Makalah Seminar Kerja Praktek
SISTEM PROPULSION DAN AUXILIARY PADA KERETA REL LISTRIK (KRL) DI PT. INKA (Persero) MADIUN Setiyo Nugroho1), Ir.Bambang Winardi2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jln. Prof. Sudarto, Tembalang, Semarang, Indonesia email :
[email protected]
ABSTRAK PT. INKA (Persero) Madiun adalah satu-satunya perusahaan manufaktur yang bergerak dibidang perkeretaapian di Indonesia.Perusahaan ini juga merupakan perusahaan perkeretaapian yang terbesar di Asia Tenggara. Banyak produk perkeretaapian yang di hasilkan oleh PT. INKA (Persero), salah satunya yaitu Kereta Rel Listrik atau biasa juga disebut dengan KRL. Pengembanagn KRL pun semakin maju baik dari segi teknologi maupun desainnya, disamping itu dengan memproduksi KRL maka pencemaran udara pun pasti dapat ditekan karena sifatnya yang ramah lingkungan yaitu tidak menghasilkan polusi udara maupun suara. Sumber daya yang digunakan sebagai catu daya utama pada system kereta di Indonesia diperoleh dari jaringan listrik PLN yang kemudian disearahkan oleh penyearah (rectifier) pada gardu traksi (sub-station) hingga menjadi listrik arus searah dengan besar tegangan nominalnya yaitu 1500 VDC yang disalurkan melalui saluran atas (catenary) dan dialirkan ke kereta dengan menggunakan pantograph, dari pantograph kemudian energy listrik tadi digunakan untuk menyuplai sistem penggerk (Propulsion) dan system pendukung (Auxiliary )yang kemudian digunakan untuk menjalankan KRL. Dalam laporan ini akan dibahas mengenai sistem propulsion dan Auxiliary secara detail. Kata kunci : KRL, sistem Propulsion, sistem Auxiliary. I.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pemahaman tentang permasalahan di dunia industri akan banyak diharapkan dapat menunjang pengetahuan secara teoritis yang di dapat dari materi perkuliahan, sehingga mahasiswa dapat menjadi salah satu sumber daya manusia yang siap menghadapi tantangan era globalisasi. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini semakin menuntut lembaga perguruan tinggi untuk meningkatkan metode pengajaran dan pendidikanya. Untuk itu, jurusan S1 Teknik Elektro – UNDIP, sebagai salah satu lembaga akademis yang berorientasi pada ilmu
pengetahuan dan teknologi memberikan kesempatan kepada mahasiswa untuk mengembangkan diri agar mampu mengakomodasi perkembangan yang ada. Salah satunya adalah dengan memasukkan program kerja praktek dalam kurikulum sebagai kegiatan yang wajib diikuti oleh mahasiswa. Dengan program kerja praktek ini, mahasiswa dituntut untuk belajar dengan melihat secara langsung pekerjaan yang ada di lapangan untuk memperluas wawasan dan cara berpikirnya. Para mahasiswa tidak hanya dituntut untuk memiliki ilmu pengetahuan yang luas namun juga harus memiliki
keterampilan dan kemampuan untuk menerapkan ilmu yang dimiliki tersebut. PT. Industri Kereta Api (Persero) sebagai salah satu perusahaan yang bergerak dalam bidang industri yang berada di kawasan Jawa Timur tepatnya di Jalan Yos Sudarso nomor 71 Madiun. PT. Industri Kereta Api (Persero) dipandang sebagai tempat kerja praktek releven bagi mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang terutama di bagian kelistrikan, sistem control dan yang berhubungan dengan mesin-mesin listrik. Pada bagian ini, mahasiswa diharapkan dapat mempelajari cara mendesain sistem kelistrikan, cara mengontrol dan mengoprasikan mesin-mesin listrik dalam bidang industri. 1.2 Tujuan Tujuan dan manfaat penulis melakukan kerja Praktek ini adalah : 1. Mengenal lebih jauh tentang teknologi yang sesuai dengan bidang yang dipelajari di Teknik Elektro FTUNDIP, khususnya dalam bidang Elektro di PT. Industri Kereta Api (Persero). 2. Mengetahui system Propulsion dan Auxiliary pada Kereta Rel Listrik (KRL) 1.3 Batasan Masalah Adapun pembatasan masalah dalam laporan ini yatu membahas mengenai peralatan yang menyusun secara kompak di system Propulsion dan Auxiliary pada Kereta Rel Listrik (KRL)
II.
DASAR TEORI
2.1
Kereta Rel Listrik (KRL)
KRL atau Kereta Rel Listrik adalah kereta atau sarana gerak yang menggunakan energy listrik sebagai sumber daya penggeraknya, yang artinya dalm operasi normal KRL bersifat mandiri tidak memerlukan lokomotif penarik sebagai penggeraknya. Sementara untuk sumber catu daya listriknya tersedia melalui kawat troly beertegangan 1500 VDC yang disuplai melalui gardu-gardu listrik sepanjang lintasan KRL.
2.2
Spesifikasi KRL
Gambar 1 Satu set kereta rel listrik
• TC : Trailer Cabin, yaitu gerbong tanpa mesin (Pengikut) dengan kabin masinis • M : Motor, yaitu gerbong dengan mesin (Dilengkapi pantograph hidrolik) Kapasitas penumpang maksimum TC : 54 Tempat duduk + 248 berdiri M : 80 Tempat duduk + 204 berdiri 2.3
Bentuk sederhana kelistrikan KRL Sumber daya yang digunakan sebagai catu daya utama pada system kereta di Indonesia diperoleh dari jaringan listrik PLN yang kemudian disearahkan oleh penyearah (rectifier) pada gardu traksi (sub-station) hingga menjadi listrik arus searah dengan besar tegangan nominalnya yaitu 1500 VDC yang disalurkan melalui saluran atas (catenary) dan dialirkan ke kereta dengan menggunakan pantograph. Pantograph terletak pada atap gerbong M1 dan M2. Masing-masing pantograph mencatu daya untuk instalasi listrik. Arus balik pada instalasi tegangan tinggi disalurkan kembali menuju rel melalui roda-roda pada gerbong M1 dan M2. Pada pantograph dipasang lightning arrester untuk mengamankan kereta dari sambaran petir dan arus pembebanan lebih (over load). Diantara pantograph dan saluran atas dipasang switch pentanahan (earthing switch) dengan tujuan untuk perawatan kerja. Melalui peralatan catu daya utama ini daya listrik dapat disalurkan dan digunakan untuk peralatan traksi dan catu daya bantu.
Gambar 2 Bentuk sederhana kelistrikan KRL
Dalam kondisi kerja, penghant saluran atas seperti pada gambar 3.3 dialiri arus beberapa ribu Ampere, sehingga pada jaringan saluran atas terdapat rugi-rugi tegangan yang harus diperhatikan. Untuk mengatasi rugi-rugi tegangan tersebut, maka pada jarak-jarak tertentu (Biasanya setiap5 km) dipasang gardu hubung (sub-station) da ri PLN. Selain itu jaringan saluran atas harus tetap pada jalurnya walaupun terkena tiupan angin kencang, cuaca yang panas dan dingin, juga terhada kondisi cuaca buruk lainya.
3.2
Sistem Tegangan Tinggi 3.2.1 Pantograph
Gambar 4 Pantograf
Gambar 3 Jaringan saluran atas Catenary
III.
3.1
Sistem Propulsion dan Auxiliary pada Kereta Rel Listrik
Sistem Propulsion dan Auxiliary Pada KRL system kelistrikan dapat dibedakan menjadi 3 bagian yaitu : 1. Sistem Tegangan Tinggi Pantograph Surge Arrester Bus & Main Fuse Isolating & Earthing Switch Line Circuit Breaker 2. Sistem Propulsion Charging Circuit 50 Hz Filter Box EMI RC-Filter Braker Resistor Motor Converter Module 3. Sistem Auxiliary Auxiliary Fuse Earth Knife Charging Circuit ACM Three Phase Filter Transformer
.Kereta Rel Listrik menggunakan sumber listrik yang diperoleh dari jaringan listrik PLN yang kemudian disearahkan oleh penyearah (rectifier) pada gardu (sub-station) hingga menjadi listrik arus searah dengan besar tegangan nominal 1500 VDC untuk menyalurkan ke kereta yang berjalan digunakan piranti yang bernama pantograph. Spesifikasi Teknik : • Desain Single Arm • Sistem Operasi dengan menggunakan pegas dan Tekanan udara • Rata-rata tegangan minimum 1500 V DC • Rata-rata arus maksimum 1500 A • Tekanan kontak 80 N (range antara 60 – 130 N) • Kesepatan 100 KM/h
•
3.2.2
Surge Arrester
•
•
Tahanan Isolasi > 20 MΩ pada 1000V DC Berat 77 kg Kelas Proteksi IP 54
3.2.4. Isolating and Earthing Switch
Gambar 5 Surge Arrester
Salah satu piranti proteksi pada Kereta Rel Listrik yang digunakan untuk pengaman dari adanya sambaran petir pada Kereta. Sehingga system kelistrikan pada KRL tidak terganggu. Spesifikasi Teknik : • Tegangan maksimum saat beroperasi : 2500 V • Max discharge current (impuls): 100 kA,standard wave 4/10 µs x 2 times • Max discharge current (thermal): 1200A, rectangular wave 2 ms x 20 times • Maximum value of residual voltage at : 6.1 kV at 10 kA 8/20
3.2.3
Alat ini memiliki dua fungsi, yaitu digunakan untuk merubah mode pensaklaran yaitu antara mode normal (Overhead Line Supply) dan mode off . secara fisik saklar ini memiliki dua saklar dengan dua posisi yang dapat dikendalikan dengan menggunakan tuas. Terdapat 3 mode pensaklaran 1. Mode normal Pada mode normal, dua unit motor car dipasok melalui pantograph. Dalam keadaan ini sumber energy dari pantograph mensuplai dua MCM, dua ACM dan satu untuk pengisian batrai.
Bus & Main Fuse
Gambar 7 Mode normal Gambar 6 Bus & Main Fuse
Bus dan Main Fuse adalah salah satu peralatan proteksi pada sistem Propulsi dan auxiliary.berfungsi untuk melindungi peralatan listrik di KRL dari arus hubung singkat. Input •
2. Mode Workshop supply (optional) Pada kondisi ini ACM, battery charger dan ring feeder tidak disuplai sama sekali sehingga system propolsi dalam keadaan mati.
Tegangan input 1000 VDC- 1800 VDC
Output • Arus Output 2000A DC/2000A DC • Temperatur -10o C - +40oC • Kelembapan 0 – 95% • Tegangan Isolasi 2500V AC untuk 1 menit
Gambar 8 Mode optional
3. (C) Mode Grounded (off mode) Dalam kondisi ini sumber tegangan dari Chatenery tidak di hubungkan pada sistem
proplsi, namun sistem propolsi dihubungkan dengan pertanahan, hal ini demikian untuk perlindungan peralatan elektronik bila masih terdapat arus sisa.
Gambar 11 Propulsion Sistem
Gambar 9 Mode Grounded
32.5. Line Circuit Breaker Line Circuit Breaker dibentuk dari kumparan arus yang banyak. DC Line Circuit Breaker beroperasi berdasarkan prinsip kerja Electro-magnetically untuk menghindari kerusakan peralatan listrik akibat adanya arus lebih, karena dengan adanya arus lebih maka isolasi penahan pada komponen elektronika tidak akan mampu menahan sehingga akibatnya akan terjadi kegagalan isolasi pada peralatan listrik yang berada di Kereta Rel Listrik(KRL).
3.3.1 Charging Circuit Charging Circuit (CC) digunakan untuk menghubungkan sistem porpulsi dan sistem auxiliary dengan sistem chatenary dengan tujuan untuk membatasi lonjakan arus yang besar, dimana fungsinya sebagai in-Rush. Saat pengisian, Charging kontaktor tertutup, Sehingga filter kapasitor terisi pada tingkatan tertentu. Kemudian kontak pemisah tertutup dan kontak charging pun terbuka. (fungsi dari capasitor yaitu untuk saklar otomatis dalam pergantian switch pada Charging Circuit). 3.3.2 50Hz FILTER BOX
Gambar 12 50 Hz Filter Box
Gambar 10 Line Circuit Breaker
Spesifik Teknik • Mechanical layout: Identical SH9 breaker Control:Electric, 110 DC • Rated voltage 2000 V • Rated current 1000 A • Protection level 1200 A
3.3 Propulsion Sistem Tugas utama dari sistem propulsion yaitu mengkonversi masukan daya listrik menjadi tenaga penggerak di roda kendaraan. Konversi ini dilakukan dalam beberapa langkah.
Alat ini berfungsi untuk menjaga arus agar tetap pada frekuensi 50 Hz, hal ini demikian karena pada MCM frekuensi yang diperbolehkan masuk untuk beroperasi sekitar 50Hz. Berbeda dengan sistem pada ACM yang tidak membutuhkan Filter box 50 Hz Karen pengaruh terhadap frekuensi sangat kecil.
3.3.3 EMI RC-Filter EMI RC-Filter terhubung dengan bagian DC, alat ini berfungsi sebagai grounding dimana memastikan rangkaian frekuensi tinggi pada MCM telah tergrounding dengan baik. Hal ini bertujuan untuk mengurangi interferensi sinyal yang dapat mengganggu peralatan elektronik lainya. Spesifikasi Teknik Resistor :1Ω
Capacitor
: 3.9 µF
3.3.4 Brake Resistor Breking Resistor berfunsi dalam membuang arus lebih saat traksi mengalami pengereman. Dimana saat Braking TCMS menginformasikan sinyal menuju ke EBCU untuk menggerakkan Valve untuk pengereman. Pada saat Braking motor traksi tidak diberi energy sehingga motor mati, namun gerakan kereta masih menggerakan rotor motor traksi, akibatnya disini motor traksi berubah menjadi generator dan tegangan yang dihasikan masuk menuju DC Copper dan kemudian disumbangkan pada system Chatenary. (Pada system Chatenary tegangan maksimal yang di perbolehkan yaitu sekitar 1800 V DC). Jika tegangan yang dihasilkan lebih besar dari batas maksimal maka arus akan di buang menuju ke IBraking Resistor.
Spesifikasi Teknik : Type : Mitrac CM-C IGBT type : 3300V/1500A Charging resistor : 50 Ω DC link capacitance : 4 mF Phase Output voltage : 0 – 1403 V / phase. Output voltage, frequency : 0-120 Hz Phase Output current, continuous (rms) : 360A/phase.(Crush,1500/1850V,VAPPC9001J ALR00.xls) Output current, maximum (rms) : 800 A / phase(Crush,1500/1850V,VAPPC9001R00.xls) Asynchronous switching frequenc : 550 Hz Maximum switching frequenc : 1000 Hz Brake chopper frequency per phase, dependent on stator frequency : 250 Hz (fs ≤65 Hz or fs ≥ . 100 Hz) 350 Hz (65 Hz < . fs < 100 Hz) Maximum discharge time of capacitor (passive): 5 min
3.4 Auxiliary Sistem
3.3.5 Motor Converter Module Peran utama dari Motor Converter Module (MCM) yaitu untuk mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan tiga fasa dengan tegangan dan frekuensi yang dapat di variabelkan atau VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) yang kemudian digunakan untuk menggerakkan motor traksi.
DC+
Line filter capacitor
Brake choppers
VVVF-inverter
To traction motors
DC-
Brake Resistors
Brake Chopper bertindak sebagai alih control tegangan dan pelindung. Ketika tegangan DC meningkat di atas tingkat tertentu, misalnya saat pengereman, IGBT Brake Chopper diberhentikan untuk mengirimkan energy ke Brake Resistor. Bila tegangan turun ke tingkat yang diijinkan maka Brake Chopper mati. Hal ini juga digunakan untuk sumber DC bila converter dimatikan. Control dari Motor Converter dilakukan dengan menggunakan mikro prosesor berbasis unit control Mitrac CC DCU2 / M.
Gambar 13 Sistem Auxiliary 1. Drive control unit assembly
2. Gate drive unit assembly
3. Heat sink unit assembly
4. 3-phase terminal assembly
5. DC terminal assembly
6. DC capacitor
Pada bagian ini mendeskripsikan tentang fungsi dan desain dari komponen auxiliary. Bagian ini sangat vital dan penting untuk kereta rel listrik. Sebagai sumber yang menyuplai sistem vital seperti tekanan udara dan peralatan pendingin traksi. Untuk memastikan sepenuhnya tersedia sistem auxiliary power suplay Converter akan menyediakan 3 fasa AC 380V, 50 Hz dengan netral untuk menyuplai AC (Air Conditions), Air Compresor dan sistem TCMS . 3.4.1 Auxiliary Fuse Digunakan untuk melindungi Auxiliary power supply system . Spesifikasi Teknik Protection level : 250 A
3.4.2 Earth Knife Berfungsi sebagai saklar yang dilengkapi dengan grounding. Digunakan untuk menyalakan atau mematikan system Auxiliary pada kereta api. Dalam kondisi membuka maka Earth Knife akan di bumikan, hal ini bertujuan sebagai pengaman. 3.4.3 Charging Circuit Setiap Auxiliary power supply system memiliki line Conductor, digunakan untuk menahan gangguan arus yang dihasilkan oleh Auxiliary Converter. 3.4.4 ACM (Auxiliary Converter Module) ACM adalah modul converter yang dihubungkan langsung ke sistem chatenary. ACM mencakup semua control elektronik yang diperlukan. Kontrol elektronik dipasok dari sistem batrai melalui power supply. Sistem tegangan yang diberikan ke converter sebesar 1500V DC.
Gambar 14 ACM
• • • • • • • • • • • • • •
Spesifikasi Teknik : Type : Mitrac CM-C IGBT type : 3300V/800A Charging resistor : 50 Ω DC link capacitance : 2.7 mF Switching frequency : 1350 Hz Maximum discharge time of capacitor (passive) : 5 min Nominal output voltage (RMS phasephase) : 3x380 ± 5 % V Output frequency [Hz] : 50 ± 1 % Hz Output power, continuously (cosφ = 0.8) : 4 * 180 kVA Harmonic Distortion : without battery charger , ≤ 8 % rms 3-phase inductor : 3*700 µH 3-phase capacitor : : 3*50 µF 3-phase transformer : 660/380 (Max power 220 kVA) OVP resistor :2Ω
3.4.5 Three Phase Filter Tegangan keluaran pada ACM berupa tegangan sinyal kotak PWM. Sehingga untuk membentuk tegangan keluaran berupa gelombang sinusoidal yang bagus, maka perlu adanya filter untuk mengurangi harmonisa pada tegangan keluaran dari ACM. Sehingga diharapakn suplai tegangan tiga fasa 380 volt dapat digunakan untuk menjalankan peralatan elektronik yang ada di dalam kereta. Untuk mendukung tujuan tersebut, filter tiga fasa diletakkan pada keluaran ACM. Dimana filter tiga fasa itu sendiri terdiri dari inductor tiga fasa dan kapasitor tiga fasa, membentuk LPF(Low Pass Filter) untuk mengurangi harmonisa pada tegangan PWM
3.4.6 Transformer Disamping filter 3 fasa, terdapat trafo tiga fasa yang berfungsi sebagai menjaga agar tegangan keluaran dari ACM tetap stabil pada tegangan 380 V RMS dan berfungsi sebagai sekat / pengisolasi antara tegangan 1500 V DC dengan tegangan keluaran pada ACM sebesar 380 V DC. IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan Selama melaksanakan kerja praktek di PT. INKA (Persero) Madiun, maka penulis mengambil beberapa kesimpulan, antara lain sebagai berikut : 1. PT. INKA (Persero) Madiun merupakan pengalihan dari Balai Yasa PJKA Madiun pada tahun 1884. 2. Pantograph sebagai penghubung kereta api listrik dengan sumber listri PLN 3. Permasalahan kurangnya pasokan listrik pada sumber listrik yang dialirkan dari PLN. Diperbaiki pada DC Chopper. Energy listrik keluar line Chopper selalu lebih besar dari pada energy listrik PLN. 4. Sistem Propulsion merupakan system keseluruhan yang bekerjasama untuk menggerakkan KRL. 5. System Auxiliry merupakan system pendukung untuk mengaktifkan peralatan elektronik seperti AC (Air Conditions), Air Compresor, sistem TCMS dan lainya.
6.
7.
Modul propulsion Box dapat dibagi menjadi dua sector a). High Voltage system - Line Circuit Breaker - Isolating and Earthing system b). Propulsion system - EMI RC-Filter - 50 Hz Filter Box - Charging Circuit - Brake resistor - Earth Fault Indication - Motor Converter Module Modul Auxiliary box terdiri dari - Auxiliary Fuse - Earth Knife - ACM Line Conductor - Charging Circuit - ACM - Transformer
4.2 Saran 1. Perlu adanya pemahaman yang mendasar baik teori maupun praktek dalam melakukan perawatan dan perbaikan pada bidang tertentu, hal ini akan mempermudah dalam pengecekan kerusakan nantinya. 2. Bagi mahasiswa yang akan melakukan kerja praktek sebaiknya mempersiapkan terlebih dahulu sebelum terjun ke lapangan sehingga akan memudahkan bagi pembimbing lapangan terutama dalam menjelaskan proses produksi. 3. Dalam menjalankan kegiatan produksi baik di dalam maupun di luar pabrik sebaiknya SOP yang sudah ada dijalankan agar dapat meningkatkan kualitas. 4. Pemberian data aktual antara orang lapangan satu dengan yang lain hampir selalu beda, jadi sebaiknya ada orang khusus yang mengerti dan didokumentasikan, agar penyaluran informasi lebih jelas.
DAFTAR PUSTAKA [1]. Matsumoto Masakazu, Seikon Shinichi, and Wajima Takenori. 2005. Latest System Technology for Railway Electric Cars. [2]. Praha, S.R.O., “Continuous Automatic Train Protection with Automatic Train Operation”, AZD, 2000
[3]. PT. KAI, 2002. Diktat Pelatihan Elektronika Daya. Edisi pertama. PT. KAI Indonesia, Bandung. [4]. PT. INKA, 2001. Buku Petunjuk Perawatan Perlengkapan Elektrik Untuk Prototipe 2 Trainset Kereta Rel Listrik. Edisi kedua. PT. INKA (persero) , Madiun. [5]. PT. INKA, 2010. Studi Rancang Bangun Maskara KRL-KFW, Lokomotif Dobel Kabin dan Animasi Kereta Api Bandara. PT. INKA (Persero), Madiun. [6]. BOMBARDIR Transportation, 2010. High Voltage, Propultion and Auxiliary Power Systems.
BIODATA Setiyo Nugroho, lahir di Magetan, 25 Januari 1992. Menempuh pendidikan dasar di SD 05 Manisrejo, Madiun. Melanjutkan ke SMP N 03 Madiun dan pendidikan tingkat atas di SMA N 05 Madiun, lulus tahun 2010. Dari tahun 2010 sampai saat ini masih menempuh studi Strata-1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semaarang, konsentrasi Ketenagaan Listrik. Semarang,
Desember 2013
Mengetahui dan Menyetujui, dosen pembimbing
Ir. Bambang Winardi NIP. 196106161993031002
