STUDI ANALISIS KAPASITAS DAYA SISTEM UPS PADA PEMBEBANAN DURI DATA CENTER PT. CHEVRON PACIFIC INDONESIA Dwi Astari 1, NH Kresna 2, Yani Ridal 3 1
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universits Bung Hatta E-mail:
[email protected]
2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universits Bung Hatta
3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universits Bung Hatta
ABSTRACT At Duri Data Center PT. Chevron Pacific Indonesia (CPI) there are a lot of important servers which are used by users (consist of all employees and business partner) for activity such as exploration, drilling, financial, and also other daily operational activities lasted for 24 hours. Therefore, all servers can not be off. To prevent failure or electricity down that makes server can not operate normally, one of solution is using Uninterruptible Power Supply (UPS) which has current and time capacity appropriate to Data Center needs. As the server is expected to keep power on and serve the user. Because when server failure or blackout happened even just for a moment, it could create big loss for company. Therefore, this study will analyze UPS power capacity of 70 kVA against server loading of 25,128 kVA in an attempt to anticipate power or electricity failure at Duri Data Center PT. CPI, those are UPS runtime that can run for 1 hour 17 minutes and UPS load percentage of 35,9 %. Based on that information, there is still possibility to add more load/server by 124,64 Ampere or approximately about 112 units server. To create ideal condition that requires tolerance of 25% there is still possibility to use UPS capacity until 56 kVA and the load can be increased by 85,8 Ampere or about 77 units server. It is found that UPS configuration is oversizing because ideal UPS rating of 31,41 kVA is smaller than current UPS rating configuration (70 kVA) so there is no need for additional UPS power capacity.
1. Penggunaan UPS saat ini sudah mulai
PENDAHULUAN Latar Belakang
memasyarakat terutama pada perkantoran. Para
Penggunaan peralatan listrik saat ini sudah
pengguna kini sudah mulai menyadari bahwa
menjadi kebutuhan yang mendasar terutama pada
keuntungan yang sudah seharusnya dapat diraih
industri dan perkantoran yang menggunakan
hilang begitu saja misalnya pada saat bertransaksi
berbagai peralatan listrik untuk mendukung operasi
di internet supply tenaga listrik di komputer
kerja. Penggunaan yang besar ini tentunya akan
tersebut hilang.
1.1
menghasilkan masalah pada jalur supply tenaga
Begitu pula yang terjadi di PT. Chevron
listrik. Dan sebagai solusinya adalah penggunaan
Pacific Indonesia (CPI). Misalnya saat terjadi
Uninterruptible Power Supply (UPS) sebagai
kegiatan
alternatif sumber tenaga sementara.
penyaluran atau pengkapalan minyak yang dalam
transaksi
finansial,
pengeboran,
prosesnya dilakukan melalui aplikasi atau software
1
yang terdapat dalam server, bila terjadi kegagalan
akhirnya listrik hidup normal kembali (atau di-
listrik tentu akan sangat mengganggu pekerjaan
supply oleh PG&T). Karena bila terjadi kegagalan
yang
dapat
atau mati server sebentar saja dapat menyebabkan
menimbulkan kerugian yang besar baik dari segi
kerugian yang tidak sedikit bagi perusahaan. Oleh
biaya (cost), tenaga (man power) dan waktu (time).
karena itu, melalui penelitian ini diharapkan dapat
sedang
berlangsung
bahkan
Server itu sendiri adalah komputer yang mempunyai
kapasitas
kemampuan
kapasitas
daya
UPS
terhadap
atau
pembebanan server-server dalam upayanya untuk
performa yang lebih besar daripada komputer biasa
mengantisipasi terjadinya kegagalan listrik di Duri
(Personal
Data Center PT CPI.
Computer).
dan
menganalisa
Karena
server
adalah
komputer yang memiliki aplikasi, fungsi serta software tersendiri, dan server bertugas sebagai
1.2
Tinjauan Pustaka
host atau pelayan yang melayani permintaan
Jhon
Hendri
“Perancangan
Prototipe
komputer-komputer lain (yang disebut client).
Uninterruptible Power Supply (UPS) dengan
Sehingga permintaan dari komputer client tersebut
Pengendali DC-AC Konverter” merancang sebuah
diproses dan terpusat di satu tempat, yaitu server.
peralatan
Oleh karena itu, server memiliki keberadaan yang
Konverter yang dipakai pada saat terjadinya
sangat
pemutusan aliran daya listrik dari PLN.
penting
pekerjaan
dan
untuk
berlangsungnya
permintaan
serta
semua
UPS
dengan
Pengendali
DC-AC
Ferdian “Studi Analisis Kapasitas Daya
pemenuhan
kebutuhan yang dibutuhkan oleh client.
Listrik Gedung Bank Pembangunan Daerah Kota
Server-server yang digunakan oleh PT.
Padang Panjang” melakukan analisis energi listrik
CPI saat ini terletak pada dua tempat, yaitu di
melalui perbaikan faktor daya, faktor pembebanan
Rumbai Data Center dan Duri Data Center. Di
seperti
Duri Data Center sendiri terdapat puluhan server
manajemen operasional pembebanan. Dari hasil
yang digunakan terutama oleh user (pegawai dan
penelitian didapat penghematan dalam perbaikan
business partner yang ada di Sumatera, khususnya
faktor daya.
lampu,
dan
penghematan
melalui
daerah Duri). Kegiatan operasional yang ada di
Surnata Djeki “Studi Analisa Kapasitas
Duri antara lain kegiatan perkantoran (office) dan
Daya Listrik Kampus I Universitas Bung Hatta”
lapangan
prakteknya
menganalisa kapasitas daya listrik pada kampus I
memerlukan server untuk beroperasi 24 jam.
Universitas Bung Hatta. Dari hasil penelitian dapat
Kegiatan operasi perusahaan berlangsung terus
dilakukan penghematan energi dan diketahui
setiap jamnya dan kegagalan atau mati listrik
bahwa pada kampus I kondisi tegangan jatuh tidak
sangat tidak diharapkan, terutama di Duri Data
melebihi
Center.
Sehingga penghantar yang terpasang masih bisa
(field)
Untuk
yang
dalam
mengantisipasi
mati
listrik
ketetapan
standar
tegangan
jatuh.
digunakan.
digunakan Uninterruptible Power Supply (UPS) yang dapat membuat server-server di Duri Data
1.3
Center untuk tetap hidup selama beberapa waktu
Tujuan Penelitian 1.
saat terjadi listrik mati sampai akhirnya listrik di-
Menganalisa kapasitas beban di Duri Data Center (berupa server yang ada yang
supply oleh generator set (genset) atau sampai
2
sudah
2.
terhubung
ke
UPS)
terhadap
6.
Melakukan konsultasi dan diskusi dengan
kemampuan/kapasitas daya UPS.
dosen pembimbing tentang permasalahan
Dapat diketahui apakah pengaturan dan
yang
penggunaan UPS yang dilakukan di
pentahapan penyelesaian skripsi ini.
akan
penulis
bahas
dalam
lapangan sudah sesuai. 3.
4.
Dapat menentukan settingan/pengaturan
2.
DASAR TEORI
yang benar untuk UPS.
2.1
Uninterruptible Power Supply (UPS)
Mengetahui jika diperlukan penambahan
Salah satu peralatan pendukung yang
daya pada UPS sehingga didapat kapasitas
dapat digunakan untuk melindungi berbagai
daya yang sesuai dengan kebutuhan beban
perangkat vital dari ganggguan listrik adalah
pada Duri Data Center.
Uninterruptible Power Supply (UPS). Alat ini dapat
1.4 1.
2.
3.
berfungsi
sebagai
stabilizer
terhadap
Batasan Masalah
terjadinya gangguan dan menjadi sumber daya
Menganalisa dan menghitung kapasitas
cadangan (backup) apabila terjadi gangguan
daya UPS di Duri Data Center.
pemutusan aliran daya dari penyedia suplai daya
Menganalisa
dan
menghitung
beban-
utama. Di sisi lain, kinerja UPS terhadap berbagai
beban yang ada di Duri Data Center, yang
jenis beban dan berbagai tingkat pembebanan
sudah terhubung ke UPS.
belum
Menganalisa dan menghitung daya tahan
dipandang dari dua kondisi, yaitu kondisi normal
UPS (lama waktu UPS dapat bertahan)
dimana UPS berperan sebagai stabilizer terhadap
saat terjadi mati listrik.
gangguan dan kondisi darurat pada saat terjadi
tentu
sama.
Kinerja
tersebut
dapat
pemutusan aliran listrik dari penyedia suplai daya 1.6.
utama dimana UPS berfungsi sebagai backup
Metodologi Penelitian 1.
Studi
literatur,
yaitu
mempelajari
buku/bahan/jurnal/makalah/materi
suplai daya sementara.
yang
berkaitan dengan UPS dan Data Center. 2.
3.
2.2
Studi lapangan, yaitu untuk mendapatkan
Pada dasarnya UPS merupakan sumber
dan menentukan kapasitas daya UPS dan
tenaga alternatif sementara yang menggantikan
beban berupa semua server yang ada,
suplai tenaga listrik utama dalam hal ini sumber
yang sudah di-supply/terhubung ke UPS di
listrik dari pembangkit. Namun UPS yang baik
Duri Data Center.
mampu menangani permasalahan gangguan listrik
Identifikasi masalah, yaitu menentukan
yang lain seperti tegangan transien, tegangan spike,
masalah-masalah apa saja yang akan
atau distorsi harmonisa/noise.
dibahas dalam penulisan. 4.
5.
Kegunaan UPS
UPS sendiri merupakan sebuah sistem
Melakukan wawancara dengan pemilik
yang berdiri sendiri terhadap sistem supply tenaga
fasilitas dari Duri Data Center.
listrik
Melakukan pengambilan data di lapangan,
melindungi peralatan listrik yang kritis terhadap
misalnya: data server-server yang ada di
gangguan supply tegangan listrik seperti komputer,
Data Center.
3
pembangkit.
UPS
diharapkan
mampu
jaringan komputer, bahkan peralatan industri agar
beban kritis dapat dialihkan pada sumber
terhindar dari kerusakan yang fatal.
tenaga lain selain UPS.
2.3
Tipe Sistem UPS Berdasarkan operasi kerjanya sistem UPS
dibedakan menjadi tiga golongan dimana masing-
Gambar 3. Reverse UPS system
masing sistem mempunyai teknik yang berbedabeda: 1.
Keuntungan dengan menggunakan sistem Continous UPS systems. Sistem UPS ini
UPS continous dan reverse adalah selain dapat
selalu
supply
melakukan backup suplai tenaga listrik, UPS-UPS
tenaga listrik sehingga pada sistem ini
dengan sistem tersebut juga dapat berfungsi
supply tenaga listrik selalu diubah ke
sebagai supresor tegangan transient dan fluktuasi
supply DC kemudian diubah kembali
tegangan listrik.
bekerja
mem-„backup‟
menjadi supply tenaga AC melalui sebuah inverter.
2.4
Elemen Sistem UPS Elemen utama pendukung sebuah sistem
UPS antara lain: 1.
Rectifier-Charger (Penyearah): rangkaian yang umum dipakai dalam penyearahan dan pengisian baterai. Rectifier adalah suatu
Gambar 1. Continous UPS system
rangkaian
elektronika
yang
digunakan untuk merubah arus bolak balik 2.
Forward transfer UPS systems. Sistem ini
menjadi arus searah. Fungsi utamanya
akan bekerja menyuplai tenaga listrik ke
adalah untuk mengisi baterai. 2.
beban ketika sensornya mendeteksi adanya
Inverter (DC-AC Konverter): merubah tegangan DC dari rangkaian rectifier-
gangguan supply tenaga listrik.
charger menjadi tegangan AC yang berupa sinyal sinus setelah melalui pembentukan gelombang dan rangkaian filter. 3.
Filter: suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengurangi faktor distorsi yang terjadi pada suatu rangkaian DC-AC konverter (inverter).
Gambar 2. Forward UPS system
4.
Transfer dibagi
3.
Reverse transfer UPS systems. Pada
Switches: menjadi
saklar 2
pemindah,
bagian,
yaitu:
elektromekanikal dan statis
sistem ini output sistem UPS langsung
5.
terhubung dengan beban kritis namun
Kontrol Charger: pada sistem daya listrik cadangan berfungsi untuk mengontrol
pada kondisi gangguan tertentu maka
4
pengisian
baterai,
bertegangan
di
pada
saat
bawah
baterai
dibandingkan dengan daya semu yaitu daya dari
tegangan
sumber yang harus disuplai.
nominalnya. 6.
Cos =
Baterai: pada sistem penyediaan sumber
P S
daya cadangan berfungsi sebagai sumber energi pada saat supply daya dari PLN
2.6
putus.
Beban Pada
umumnya
beban
dapat
diklasifikasikan dalam tiga kelompok beban: 2.5
Sistem Daya
2.5.1
Daya Aktif
Beban tenaga berupa: semua jenis motor
Secara ilmu kelistrikan daya aktif (P)
listrik dan alat-alat berat lainnya. Jenis
adalah daya (energi listrik) yang terpakai pada
beban yang mempengaruhi kualitas daya
saluran atau beban, satuan dari daya aktif adalah
listrik, seperti: motor induksi, kumparan,
Watt.
ballast, lampu TL dan lain-lain. P=
1.
3 V . I . Cos
2.
Beban resistif Beban penerangan berupa: lampu-lampu
Dimana
sebagai penerangan
P = Daya aktif (Watt)
3.
V = Tegangan line to line (Volt)
Beban kapasitif Beban
I = Arus (Amper) Cos = Faktor daya
2.5.2
Beban induktif
elektronik
berupa:
komputer,
elektronika dan lain-lainnya.
2.6.1
Daya Semu
Secara
umum
diklasifikasikan
menjadi
Daya semu atau daya aktual didapat dengan mengalikan semua nilai arus dengan
Jenis Beban Listrik beban
listrik
beberapa
jenis
berdasarkan besarnya kapasitas dan pemakaian
tegangan dalam satuan Volt Ampere (VA).
daya per kelompok beban, diantaranya yaitu: S=
3V.I
1.
Beban domestik/perumahan Biasanya
2.5.3
ini
terdiri
dari
lampu
Daya Reaktif
penerangan,
Daya reaktif (Q) adalah daya yang
motor kecil untuk pompa dan sebagainya.
tersimpan atau daya yang tidak terpakai, dengan
2.
satuan (VAR). Q=
peralatan
domestik,
fan,
Beban komersil Yang termasuk kelompok beban komersil
3 V . I Sin
adalah daerah pasar, restoran, hotel,
(VAR)
pertokoan dan sebagainya. 2.5.4
3.
Faktor Daya
Beban industri Beban
Rasio antara daya aktif yang dialirkan
industri
diklasifikasikan
berdasarkan pemakaian daya listrik untuk
dalam rangkaian listrik arus bolak-balik (AC)
peralatan-peralatan
5
listrik
dengan
kapasitas yang cukup besar pada suatu
4.
Di bawah ini dapat dilihat persamaan yang
industri.
dapat digunakan untuk menentukan rating pemutus
Beban kota (municival)
tenaga, adalah:
Beban in digunakan untuk penerangan jalan. 5.
Untuk sistem 1 phasa
In
Pertanian (agricultur) Beban ini dibutuhkan untuk penyedia air
P VL N .Cos
Untuk sistem 3 phasa
irigasi dengan menggunakan pompa air
In
yang digerakkan oleh motor listrik. 6.
Beban – beban lain Misalnya
penyediaan
besar,
P 3.VL L .Cos
industri 3.2
khusus seperti kertas, tekstil, alat-alat tarik
Daya dan Faktor Daya Di
dan beban dari pemerintah.
dalam
sistem
arus
bolak-balik
dibedakan daya/beban-beban listrik secara umum: 3.
METODOLOGI
3.1
Umum
a.
P adalah kuantitas daya dan juga disebut sebagai daya nyata atau daya aktif.
Analisis/optimalisasi kapasitas daya listrik
Daya aktif (P) yang digunakan adalah:
adalah upaya untuk membuat perbaikan daya listrik sesuai
dengan
kemampuan
Daya aktif/nyata
kewajaran
teknis
dan
perangkat
maupun
ekonomis.
Dengan
-
Satu phasa P
-
perkembangan teknologi dimana hampir semua peralatan menggunakan energi listrik, tentu akan
V . I . Cos
Tiga phasa P
3 .V . I . Cos
menjadi permasalahan dalam anggaran biaya suatu perusahaan
termasuk
PT.
Chevron
Pacific
b.
Indonesia. Untuk itu perlu dilakukan analisis
Daya reaktif Daya reaktif yang digunakan oleh suatu
kewajaran/optimalisasi kapasitas daya listrik ke
rangkaian adalah:
beban. Dengan mengoptimalkan energi listrik
Daya reaktif (Q) = arus x komponen V yang tegak
secara
lurus terhadap I.
langsung,
operasional,
yang
akan pada
menekan akhirnya
ongkos akan
Q V .I .Sin
mengefisiensikan pengeluaran.
3.1.2
c.
Rating Pemutus Tenaga
Daya kompleks/semu Dalam bentuk kompleks, daya dinyatakan
Untuk menentukan rating dari pemutusan
sebagai:
tenaga ini adalah tergantung besar arus maksimum yang akan dilayani, kemudian dipilih rating yang
S =
tersedia dengan nilai yang sama atau lebih besar
P Cos
Daya semu (S) = Tegangan x arus
dari arus maksimum yang akan dilayani.
S V .I
6
d.
Faktor daya (Cos φ)
searah (DC) untuk mengisi baterai ataupun
Faktor daya (cos φ) dapat dinyatakan
untuk memberikan daya listrik pada
dengan
inverter.
Cos
3.
P Watt P VA V .I S
Arus yang disearahkan ini kemudian akan dipakai
untuk
dikontrol 3.3
Pemodelan
Sistem
mengisi
oleh
blok
baterai kontrol
yang dalam
pengisiannya.
Uninterruptible 4.
Power Supply (UPS)
Apabila sumber utama tidak padam maka
Dalam sebuah peralatan uninterruptible
arus searah akan langsung diambil melalui
power supply terdapat beberapa blok bagian yaitu:
rectifier namun apabila terjadi pemadaman
sumber tenaga utama, rectifier, kontrol baterai,
sumber listrik utama maka arus DC akan
baterai, inverter, PWM (Pulse Width Modulation),
diambil melalui baterai untuk diubah
trans switch dan beban. Masing-masing bagian
menjadi arus AC. 5.
tersebut mempunyai fungsi yang berbeda dan
Pada
blok
PWM ini
(Pulse
Width
digunakan
untuk
saling mendukung antara bagian yang satu dengan
Modulation)
yang lainnya.
mengontrol besar amplitudo dan tegangan maupun besarnya frekuensi.
3.3.1
Deskripsi
Sistem
Kerja
dan
Penggunaan UPS Pada mode online, beban selalu terhubung ke inverter DC ke AC, sehingga proses penyearah AC ke DC pengisian baterai dan proses konversi dari DC ke AC selalu berlangsung setiap saat. Ketika listrik sumber AC padam, maka proses penyearah AC ke DC akan berhenti dan baterai
Gambar 4. Blok diagram sistem UPS
akan mengambil alih fungsi tegangan listrik
(Uninterruptible Power Supply)
sumber AC untuk menggerakkan inverter DC ke Prinsip
kerja
pada
setiap
AC sehingga supply listrik ke beban tetap terjaga.
bagian
uninterruptible power supply dapat diterangkan antara lain sebagai berikut: 1.
Sumber tenaga listrik utama didapat melalui sumber AC (misalnya PLN atau PG&T) yang mana berupa arus bolakbalik (AC) yang akan digunakan untuk men-supply daya pada rangkaian.
2.
Gambar 6. Blok diagram UPS dengan On-line mode
Kemudian arus bolak-balik (AC) ini akan disearahkan oleh rectifier menjadi arus
7
Jika pada aplikasi perangkat UPS di-
generator set. Kabel power dipasang dari
switch pada mode standby, maka tidak akan ada
transformator ke generator set. Spesifikasi
manfaat
transformator
apapun
yang
bisa
diperoleh
dari
penggunaan UPS karena beban tetap terhubung
yang digunakan
adalah
550kVA 3P 13,8kV/208V.
langsung ke sumber AC, sehingga kualitas listrik
3.
ATS: bila terjadi kegagalan listrik, maka
yang diterima oleh beban adalah tetap kualitas
beban akan mendapatkan sumber daya
tegangan listrik sumber AC tanpa stabilisasi, filtrasi
sementara dari UPS sampai akhirnya
dan lain-lain. Manfaat dari penggunaan UPS baru
listrik hidup kembali atau sampai disuplai
dapat dirasakan kalau UPS dioperasikan pada mode
oleh
on-line, karena pada mode ini proses stabilisasi
Pergantian/peralihan
baru terjadi.
generator set menggunakan sistem ATS
generator
set
(genset).
dari
UPS
ke
(Automatic Transfer Switch). 3.4
Desain Sistem UPS
4.
Berikut adalah desain sistem UPS:
Primary UPS: UPS Unit yang merupakan pusat sistem UPS
5.
Static Switch Bypass: untuk mengganti sumber daya beban ke supply energi utama
(Utility)
dimatikan/diputukan
saat
UPS
hubungan
perlu dengan
beban, misalnya untuk maintenance 6.
Maintenance Bypass: saat Static Switch dipindahkan ke mode Maintenance, maka suplai daya ke beban akan melewati jalur ini.
7.
Power Distribution Unit (PDU): berfungsi sebagai panel agar lebih mudah untuk mendistribusikan daya ke beban karena terdapat
circuit
breaker
sehingga
memudahkan jika ingin menghidupkan
Gambar 7. Desain sistem UPS
atau mematikan aliran daya UPS ke beban.
Keterangan: 1.
8.
Utility: sistem tenaga listrik untuk Duri Data
Center
disuplai
dari
Load: beban berupa server di Duri Data Center
jaringan
distribusi listrik internal milik PT. CPI 3.5
yang disebut PG&T (Power Generation
Berikut adalah wiring diagram sistem UPS
and Transmisssion). 2.
dalam bentuk single line diagram:
Generator: untuk mengakomadasi daya listrik pada Duri Data Center, terdapat transformator
yang
Wiring Diagram Sistem UPS
dihubungkan
ke
8
Untuk
menghitung
penggunaan
dan
pemakaian UPS, dapat digunakan formula antara lain: 1.
Total arus beban (load) = ILoad = Jumlahkan semua arus yang dipakai oleh beban
2.
Total server yang terhubung pada UPS = Total Server = Jumlahkan semua unit server yang berstatus ON I Load Total Server
3.
Rata rata arus per server
4.
Total daya beban = Total Load = Menggunakan rumus daya semu (S) atau daya aktif (P)
Gambar 8. Single line diagram UPS system
5.
Keterangan: 1. Utility Source: sumber tenaga listrik
Total Load
utama/sumber listrik AC (bisa dari PLN atau PG&T) 2.
PDU
with
System
ByPass:
XR
Batteries/Baterai
3.
7.
Runtime
8.
% Load UPS
9.
Arus yang masih bisa ditampung UPS =
(sumber listrik DC)
UPS
UPS: UPS Unit yang bertugas sebagai
11.
RPP: Power Distribution Unit (PDU) yang berfungsi sebagai panel agar lebih
Arus yang masihbisa ditampungUPS Rata rata arus per server
100 Kapasitas dayaUPS ideal yang bisa dipakaiUPS Rating 100 25
12. Imax UPS ideal
mudah untuk mendistribusikan daya ke
= Kapasitas DayaUPS Ideal yang bisa dipakai
beban karena terdapat circuit breaker sehingga
memudahkan
jika
Total Load (VA) 100% UPS Rating (VA)
10. Jumlah server yang masih bisa ditampung
pusat dari sistem UPS 5.
Battery Capacity (VAh ) 60 min Total Load (VA)
Imax – ILoad
Battery Cabinet: rak tempat penyimpanan baterai sebagai sumber energi cadangan
4.
Total arus max UPS = Imax = In
UPS
Eksternal
S 3.VL N
6.
Power
Distribution Unit (PDU) yang terhubung dengan
UPS rating ideal = Total Load + 25% .
3.VL N
ingin
13. Arus ideal yang masih bisa ditampung
menghidupkan atau mematikan aliran
UPS
daya UPS ke beban.
= Imax UPS Ideal – ILoad
14. Jumlah server ideal yang masih bisa ditampung UPS
3.6
Formulasi
dari
Pengunaan
dan
Pemakaian UPS
9
Arusideal yang masihbisa ditampung UPS Rata rata arus per server
Sistem UPS ini terdiri dari bermacam
4.
ANALISA
4.1
Data
komponen pendukung, antara lain:
Sistem UPS pada Duri Data Center mulai
1.
dipasang sejak bulan Agustus 2008. Bila terjadi
UPS (symmetra PX), terdiri dari: a. UPS Unit (part number: SY60K80F)
kegagalan listrik, maka beban akan mendapatkan sumber daya sementara dari UPS sampai akhirnya listrik hidup kembali atau disuplai oleh generator set (genset). Pergantian dari UPS ke genset menggunakan sistem ATS (Automatic Transfer Switch). Untuk mengakomadasi daya listrik pada Duri Data Center, terdapat transformator yang dihubungkan ke genset. Spesifikasi transformator yang digunakan adalah 550kVA 3P 13,8kV/208V. Dari sini didapatkan tegangan keluaran dari transformator yang merupakan tegangan masukan (volt input AC) ke Duri Data Center dan UPS Gambar 10. UPS unit di Duri Data Center
adalah 208V. Sehingga tegangan keluaran dari UPS yang masuk ke server/load di Duri Data Center
Pada sistem UPS di Duri Data Center
adalah 208 V (VL-L 3 Phasa).
4.2
terdapat 8 unit power module, tapi hanya 7 unit yang diperlukan/dipakai, sedangkan 1 unit lagi
Data UPS
digunakan sebagai cadangan (parallel redundant),
Sistem UPS yang digunakan pada Duri
maka dalam hal ini sistem yang dipakai adalah
Data Center adalah sistem UPS merk APC
desain N+1.
Symmetra PX (UPS 3 phasa) dengan premium XR
UPS 3 phasa yang digunakan di Duri Data
battery enclosure.
Center ini mempunyai kapasitas 70 kVA yang didapat dari jumlah power module yang berjumlah 7. Masing-masing power module menghasikan daya sebesar 10 kVA, sehingga diperoleh, Kapasitas UPS
=
Jumlah
power module x daya per power module 70 kVA
= 7 unit x 10
kVA Sehingga kapasitas/rating UPS (output power capacity) = 70 kVA. Gambar 9. UPS System - Symmetra PX 60kW scalable to 80kW N+1
10
b. Power
module
(part
number:
SYPM10KF) UPS Unit terdiri dari beberapa power module. Gabungan daya beberapa power module ini yang menjadi kapasitas dari UPS. Pada sistem UPS di Duri Data Center terdapat 7 unit power module
dan
redundant).
Gambar 11. Nameplate UPS unit
1
unit
Power
N+1
(backup/parallel
module
masing-masing
mempunyai kapasitas daya 10kVA. a.1.
Double conversion on-line UPS
Gambar 13. Power module tampak depan (kiri) dan belakang (kanan)
2.
Power Distribution Unit (PDU) PDU pada Duri Data Center adalah tipe
Gambar 12. Blok diagram double conversion on-
PDU yang bisa dikonfigurasi (configurable power
line UPS
distribution)
yang
merupakan
salah
satu
bagian/infrastuktur dari sistem UPS. PDU didesain
Pada desain double conversion on-line, tidak
untuk meningkatkan fleksibilitas dan kemudahan
mengaktifkan transfer switch, karena sumber AC
distribusi daya pada Duri Data Center karena
mengisi (charging) baterai (sebagai sumber daya
desainnya yang tidak memerlukan pengangkatan
cadangan) yang kemudian menyediakan daya ke
lantai (raised floor).
kegagalan
dari
sumber
AC
input
inverter lalu ke beban. Oleh karena itu, ketika terjadi kegagalan listrik dari sumber AC, operasi on-line UPS tidak akan menimbulkan waktu perpidahan (transfer time). Baterai dan inverter yang akan mengambil alih keseluruhan beban dan mengalirkan daya ke beban pada desain ini. UPS tipe ini menyediakan daya output listrik dan kinerja keluaran yang hampir ideal. Tapi penggunaan secara konstan dari komponen UPS (misalnya: inverter)
dapat
mengurangi
keandalan
dibandingkan desain lainnya.
Gambar 14. PDU saat rak ditutup (kiri) dan PDU saat rak dibuka (kanan)
11
c.
Battery
unit
(part
number:
SYBTU1-PLP)
Keterangan: a.
Battery enclosure (frame)
Gambar 15. Nameplate PDU
3.
PDU dengan XR batteries (PDU-XR)
Gambar 18. Nameplate battery enclosure
Gambar 16. Nameplate PDU-XR
PDU-XR juga tipe PDU yang bisa dikonfigurasi (configurable power distribution) yang merupakan salah satu bagian/infrastuktur dari sistem UPS.
Gambar 19. Battery enclosure (battery frame)
Gambar 17. PDU-XR
4.
Battery systems, terdiri dari: a.
Gambar 20. Tiga unit battery enclosure di Duri
XR battery enclosure/frame/rak
Data Center
baterai (part number: SYCF8BF) b.
Battery
module/battery
string
b.
(part number: SYBT4)
Battery module/battery string Part number: SYBT4
12
Di dalam battery enclosure, terdapat beberapa battery module. Battery module yang
4.3
Perhitungan
digunakan adalah battery module dengan part
Data dan besaran yang akan dianalisa dan
number SYBT4. 1 unit battery module terdiri dari 4
dihitung, antara lain:
battery unit. Battery unit yang digunakan adalah
1.
Beban (load) UPS: berupa server yang
dengan part number SYBTU1-PLP. Sebaiknya
terhubung ke UPS
baterai harus di-charge/disuplai listrik selama 24
a.
jam
setelah
sistem
dihidupkan
atau
ketika
Arus beban (Ampere): di masingmasing server, rack server dan total
penggantian baterai agar system dapat bekerja
arus beban semua server
dengan lebih maksimal dan bisa diandalkan.
-
Total arus beban (Ampere)
-
Jumlah
beban/server
yang
terhubung ke UPS saat ini (unit) -
Rata-rata
arus
per
server
(Ampere) b.
Daya beban (VA dan Watt): total daya beban semua server
2.
UPS rating ideal (VA): jumlah kapasitas daya UPS yang diperlukan dengan total daya beban yang ada sekarang.
3.
Kapasitas dan kemampuan UPS sebelum berbeban, berupa: a.
Gambar 21. Battery module (battery string)
Daya atau UPS rating (VA): dapat dilihat di nameplate atau data sheet
c.
b.
Battery unit 4.
Part number: SYBTU1 atau SYBTU1-
Arus maksimal (Ampere)
Kapasitas dan kemampuan UPS setelah berbeban, antara lain:
PLP
a.
UPS runtime: lama waktu UPS dapat men-supply daya ke beban agar tetap hidup
saat
mati
listrik
selama
sementara waktu sampai listrik hidup normal kembali (jam dan menit) b. Gambar 22. Battery unit
5.
Persentase load UPS (%)
Beban (spare) yang masih bisa ditampung UPS, antara lain:
Terdapat 72 battery unit (18 battery module = 3
a.
battery enclosure x 6 battery module) yang digunakan
sebagai
tempat
Arus yang masih bisa ditampung UPS (Ampere)
penyimpanan
b.
daya/energi cadangan untuk menyuplai server dan
Jumlah server yang masih bisa ditampung UPS (unit)
peralatan pendukungnya di Duri Data Center.
13
c.
6.
Jika diperlukan penambahan daya
Dalam mendistribusikan daya dari UPS
UPS terhadap total beban server
menuju tiap server rack di Duri Data Center,
yang ada saat ini (VA) dan jika
tegangan keluaran 208 Volt dari UPS dibagi ke
terdapat penambahan server baru di
beberapa rak, antara lain:
kemudian hari (unit)
1.
Rack B3 (R-B3): IB3 = 1,6 + 1,7 + 2,5 = 5,8 A
2.
Rack C-10, C-8 (R-C10, R-C8): IC8-10 = 1,7 A
3.
RackC-12, C-13(R-C12, R-C13):IC12-13= 1,5 A
4.
Rack C-3, D-3 (R-C3 dan R-D3): ICD3 = 3 A
5.
Rack C-7 (R-C7): IC7 = 2,5 A
6.
Rack G-10 (R-G10): IG10 = 1,6 + 0,5 = 2,1 A
7.
Rack G-12 (R-G12): IG12 = 1,2 A
8.
Rack G-13 (R-G13): IG13 = 1,4 A
9.
Rack G-5 (R-G5): IG5 = 7,9 A
Kondisi ideal UPS 70kVA, antara lain: a.
Kapasitas daya UPS ideal yang bisa dipakai (VA)
b.
Arus maksimal UPS ideal (Ampere)
c.
Arus
ideal
yang
masih
bisa
ditampung UPS (Ampere) d.
Jumlah server ideal yang masih bisa ditampung UPS (unit)
4.3.1
Beban (Load) UPS Beban UPS yang ada di Duri Data Center
adalah berupa server dan komputer. Perlu diketahui
10. Rack G-6 (R-G6): IG6 = 4 A
tegangan dan arus yang mengalir masuk/input ke
11. Rack G-8 (R-G8): IG8 = 5,5 A
beban, sehingga dapat dihitung total daya beban dalam VA (daya semu) dan Watt (daya aktif). Data
12. Rack G-9 (R-G9): IG9 = 2,2 A
tegangan dan arus diambil dengan cara menghitung
13. Rack K-10 (R-K10): IK10 = 4,6 A
beban yang terhubung ke UPS mengunakan clamp
14. Rack K-12 (R-K12): IK12 = 2,6 A
meter/tang ampere dengan teori sample. Dari penelitian di lapangan, kondisi beban
15. Rack K-4 (R-K4): IK4 = 1,9 A
listrik yang ada pada Duri Data Center PT. CPI
16. Rack K-5 (R-K5): IK5 = 1,6 A
dan sistem pendistribusian daya listrik untuk tiap-
17. Rack K-6 (R-K6): IK6 = 1,3 A
tiap rak (server rack) dapat digambarkan: 18. Rack K-8 (R-K8): IK8 = 1,2 + 0,9 = 2,1 A 19. Rack K-9 (R-K9): IK9 = 9,5 A 20. Rack Q-4 (R-Q4): IQ4 = 0 A 21. Rack Q-5 (R-Q5): IQ5 = 1,7 A 22. Rack Q-6 (R-Q6): IQ6 = 5,7 A
a.
Arus Beban Dari data arus di masing-masing rack,
Gambar 23. Sistem kelistrikan Duri Data
dapat dihitung:
Center
14
Total arus beban (load) = ILoad = 5,8 + 1,7 + 1,5 + 3
= 3 . 120 V . 69,8 A
+ 2,5 + 2,1 + 1,2 + 1,4 + 7,9 + 4 + 5,5 + 2,2 + 4,6 +
= 25128 VA
2,6 + 1,9 + 1,6 + 1,3 + 2,1 + 9,5 + 0 + 1,7 + 5,7 = 69,8 Ampere
P
=S.
Cos
Total server yang terhubung pada UPS (status ON)
= 25128 VA . 0,92
= Total Server = 63 unit
= 23117,76 Watt
Rata rata arus per server
I Load Total Server
4.3.2 69,8 63
UPS Rating Ideal UPS rating harus lebih besar dari load
VA, minimal 20-25% lebih besar dari load VA).
= 1,108 Ampere
Sehingga untuk mendapatkan UPS dengan rating ideal, tambahkan 25% ke total load VA lalu b.
Daya Beban
gunakan UPS dengan rating yang sama atau lebih
Untuk mendapatkan total daya beban
besar dari jumlah tersebut. Dengan total load = 25128 VA, maka
(total load) menggunakan persamaan daya semu 3
kapasitas daya UPS/UPS rating yang idealnya phasa:
diperlukan (mengingat biaya, efisiensi, efektifitas S =
P Cos
dan runtime yang diperlukan): (VA)
UPS rating ideal = Total load + 25% . Total load = 25128 + 25% . 25128 = 31410 VA
Atau: S=
misalnya: 35 kVA.
3 .VL-N
VL-L = S=
Jadi, gunakan UPS dengan rating >= 31410 VA,
3 .VL-L . I (VA)
4.3.3
3 . 3 .VL-N . I
S = 3. VL-N . I
I
= ILoad = 69,8 A b.
Cos = 0,92
UPS
Daya atau UPS rating
Arus Maksimal Untuk mendapatkan kapasitas/total arus
Sehingga didapatkan total daya beban (total load)
(Imax = In) yang bisa ditampung UPS:
semua server yang terpasang pada UPS di Data
In
Center: S
Kemampuan
Kapasitas daya (UPS rating) = 70 kVA
Diketahui: = 120 V
dan
Sebelum Berbeban
(VA) a.
VL-N
Kapasitas
= 3. VL-N . I
15
S 3.VL N
(Ampere)
Diketahui:
b.
S
= UPS rating = 70000 VA
VL-N
= 120 V
Kapasitas daya (UPS rating) = 70 kVA Untuk mendapatkan % Load UPS:
Sehingga didapatkan total arus/arus maksimal (Imax
% Load UPS
= In) yang bisa ditampung UPS:
In
Persentase Beban (Load) UPS
S 3.VL N
Total Load (VA) 100% UPS Rating (VA) 25128 VA 100% 70000 VA
35.897 %
70000 3. 120
194.44 Ampere
4.3.5
Beban
(Spare)
yang
Masih
Bisa
Ditampung UPS 4.3.4
Kapasitas
dan
Kemampuan
a.
UPS
jumlah arus beban yang masih bisa
Setelah Berbeban a.
dipasang/ditampung oleh UPS saat ini
UPS Runtime Saat
terjadi
kegagalan
Arus yang masih bisa ditampung UPS:
listrik,
Arus yang masih bisa ditampung UPS
perlu
= Imax – ILoad
diketahui lama waktu UPS dapat bertahan dan tetap
= 194,44 - 69,8
hidup (UPS runtime) agar sesuai dengan kebutuhan
= 124,64 A
sistem Duri Data Center selama peralihan listrik b.
Jumlah
server
yang
masih
bisa
dari mulai mati listrik sampai listrik hidup kembali
ditampung UPS: jumlah beban atau
atau menggunakan generator set. UPS runtime
server
masih
bisa
Jumlah server masih bisa ditampung UPS:
Battery Capacity (based on batt enclosure)
Arus yang masihbisa ditampungUPS Rata rata arus per server 124,64 1,108
= 192 V x 167 A x 1 h = 32064 VAh Setelah mendapatkan battery capacity,
= 112,5 unit
sehingga bisa didapatkan runtime:
Runtime
yang
dipasang/ditampung oleh UPS saat ini
harus lebih besar dari kebutuhan waktu.
Runtime
baru
Battery Capacity (VAh ) 60 min Total Load (VA)
c.
Jika diperlukan penambahan daya UPS terhadap total beban server yang ada saat ini: dari hasil perhitungan UPS rating
= 32064 VAh 60 min 25128 VA
ideal (>=31410 VA) didapatkan bahwa UPS rating saat ini (70kVA) adalah
= 76,56 menit
oversizing UPS sehingga tidak diperlukan = 1 jam 17 menit
lagi penambahan daya UPS
16
Jika terdapat penambahan server baru
di kemudian hari: dapat mengacu pada
85,8 1,108
= 77,4 unit
poin 4.3.5.b (jumlah server yang masih bisa ditampung UPS). 4.4 4.3.6
Rekapitulasi Perhitungan Tabel 1. Rekapitulasi perhitungan
Kondisi Ideal UPS 70kVA Didapat % Load UPS = 35,897% sehingga
masih terdapat spare sebesar = 100% - 35,897% = 64,103%. Spare 64,103% ini bisa dipakai secara maksimal sehingga menggunakan semua kapasitas daya UPS sebesar 70kVA. Akan tetapi untuk mendapatkan hasil ideal, UPS rating harus lebih besar dari load VA, minimal 20-25% lebih besar dari load VA). Untuk mendapatkan UPS dengan rating ideal, tambahkan 25% ke total load VA lalu gunakan UPS dengan rating sama atau lebih besar. Sehingga dengan UPS rating saat ini = 70kVA 4.5
didapatkan perhitungan sebagai berikut: a.
Blok Sistem UPS terhadap Beban
Kapasitas daya UPS ideal yang bisa dipakai 100 Kapasitas dayaUPS ideal yang bisa dipakaiUPS Rating 100 25
100 70000 100 25
= 56000 VA b.
Arus maksimal UPS ideal Imax UPS ideal = Kapasitas DayaUPS Ideal yang bisa dipakai 3.VL N
= 56000 3. 120
= 155,6 Ampere c.
Arus ideal yang masih bisa ditampung UPS
= Imax UPS Ideal – ILoad
= 155,6 – 69.8 = 85,8 Ampere d.
Jumlah server ideal yang masih bisa ditampung UPS:
Arusideal yang masihbisa ditampung UPS Rata rata arus per server
Gambar 24. Blok sistem UPS ke beban (rak server)
17
4.6
Pengujian
Sistem
Dengan
Variasi
Beban
5.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
Berikut adalah hasil pengujian terhadap 1.
sistem UPS 70 kVA yang memiliki kapasitas baterai 32064 VAh saat diberikan total beban yang
UPS capacity (rating) untuk menentukan beban (load) max yang bisa dipasang.
berbeda-beda (variasi beban):
2.
Battery capacity menentukan lama UPS bisa hidup tanpa listrik atau on-battery
Tabel 2. Pengujian sistem UPS 70 kVA dengan variasi beban
(UPS runtime). 3.
UPS load di Duri Data Center sebesar 35,9% (terpakai 25,128 kVA dari 70 kVA), masih dapat dilakukan penambahan beban/server yang lebih banyak lagi.
4.
UPS runtime sebesar 1 jam 17 menit, waktu ini lebih dari cukup untuk peralihan sumber listrik ke generator set.
5.
UPS rating harus lebih besar dari load VA, minimal 20-25% lebih besar. Untuk
Sehingga didapatkan grafik beban (VA) medapatkan UPS dengan rating ideal,
terhadap UPS runtime dan % load UPS:
tambah 25% ke total load VA, gunakan UPS dengan rating sama atau lebih besar. 6.
UPS rating di Duri Data Center memiliki daya yang lebih besar dari UPS rating ideal (oversizing UPS). Ini dilakukan
Gambar 25. Grafik Beban (VA) terhadap Runtime
untuk mendapatkan runtime yang lebih
dan Persentase Load UPS lama dan jika ada penambahan server. Dari grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa Beban (VA) berbanding terbalik dengan
5.2
Saran
Runtime, semakin besar beban maka semakin 1.
sedikit runtime/lama waktu UPS dapat men-suplai beban. Beban berbanding lurus dengan Load UPS,
Umur baterai berkisar 3-5 tahun. APC, produsen
semakin besar beban semakin besar pula persentase
UPS,
merekomendasikan
penggantian baterai dalam 3-5 tahun.
load/pemakaian UPS.
18
2.
Pastikan
UPS
diatur
dalam
mode
pada tanggal 8 September 2012, jam 16.00
Automatic internal bypass sehingga saat
WIB]
terjadi UPS overload atau fault beban
3.
4.
4.
langsung beralih ke sumber AC utama.
m?DocType=White%20Paper&Query_Ty
Dengan menggunakan baterai eksternal
pe=10 [diakses pada tanggal 8 September
dapat
mengurangi
perawatan
berkala
2012, jam 17.00 WIB]
karena
mudah
momonitor
status,
5.
http://www.apc.com/site/support/ [diakses
kesehatan dan runtime yang dinginkan.
pada tanggal 8 September 2012, jam 17.00
Dengan load UPS masih 35,9% sehingga
WIB]
bisa dilakukan penambahan server/beban
6.
http://www.apc.com/site/support/US/en/pr
sebanyak 124,64 Ampere atau 112 unit
oduct/SY60K80F/ (Data Sheet UPS APC
server.
70
Untuk
kondisi
ideal
yang
memerlukan toleransi 25% masih bisa
kVA)
[diakses
pada
tanggal
8
September 2012, jam 17.30 WIB]
ditambah 85,8 Ampere atau 77 unit server. 5.
http://www.apc.com/prod_docs/results.cf
7.
http://m2p.co.id/power_system.php
Dalam perencanaan pengadaan UPS atau
[diakses pada tanggal 10Juli 2013, jam
memilih UPS capacity, oversizing UPS
16.00 WIB]
capacity lebih bagus daripada overload.
8.
Oversizing memberi runtime lebih lama.
http://www.scribd.com/doc/55818795/Per hitungan-Pemakaian-Listrik [diakses pada tanggal 10Juli 2013, jam 16.15 WIB]
6.
9.
DAFTAR PUSTAKA 1.
http://www.oprekpc.com/forum/printview.
/kapasitas-batery.html
php?t=14299&start=0&sid=301abf65c6aa
tanggal 6Agustus 2013, jam 16.00 WIB]
2aff36221155ade54a6f
2.
[diakses
pada
[diakses
pada
10. http://emea-en.apc.com/app/answers/list
tanggal 5 Juni 2011, jam 16.15 WIB]
[diakses pada tanggal 7Agustus 2013, jam
http://id.wikipedia.org/wiki/Uninterruptibl
16.30 WIB]
e_power_supply [diakses pada tanggal 8
3.
http://lautanilmu2u.blogspot.com/2010/04
11. http://www.limawira.co.id/id/product/ups/
Juni 2011, jam 15.45 WIB]
3-1phase
http://www.scribd.com/doc/64237756/Per
10September 2013, jam 16.10 WIB]
hitungan-Kapasitas-Battery-Ups [diakses
19
[diakses
pada
tanggal
