KMP3 50kVA dengan beban rata-rata sebesar 13,537A:

=

C 2.

99,875  103 1 = = 2203,9 μF 2  3,14  50  1,445

Kelas Bisnis (K2) Beban maksimum kelas eksekutif adalah 7,606 kW Q1 = 7,606 kW x tan 46,36° = 7,975 kVar Q2 = 7,606 kW x tan 11,48° = 1,544 kVar Qc = 7,975– 1,544 = 6,431 kVar 380 2 Xc = = 22,45 ohm 6,431  10 3

1 = 141,86 μF 2  3,14  50  22,45 3. Kelas Ekonomi (K3) Beban maksimum kelas eksekutif adalah 5,9 kW Q1 = 5,9 kW x tan 50,94° = 7,27 kVar Q2 = 5,9 kW x tan 11,48° = 1,198 kVar Qc = 7,27 – 1,198 = 6,072 kVar 380 2 Xc = = 23,78 ohm 6,072  10 3 1 C = = 133,92 μF 2  3,14  50  23,78 Agar lebih mudah dalam membandingkan daya reaktif semula dan daya reaktif setelah faktor daya dijadikan 0,98 serta besar kapasitor yang harus dipasang, maka berikut ini akan disajikan dalam bentuk tabel 4.27 dibawah ini.

C

=

Tabel 4.9 Perbandingan Daya Reaktif Sebelum dan Sesudah Dipasang Kapasitor No 1 2 3

Kelas Kereta Eksekutif Bisnis Ekonomi

Q1 (kVAr) 118,383 7,606 7,27

Q2 (kVAr) 15,508 1,544 1,198

QC (kVAr) 99,875 6,431 6,072

Cos Ө1 0,61 0,69 0,63

Cos Ө2 0,98 0,98 0,98

C (µF) 2203,9 141,86 133,92

KA Argo Muria kelas eksekutif setelah faktor daya diperbaiki dengan pemasangan kapasitor 2203,9 µF, maka daya reaktif yang terbuang (Qc) yaitu 99,875 kVAr atau 84,36 %. KA Fajar dan Senja Utama kelas bisnis setelah faktor daya diperbaiki dengan pemasangan kapasitor 141,86 µF, maka daya reaktif yang terbuang (Qc) yaitu 6,431 kVAr atau 84,55

%. KA Tawang Jaya kelas ekonomi setelah faktor daya diperbaiki dengan pemasangan kapasitor 133,92 µF, maka daya reaktif yang terbuang (Qc) yaitu 6,072 kVAr atau 83,52%. V. Kesimpulan Kesimpulan Dari hasil penelitian, pengujian dan analisis data, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Penelitian dilakukan dengan kereta api rute SemarangJakarta yaitu KA Argo Muria untuk kelas Eksekutif, KA Fajar dan Senja Utama untuk kelas Bisnis, dan KA Tawang Jaya untuk kelas Ekonomi. Kebutuhan maksimum satu gerbong kelas eksekutif adalah 17,93kW, kelas bisnis 2,456kW, untuk kelas ekonomi 0,856kW, kereta restorasi kelas eksekutif (KM) 15,86kW, dan kereta restorasi kelas bisnis serta ekonomi adalah 1,14kW. 2. Arus nominal genset utama kelas eksekutif 500kVA sebesar 759,68A dan genset cadangan 300kVA sebesar 455,8A. Untuk genset utama kereta kelas bisnis 150kVA sebesar 227,9A dan genset cadangan sebesar 75,96A. Sedangkan untuk genset utama kelas ekonomi 50kVA sebesar 75,96A dan genset cadangan 15kVA sebesar 22,79A. 3. Berdasarkan pengukuran untuk kelas eksekutif direntang waktu 8-12 September 2012 didapatkan arus maksimum sebesar 227A, rata-rata arus harian 135,72A, beban maksimum sebesar 91,135kW, dan rata-rata beban harian 54,49kW. Kelas bisnis dengan rentang pengukuran 15-19 September 2012 didapatkan arus maksimum sebesar 16,75A, rata-rata arus harian 8,73A, beban maksimum sebesar 7,716kW, dan rata-rata beban harian 4,02kW. Kelas ekonomi dengan rentang pengukuran 22-26 September 2012 didapatkan arus maksimum sebesar 14,25A, rata-rata arus harian 11,48A, beban maksimum sebesar 5,9kW, dan rata-rata beban harian 4,76kW. 4. Persentase pemakaian kapasitas genset terhadap beban puncak kelas eksekutif dengan genset 500kVA adalah 29,8%, kelas bisnis dengan genset 150kVA adalah 7,34%, dan kelas ekonomi dengan genset 50kVA adalah 18,75%. 5. Untuk memperbaiki faktor daya gerbong kelas eksekutif dari 0,61 menjadi 0,98 dibutuhkan kapasitor 2203,9 μF (99,875 kVar), faktor daya kelas bisnis dari 0,69 menjadi 0,98 dibutuhkan kapasitor 141,86 μF (6,431 kVar), dan kelas ekonomi dari 0,63 menjadi 0,98 dibutuhkan kapasitor 133,92 μF (6,072 kVar). A.

B.

Saran Saran yang dapat diberikan dalam penelitian adalah sebagai berikut : 1. Penggunaan genset di gerbong kereta pembangkit hendaknya disesuaikan kapasitasnya dengan kebutuhan beban pada rangkaian kereta api baik di kelas eksekutif, bisnis, maupun ekonomi.

DAFTAR PUSTAKA [1]. F. W. Carter, 1922, RAILWAY ELECTRIC TRACTION, Edward Arnold & Co. London. [2]. Gonen, Turan, Electric Power Distribution System Engineering, Mc Graw-Hill Book Co., Singapore, 1986 [3]. Octo Pantas M. Gultom, 2009, Studi Sistem Instalasi Penerangan Pada Kereta Api Penumpang Class Executive Aplikasi Pada PT. KAI (Kereta Api Indonesia) [4]. Panitia PUIL, Persyaratan Umum Instalasi Kelistrikan 2000 (PUIL 2000), Yayasan PUIL, Jakarta, 2000. [5]. Peni Handayani, dkk, 2008, Teknik pemeliharaan dan Perbaikan sistem Elektronika, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. [6]. Sabto Budi Prasetyo, 2009, Studi Perancangan Instalasi Genset Gedung Baru PT. AT Indonesia, Indonesia. [7]. Siswoyo, 2008, Teknik Listrik Industri, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. [8]. Sulasno, Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang, 2001 [9]. Yogo Prananto, 2011, Pemeliharaan dan Penanggulangan Gangguan AC Kereta, Indonesia. [10]. Zuhal, 1992, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Jakarta. [11]. http://id.wikipedia.org/wiki/Dipo_kereta [12]. http://ncupndut.blogspot.com/2009/02/petunjuk-tekniskereta-penumpang.html [13]. http://rel-keretaapi.blogspot.com/2010/04/antarakereta-vs-gerobak-gerbong.html [14]. http://riandito.wordpress.com/ [15]. http://perlengkapan-rangkaian-kereta-api.html [16]. http://shidiqsetiadi.blogspot.com/laporan-prakerinptkai.html [17]. http://tentang-instalasi-kereta.blogspot.com/happyhappy-instalasi-kereta.html [18]. http://www.energyefficiencyasia.org [19]. http://www.krl.co.id/index.php/Contacts/PT.-KAICommuter-Jabodetabek.html. [20]. http://www.wikipedia.com/index.php/Moda_Transportas i_Kereta_Api.html BIODATA MAHASISWA M. Rizal Arfianto (L2F 309 022) lahir di Prabumulih, 10 September 1987. Mahasiswa Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang konsentrasi Teknik Tenaga Listrik. Mengetahui / Mengesahkan : Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Tedjo Sukmadi, M.T. Ir. Bambang Winardi, M.Kom. NIP. 196111171988031001 NIP. 196106161993031002