STUDY SUMBER ARUS SEARAH PADA TUNGKU PELEBURAN ALUMMUNIUM

PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011

STUDY SUMBER ARUS SEARAH PADA TUNGKU PELEBURAN ALUMMUNIUM Dicky apdilah, [email protected]

ABSTRAK Dalam Proses peleburan alumina menjadi aluminium cair PT. Inalum menggunakan proses elektrolisa. Untuk proses elektrolisa ini membutuhkan arus listrik yang konstan dengan menggunakan VCR ( Voltage Control Reaktor ), jadi dapat mungkin dihindari penyetopan atau pengurangan supply arus listrik karena bisa mengakibatkan bekunya aluminium dan rusaknya pot reduksi.Mengingat hal tersebut di atas maka digunakanlah suatu listrik yang disebut “Rectifier Transformator”. Rectifier Transformer merupakan alat yang berfungsi memperkecil sudut fasa antara fasa dan menyearahkan arus listrik AC menjadi arus listrik DC setelah mendapat supply tegangan dari LVR ( Load Voltage Regulator ) yang berfungsi sebagai penaik dan penurun tegangan listrik yang disupply ke tungku peleburan.Dari penjelasan diatas diketahui bahwa supply daya arus searah yang masuk ke tungku peleburan diperoleh setelah Transformator Daya mensupply tegangan ke LVR ( Load Voltage Regulator ) yang diteruskan ke Rectifier Transformer yang berfungsi sebagai penurun tegangan listrik dan penyearah arus listrik AC menjadi arus listrik DC. Agar arus listrik yang disupply dari Rectifier Transformer ke tungku peleburan lebih konstan maka digunakanlah VCR ( Voltage Control Reaktor ). panjang, pemerintah Indonesia dan para penanam modal Jepang menandatangani perjanjian induk untuk mambangun PLTA dan pabrik peleburan Aluminium Asahan. Dan pada bulan Nopember 1975, dua belas perusahanan modal Jepang membentuk sebuah konsorsium di Tokyo dengan nama Nippon Asahan Aluminium Co,Ltd>(NAA Co, Ltd) yang 50% sahamnya dimiliki oleh lembaga keuangan pemerintah Jepang. Tanggal 6 Januari 1976 didirikanlah PT. Indonesia Asahan Aluminium ( PT. INALUM ) di Jakarta. Untuk melaksanakan pembangunan dan pengoperasian kedua instalasi tersebut. Syarat utama yang harus dipenuhi oleh sistem supplay daya arus searah untuk Peleburan Aluminium adalah : 1. Mempunyai sistem pengontrolan arus dan tegangan kerja konstan dan akurat. 2. Mempunyai efisiensi dengan keandalan kerja yang tinggi. Selain dari pada membutuhkan arus yang konstan juga tidaklah diizinkan pemutusan aliran daya searah dalam waktu yang tertentu pada tungku reduksi karena akan mengakibatkan membekunya aluminium dalam tungku reduksi. Hal tersebut menyatakan suatu pernyataan bahwa sistem supply daya arus searah harus mempunyai keadalan yang tinggi sehingga pemutusan daya ke tungku reduksi dapat dikurangi sekecil mungkin. Sistem supply daya arus searah secara umum bukan dibangkitkan oleh suatu generator arus searah tetapi dilakukan dengan menyerahkan arus listrik bolak-balik dengan menggunakan penyearah

1.1. Umum Gagasan untuk mengolah tenaga air sungai asahan sebagai pembangkit listrik telah dimulai sejak tahun 1908 dan pada tahun 1919 pemerintah Hindia, Belanda melakukan studi kelayakan proyek dan pada tahun 1939 perusahaan Belanda, MEWA memulai pembangunan PLTA Sigura – gura, namun dengan pecahnya perang dunia ke II proyek ini tidak dapat diteruskan. Tahun 1962 pemerintah Indonesia dan Rusia ( USSR ) menandatangani perjanjian kerjasama untuk mengadakan studi kelayakan tentang pembangunan proyek asahan tetapi kondisi politik dan ekonomi tahun 1966 telah menyebabkan proyek ini gagal. Tahun 1968 Nippon Koei, perusahaan konsultan Jepang menyerahkan laporan mengenai Power Development Project. Pada tahun 1970 dilanjutkan dengan penandatanganan perjanjian antara Departemen Pekerjaan Umum dan Tenaga Listrik ( PUTL ) dengan Nippon Koei tentang perencanaan dan penelitian. Laporan akhirnya diserahkan pada tahun 1972 yang menyatakan bahwa PLTA Asahan baik dibagun dengan sebuah peleburan aluminium sebagai pemakai utama listrik yang dihasilkan. Tahun 1972 pemerintah Indonesia menyelenggarakan untuk pabrik aluminium dan PLTA sebagai satu paket kepada penanam modal asing. Tetapi hingga pelelangan ditutup pada tahun 1973, tidak satu pun yang menyerahkan penawarannya kepada proyek ini. Proyek ini membutuhkan investasi yang sangat besar. Tanggal 7 Juli 1975, di Tokyo, setelah melalui perundingan – perundingan yang

AMIK INTeL Com GLOBAL INDO 28

PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 semikonduktor dioda. Pemilihan penggunaan penyearah semikonduktor dioda ini dilakukan berdasarkan efisiensi kerjanya, maka pada pemakaiannya dengan suatu konsumsi daya yang sangat besar mampu untuk memberikan penghematan pemakaian daya yang besar. Penulisan ini bertujuan untuk peran dan karakteristik dari alat yang bernama Rectifier Transformer sebagai alat perubah sudut fasa antara fasa dan penyerah arus listrik bolak-balik ( AC ) menjadi arus searah ( DC ). Bagaimana mempertahankan arus listrik yang mengalir pada tungku peleburan tetap stabil agar proses peleburan Aluminium tetap berjalan dengan baik.

Dimana : V1 = Tegangan pada sisi primer ( Volt ) V2 = Tegangan pada sisi sekunder ( Volt ) N1 = Jumlah belitan pada sisi primer N2 = Jumlah belitan pada sisi sekunder I1 = Besar arus pada sisi primer (Ampere) a = Konstanta perbandingan transformasi Jika N1 berkurang, maka emf setiap belitan primer = V1 / N2, maka tegangan out put dari

2.Tinjauan Pustaka 2.1. Load Voltage Regulator ( LVR ) Load Voltage Regulator ( LVR ) ini merupakan komponen listrik yang dapat menurunkan tegangan listrik. Dalam proses peleburan Alumina ini Load Voltage Regulator ( LVR ) digunakan sebagai penambah dan pengurangan daya pada beban secara otomatis dan dilakukan dengan cara mengatur tegangan keluar. Untuk itu kumparannya dibuat bertinkat dengan ratio pada suatu daerah tegangan tertentu yang mempunyai tingkat tegangan yang kecil.

sekunder V2 =

V1 x N2 akan naik sebaliknya N1

kalau N2 bertmbah sedankan N1 konstan,maka tegangan output dari sekunder juga akan naik V2 =

V1 x N2. N1

Dengan kata lain, pengurangan belitan primer N1 mempunyai akibat yang sebanding dengan penambahan belitan pada sekunder. Untuk meruba ratio belitan ini, biasanya belitan transformator dilengkapi dengan sejumlah tap pada titik – titik yang berbeda. Tingkat teganan yan tinggi ada tiga tp dan tingkat tegangan yan rendah ada 27 tap dengan kombinasi ini maka jumlah tegangan yang dapat dikeluarkan akan lebih banyak kapasitas Load Voltage Reguator ( LVR ) yang digunakan pada peleburan Aluminium adalah 182 MVA. 2.2. Spesifikasi LVR Tabel 2.1 LVR

NVC-I LVR 2’ ry

Gambar 1. Load Voltage Regulator OLTC

Pengaturan tegangan output sekunder berdasarkan pada perubahan sejumlah belitan pada primer atau sekunder. Dari rumus :

V1 N 1 I 2 = = =α V2 N 2 I 1

............................(

2.1 )


AC Volt

SR 2’ ry DC Volt

NVC-II LVR SR 2’ ry 2’ ry AC DC Vol2t Volt

NVC-III LVR SR 2’ ry 2’ ry AC DC Volt Volt

PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

1050 1550 2050 2550 3050 3550 4050 4550 5050 5550 6050 6550 7050 7550 8050 8550 9050 9550 10050 10550 11050 11550 12050 12550 13050 13350 14050

29 43 58 72 86 100 114 128 142 156 170 184 198 212 226 240 254 268 282 296 310 324 338 352 366 380 394

12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000 16500 17000 17500 18000 18500 19000 19500 20000 20500 21000 21500 22000 22500 23000 23500 24000 24500 25000 25500

DC Volt = Tap AC Volt x

351 365 379 393 407 421 435 449 463 477 491 505 519 533 547 561 575 589 603 617 631 645 659 674 688 702 716

686

21500 22000 22500 23000 23500 24000 24500 25000 25500 26000 26500 27000 27500 28000 28500 29000 29500 30000 30500 31000 31500 32000 32500 33000 33500 34000 34500

33kv

603 617 631 645 659 673 687 701 715 729 743 757 772 786 800 814 828 843 856 870 884 898 912 926 940 954 968

dipergunakan “On Loan Tap Changer” ( OLTC ). Sistem masing – masing Load Voltage Regulator ( LVR ) mempunyai sistem control OLTC sendiri. C. Hot Line Purifier Ketika pemindahan tap dari Load Voltage Regulator ( LVR ) dalam keadaan berbeban menyebabkan kotornya minyak dalam tangki. Untuk memurnikan kembali dipakailah Hot Line Purifir sebagai filter dari minyak Load Voltage regulator ( LVR ). Spesifikasinya Type : IN – 10 FSB Power Source : AC 380v, 50Hz, 3ø Motor : 0,4KW, 3ø, 380 V Pressure Drop : 0,3KW / cm2 max Oil Pressure : 7 Kg / cm2 max Filteration Accuracy : 0,05 u Diameter : Input 25 A, output 24 A Dimensions : 600 (W) x 700 (L) x 1000 (H) Proses Capacity : AC 220 V . 1 Ø Heater : 4,5 KW, 380 V Oil Temperatur : 300 Weight : 320 kg

x 1,35 3. Transformator Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi electromagnet. Kerja transformator yang berdasarkan induksi elektromanetik menghendaki adanya gandengan antara rangkaian primer dan sekunder. Gendengan ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama.

2.3. Alat Pendukung Load Voltage Regulator ( LVR ) Oil Presserpation Device Non pressure oil type yang digunakan terdiri dari karet sintetis yang dipasang diatas transformator didalam kobserpator diatas permukaan minyak. Mengembang dan menyusutnya minyak menyebabkan udara yang ada di dalam kantong akan keluar dan masuk melalui sistem pernapasan ( Breather ). 1. Gambar aliran minyak terlampir 2. Grakfik antara temperatur dan level permukaan minyak terlampir A. Pendingin Load Voltage Regulator ( LVR ) Pendingin LVR adalah sistem pendingin OFAF, yaitu minyak disirkulasikan oleh pompa dan didinginkan dengan udara yang ditembuskan Fan. Di LVR ada 4 grup, yaitu satu pompa.

Gambar 2. Rangkaian ekivalen transformator

B. LVR Tap Kontrol Sistem Untuk merubah tap dari Load Voltage Regulator ( LVR ) dalam keadaan tanpa beban dan tanpa tegangan dipergunakan “No Voltage Tap Changer” ( NVTC ), sedangkan untuk mengubah tap dalam keadaan berbeban

Jika salah satu belitan dari transformator yang ada. dihubungkan dengan sumber tegangan AC maka suatu fluks bolak – balik akan dibangkitkan pada transformator tersebut. Selanjutnya fluks bolak – balik tersebut akan memotong belitan kedua dari


PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 transformator yang masih terletak dalam satu inti. Dengan adanya fluks bolak-balik yang memotong belitan kedua muka pada belitan tersebut akan dibangkitkan suatu tegangan emf. Hal ini sesuai dengan hukum faraday I tentang induksi elektro magnetik maka suatu emf akan diindiksikan pada konduktor tersebut. Pada trnsformator tersebut sebagai konduktornya adaah belitan trafo. Besarnya emf yang dihasikan pada belitan kedua trfo dijelaskan dibawa ini dengan: N1 = jumlah belitan sekunder Øm = fluks maksimum ( weber ) f = frekuensi ( Hz ) E = ggl ( emf ) volt Seperti terlihat pada Perubahan fluks dari nol hingga mencapai fluks maksimum adalah periode atau 1 4 f. Jadi fluks rata – ratanya adalah : E = 4 . N . f Φ m volt.................................... ( 2.2 ) Jika fluks merupakan sinusoidal yang berbeda – beda maka harga – harga efektif yang diinduksikan di dapat dengan cara factor bentuk dimana besarnya factor bentuk adalah 1,11 yaitu hasil pembagian antara harga efektif dengan harga rata – rata.

Faktor bentuk =

Gamabar 3. Ekivalen Trafo N1 . V2 = N2 . V1 ................................. 2.6 ) N1 . I1 = N2 . I2 ................................. 2.7 )

( (

Dari Pers 2.6 dan Pers 2.7 di dapat Pers 2.8 yaitu :

N 1 V1 I 2 = = = a ................................. ( N 2 V2 I 1 2.8 ) Dimana : N1 = jumlah lilitan pada sisi primer N2 = jumlah lilitan pada sisi sekunder V1 = besar tegangan pada sisi primer ( volt ) V2 = besar tegangan pada sisi sekunder ( volt ) I1 = besar arus pada sisi primer ( Ampere ) I2 = besar arus pada sisi sekunder ( Ampere ) Pada rangkaian sekunder fluks bersama menimbulkan :

h arg a efektif = 1,11 h arg a rata − rata

E2 = 4,44 . N2 . f . ømax

E1 N 1 = E2 N 2

Sehingga sekarang harga efektif emf perlilitan adalah : = 1,11 x 4 x fx N x øm ( volt ) = 4,44 x f x N x øm (volt ) ....................... ( 2.3 ) Jadi dengan demikian besarnya emf pada belitan sisi sekunder adalah : E2=4,44xfxømx N2 ( volt ) ............................. ( 2.4 ) Dengan cara yang sama emf efektif pada belitan sisi primer adalah : E1=4,44xfxømx N1 ( volt ) ............................. ( 2.5 )

sehingga :

................................ ( 2.9 )

Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor :

E1 V1 N 2 = = = a .................................. E 2 V2 N 1

(

2.10 ) dimana : a = perbandingan transformasi 3.2. Transformator Penyearah Untuk mendapatkan arus searah, banyak di pergunakan alat – alat penyearah yaitu transformator – transformator khusus. Salah satu transformator dalam hubungan khusus adalah hubung titik tengah.

3.1. Perbandingan Besaran Listrik Pada Trafo Ideal Untuk trafo ideal perbandingan besarnya tegangan, arus dan daya pada sisi sekunder terhadap sisi primer tergantung pada banyaknya lilitan sisi sekunder terhadap sisi primer. Rugi – rugi yang terjadi selama sisi primer bekerja diabaikan. Di bawah ini diperlihatkan transformasi daya dari sisi sekunder perbandingan harga belitan pada transformator.


PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 sekunder. Dengan mengetahui perbandingan transformasi N1/N2 dan pembacaan ammeter I2, arus beban I1 dapat dihitung. Bila transformator dianggap ideal maka arus beban adalah :

I1 =

N2 x I2 N1

Gambar 4. Rangkaian transformator penyearah Dalam skema ini kumparan – kumparan sekunder dipotong di tengah yang melalui sebuah kumparan khusus yang merupakan apit keluar sisi negatif dari tegangan searah. Semua kumparan dihubungkan dari sisi lainnya dari penyearah.

2 Vdc = 2π / 6 =

Vm

6

π

sin

π /6

∫ Vm

2

cos 2 wt d ( wt )

0

π 6

Gambar 5. Trafo arus 4. Voltage Control Reactor ( VCR )

................................ ( 2.11 )

π

 2 6  Vrsm =  Vm cos wt d ( wt )  π ∫  2 6 0 

1

VCR berfungsi sebagai penstabil arus yang masuk ke tungku peleburan agar arus yang masuk tetap konstan. VCR main bus merupakan satu belitan AC yang dimasukkan dalam core, dan core tersebut dibelit dengan control ( Ic ) dan bias control ( Ib ).

2

Belitan AC menimbulkan kejenuhan fluks pada core arus control dan arus bias yang belitannya berlawanan arah yang biasnya menambah dan mengurangi fluks yang terjadi oleh main bus, karena itu tegangan yang ada di main bus bisa bertambah dan berkurang sesuai dengan arus yang mengalir.

1 2

 6 π 1 2π  = Vm  + sin  .............................. ( 2π  6 2 6  2.12 )

3.3. Transformator Arus

Pada gambar 3.2 melukiskan bahwa BH core dari VCR bias control yang searah besarnya konstan 19 Ampere, bila dirubah oleh arus control sebesar 4-24 Ampere, sehingga magnet field pada core berubah. Apabila kita katakan Ib menyebabkan di VCR bias disimpan tegangan control tegangan sedangkan Ic bias menyebabkan keluarnya simpanan VCR kalau dia berubah.

Current transformer ( CT ) atau trafo arus merupakan trafo instrumen yang digunakan dalam hubungannya dengan ammeter, relay overcurent dan kontrol circuit. Current transformeter lebih kecil jika dibandingkan dengan transformator tenaga. Untuk current transformator ideal perbandingan arus primer dan arus sekunder ditentukan oleh besarnya ratio dari current transformer tersebut. Jika ratio CT 400/4, hal ini menunjukkan apabila arus pada sisi primer mengalir 400 A maka pada sisi sekunder akan mengalir arus sebesar 4 A. Belitan primer dari current transformer mempunyai beberapa belitan dan impedansi yang rendah. Belita primer dihubung seri dengan rangkaian utama. Arus dari rangkaian utama mengalir melalui primer, arus primer tidak tegantung dari arus

Gambar 6. VCR Control Voltage


PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 Harga control tegangan VCR seperti persamaan di bawah ini : 2π

Pada dioda semikonduktor tipe P kita sebut anoda sedangkan semikonduktor tipe N disebut katoda dibuat dengan jalan mempertemukan kedua semikonduktor tipe P dan tipe N.

2π

1w 10 Vc= ∫e(t )dΦ= ∫e(t ) wdt(dΦ=wdt=wdt)........... ( 2π 0 2π 0 2.13 )

Jika diambil sebuah dioda dan dipasang dalam rangkaian. Rangkaian pada gambar 3.3 menunjukkan bawah ½ perioda positif dari tegangan input akan memberikan bias forward pada dioda sehingga dioda sehingga dioda akan konduksi selama ½ perioda positif. Tetapi untuk ½ perioda negatif, dioda dibias reverse dan hanya arus reverse kecil yang mengalir. Tanda panah besar ditunjukkan aliran electron ke atas dan yang kecil untuk aliran ke bawah. Dioda telah menyearahkan arus AC, berarti mengubahnya dari arus bolak – balik menjadi arus searah.

2π w

w dΦ dt 2π ∫0 dt dΦ e(t )=Faraday ' s Law dt =−

w =2π

2π

w

∫ 0

w dΦ = 2π

2π

w

∫ dSB 0

( Φ = SB )

=

− 2π . f .s ( B Max − B ) 2π

Dioda yang dibias forward kondisinya baik dan yang dibias reverse konduksinya buruk, oleh sebab itu jika menganalisa rangkaian dioda salah satu perlu diperhatikan apakah dioda itu dibias reverse atau forward.

= - f . s . ∆B = K x ∆B

P n

B max Oc Ic A

R V

Vα

B

α

A B

Gambar 8. Karakteristik Dioda Daya 4.3. Jenis – jenis Penyearah Ada beberapa jenis penyearah yang sering digunakan dalam rangkaian elektronika. Dalam penulisan ini hanya membahas dua penyearah yang sering digunakan dalam aplikasi elektronika daya, adapun penyearah yang dibahas.

Oc IB Gambar 7. B – H Curvey

4.4. Penyearah Satu Fasa Setengah Gelombang

4.1. Peralatan Rectifier

Jika dihubungkan dengan outlet daya, steker tiga kawat – kawat pada gambar menghubungkan casis ke tanah dan menyampaikan tegangan 120 Volt efektif pada rangakian, Gambar dibawah menunjukkan bagaimana bentuk gelombang tegangan jala – jala seperti diterangkan dalam dasar hubungan antara harga efektif dan puncak adalah :

Rectifier adalah suatu alat listrik yang statis yang mengubah daya listrik arus bolak – balik ( AC ) menjadi arus listrik searah ( DC ). Adapun dalam penyearahannya ini digunakan beberapa alat pembantu antara lain :

4.2.. Dioda Dioda P – N junction adalah hasil dipertemukannya semikonduktor tipe P dengan semi konduktor tipe N yang nantinya dinamai dioda.

Vrms =


P 2

...................................( 2.14 )

P

PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 ideal

Juga, frekwensi out put dua kali lipat in put Fout = 2 fin ...........................................( 2.18 ) Dan tegangan inverse puncak PIV = VM ......................................... ( 2.19 ) Dimana Vm adalah tegangan sekunder maksimum.

RL

Vαc

4.6. Penyearah Tiga Fasa Gelombang Penuh Sistem Jembatan Bila tegangan out put dari transformator 3 fasa dihubungkan dengan 6 buah dioda maka tegangan out put yang tadinya bergelombang manjadi tidak bergelombang. Karena dioda menyearahkan tegangan AC menjadi DC. Pasang Kondusi selama 120o.

Gambar 11. Rangkaian penyearah setengah gelombang Diatas adalah penyearah setengah gelombang suatu rangkaian yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC berdenyut. Pada setengah siklus positif tegangan jala – jala, dioda dibias forward. Pada setengah siklus negatif dibias reverse, inilah sebabnya mengapa tegangan pada RL merupakan sinyal setengah gelombang seperti pada gambar.

Tegangan out put dari penyearah dapat diturunkan persamaan sebagai berikut :

VDC =

Vp

π

=

0

3 3

π

Vm

= 1,6542 Vm

1

3 9 3  =  +  2 4π  Vm = 1,6554 Vm   2

Vrms = Bila beban resistif murni, arus puncak melalui sebuah dioda

4.5. Penyearah Satu Fasa Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Im = 2.21 )

Sistem penyearah dengan jembatan banyak digunakan pada rangkaian – rangkaian penyearah gelombang penuh. Selama setengah siklus positif tegangan sekunder, dioda D2 dan D3 dibias forward, oleh sebab itu arus beban kearah kiri selama setengah siklus negatif dioda D1 dan D4 dibias forward dan arus kearah kiri pada gambar arus beban mempunyai arah ayng sama. Inilah sebabnya mengapa tegangan beban adalah sinyal gelombang penuh seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16 tegangan beban rata – ratanya adalah

π

6

3 Vm cos wtd ( ωt ) ….. (

π

fout = fin ........................................... ( 2.16 )

2Vp

∫

6  2  2 2 Vrms =  3 Vm cos ω td ( ω t )  ∫  2π / 6 0 

..................................( 2.15 )

Dimana π = 3,14. perioda dari sinyal out put adalah sama dengan perioda sinyal input, setiapsiklus input menghasilkan satu siklus out put. Inilah sebabnya mengapa frekwensi dari penyearah setengah gelombang sama dengan frekwensi input.

V DC =

2π

6

2.20 )

Harga rata – rata juga dikenal sebagai harga DC dari sinyal setengah gelombang adalah :

V DC =

π

2

3 Vm/R ....................................... (

Dimana nilai rms dari dioda ( Ir ) Ir = 0,5518 x Im ....................................... ( 2.22 )

 2 Vr =   2π 

π

 2 2  ( ) Im cos ω td ω t ∫0   6

Ir =

1 Im  π

......................................... (

2π  π 1  + sin  6  6 2

1

2

= 0,5518 Im.

2.17 )


1

2

PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 1.

Pada saat gelombang fasa b mencapai 120o maka dioda 6 dan 1 konduksi dan dihasilkan tegangan Vca.

2.

Pada saat gelombang fasa c mencapai 120o maka dioda 1 dan 2 konduksi dan dihasilkan tagengan Vac.

3.

Pada saat gelombang fasa b mencapai – 120o maka dioda 3 dan 4 konduksi dan hasilkan tegangan - Vca.

4.

Pada saat gelombang fasa c mencapai – 120o maka dioda 4 dan 5 konduksi dan dihasilkan tegangan – Vac.

5.1. Prinsip Kerja Rectifier Transformer. Rectifier transformer adalah alat listrik yang berfungsi sebagai penurun tegangan listrik dan perubah sudut fasa, ini bertujuan agar pada penyearah gelombang out put yang dihasilkan lebih halus atau hasil tegangan DCnya akan lebih rata bila dibandingkan dengan penyearah menggunakan transformator tiga fasa biasa. Didalam rectifier transformer dibentuk sejumlah fasa dengan jalan memberi sudut fasa yang satu dengan yang lainnya. Cara pembentukan fasa dilakukan dengan menambah fasa pada setiap kumparan sekunder, setiap kumparan sekunder dipotong ditengah – tengahnya dan menambah terminal baru sehingga setiap kumparan mempunyai tiga terminal, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.1 dibawah ini.

5. Proteksi Rectifier Untuk menjaga peralatan dari kerusakan dari kehandalan sistem maka peralatan harus dilengkapi dengan alat – alat pengaman agar proses penyaluran energi dapat berjalan dengan lancar. Mengingat daya untuk peleburan dibutuhkan besar dan kontinu guna melancarkan produksi maka peralatan penyearah dilengkapi dengan alat – alat proteksi. Adapun jenis proteksi yang digunakan pada alat penyearah adalah : 1.

DC Over Current Relay Relay ini berfungsi sebagai pengaman arus hubung singkat pada rangkaian DC.

2.

Rectifier Ground Fault Relay ini berfungsi sebagai pengaman hubungan tanah. Relay ini bekerja bila box dari rectifier berhubungan ke tanah.

3.

High Speed Over Current Gambar 13. Rangkaian Kumparan Rectifier Transfoermer

Relay ini bekerja apabila silicon elemen atau bus hubung singkat. 4.

Dari gambar 3.1 terlihat bahwa setiap kumparan diberi tambahan terminal ditengah – tengah jadi terdapat enam buah fasa disana, karena ke enam terminal fasa itu tidak saling bergantungan dan masing – masing satu sistim fasa tersendiri. Bila ada m buah pasang kumparan atau digambarkan 3 pasang, atau m = 3, maka bidang kumparan – kumparan tersebut saling membentuk sudut

Control aux.Power Loss Relay ini bekerja apabila Aux control sirkit tegangannya jatuh atau tidak ada sama sekali.

5.

Dioda Element Failure Relay ini bekerja bila Trigger fuse putus atau sirkuitnya tidak bagus.

6.

2π satu sama lain. m

Control aux. Power Loss Jika power untuk conrtol pengukuran dan tap tengah jatuh tidak ada maka relay ini bekerja.

Dengan demikian maka tegangan bolak – balik disetiap kumparan tidak mencapai puncak maupun nilai nol sinusoid waktu yang tersebut karena kumparan – kumparan diletakkan sama


PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 maka perbedaan antara masing – masing tegangan adalah

2π untuk lebih jelasnya dapat m

dilihat pada gambar 3.2 dibawah ini.

Gambar 16. Gelombang in-put rectifier transformer

Gambar 14. Tegangan pada tiap kumparan sebagai fungsi waktu

Gambar 17. Gelombang out-put rectifier transformer π

2π 6 6 Vdc= 2VmCosωt 2π ∫0 6 6 π = 2Vm cos .........................................( π 6 3.1 ) Gambar 15. Diagram fasor tegangan – tegangan 6 buah Karena pada rangkaian rectifier transformer terdapat 6 buah kumparan maka perbedaan sudut fasanya adalah

π   2 6 2 2  Vrms = Vm Cos wt d(wt)  2π ∫0   6 

2π 360 = = 60. 60 60

 6 = Vm   2π

Setelah mendapat supply tegangan dari LVR, tegangan yang berbeda sudut fasa sebesar 1200 dirubah pada rangkaian rectifier transformer menjadi 600, setelah sudut fasa diperkecil maka disearahkan dengan menggunakan dioda. Adapun penyearanya adalah sistem jembatan atau penyearah gelombang penuh.

3.2 )

1

2

1

2π  2 π 1 + sin   .......... 6  6 2

(

5.2. Cara Pengaturan Tegangan Pada Tungku Peleburan. Mengingat tungku peleburan yang beroperasi tidak selalu sama maka perlu dilakukan pengaturan tegangan pada supply untuk tungku peleburan. Banyak ayau sedikitnya tungku beroperasi tergantung pada besar kecilnya debit air pada sungai Asahan,


PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 apabila sungai Asahan debit airnya besar maka generator yang dapat beroperasi banyak dan daya yang dihasilkan pun akan besar. Pengaturan tegangan pada tungku peleburan dilakukan pada rangkaian LVR, dengan merubah tap dari LVR disesuaikan dengan jumlah tungku yang beroperasi. Untuk satu tungku membutuhkan tegangan sebesar 4,2 Volt sampai dengan 4,6 Volt DC dan arus sebesar 185 KA, karena hubungan dari tungku peleburan adalah sistem seri maka akan sama pada setiap titik, sesuai dengan Hukum Ohm.

Vdc Vrf Xrf Vru Xvcr Zrf Zlvr

Vp =

V = Ix R ...............................................( 3.3 ) Dimana : V = Tegangan listrik ( Volt ) I = Arus listrik ( Ampere ) R = Tahanan listrik ( Ohm )

= 800 = 12 = 10,8 = 20 = 10,6 = 0,09 = 0,2

Volt Volt Ohm Volt Ohm Ohm Ohm

800 + 12 + 10,8 + 10,6   0,09 + 0,2    3  1,351 −   2    

= 686 Volt

Kalkulasi LVR P=Prf x jumlah

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan, apabila tahanan listrik konstan maka besarnya arus listrik dapat diatur dengan mengatur besarnya tegangan lstrik atau dengan kata lain apabila tegangan besar maka arus listrik akan besar.

rectifier

transformer

x

1 V fluksi / line

5.3. Pengaturan Arus Listrik Pada Tungku Peleburan. Didalam menaikkan dan menurunkan tegangan banyak yang harus diperhatikan agar dalam pemberian supply listrik pada tungku peleburan tidak mengalami gangguan salah satunya kita harus mengetahui kapasitas dari peralatan yang kita gunakan.

Dimana : P = Capasitas LVR. Prf = Capasitas rectifier transformer. Fluks / Line = Tegangan fluksi 35 KV/line. Sesuai dengan data yang ada pada PT. Inalum Kuala Tanjung : P = 182 MVA Prf = 35,9 MVA Fluksi 35 KV/line = 0,955 Efisiensi 36 pulsa rectifier transformer = 0,961 Maka :

Kalkulasi Rectifier Transformer

P = 35,9 x 5 x 0,961 x

Vp =

Vdc + Vrf + Xrf + Xvcr  Zrf + Zlvr   3  1,351  2   

(

1 = 181,5 = 182 0,95

MVA. 5.4. Analisa Pengaturan Arus Listrik. Mengingat pot line yang beroperasi pada pabrik peleburan PT. Inalum rangkaian cellnya dihubungkan secara seri maka besarnya arus listrik tetap pada cell. Menurunkan dan menaikkan arus bergantung padapot yang beroperasi. Apabila jumlah pot yang beroperasi di tambah atau dikurangi sedangkan arus listrik yang dibutuhkan untuk setiap cell konstan maka pngaturan cukup dengan menaikkan dan menurunkan tegangan supply yang masuk ke pot line. Arus listrik yang dibutuhkan dalam setiap cell sebesar 185 KA dan tegangan pada setiap cell sebesar 4,2 V sampai dengan 4,6 V. Misalkan unyuk pot yang beroperasi 100 cell maka:

)

Dimana : Vdc = Tegangan out-put rectifier. Vp = Tegangan sekunder transfomer ( Volt ). Vrf = Drop tegangan rectifier transformer dan rectifier. Xrf =Reaktansi drop rectifier transformer. Vru = Tegangan sisa VCR. X VCR = Reaktansi drop VCR transformer. Zrf = Impedansi rectifier transformer. Z LVR = Impedansi LVR. Sesuai dengan data yang diperoleh pada PT. Inalum Kuala Tanjung :


PROSESOR, Vol 2 Edisi 4 Des 2011 Vt = V x jumlah cell = 4,2 x 100 = 420 Volt. R=

1. 2.

V 4,2 V = I 185 x 10 3 A

3. 4.

= 0,0227x10-3 Ω. Rt = R x jumlah cell = 0,0227 x 10-3Ω x 100 = 2,27 x 10-3Ω I=

5.

Vt 420V = Rt 2,27 x 10 -3 Ω

6.

6. KESIMPULAN 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Keuntungan dari menggunakan Rectifier Transformer di dapatkannya arus listrik DC yang lebih stabil untuk disupply ke tungku peleburan dibandingkan dengan menggunakan transformer tiga fasa biasa karena arus DC distabilkan dengan menggunakan VCR ( Voltage Control Reactor ). Pada Rangkaian Rectifier Transformer dibentuk atau penambahan sejunlah fasa agar dalam penyearahan didapat arus listrik DC yang stabil. Disini gelombang out-put dari tegangan AC diperbanyak. Jadi dalam satu periode dioda konduksi sebanyak enam kali. Jadi tegangan DC yang dihasilkan otomatis lebih rata. Agar dalam penyearahan didapat arus listrik DC yang stabil maka arus yang keluar dari Rectifier Transfomer disearahkan dengan menggunkan Silikon Rectifier. Dengan menggunakan arus listrik DC maka efisiensi yang dihasilkan akan bertambah besar karena pfnya sama dengan 1. Keuntungan dari menggunakan Load Voltage Regulator ( LVR ) memungkinkan untuk didapatkannya tegangan yang bervariasi. Dengan demikian dapat melanyani berbagi beban dengan tegangan in – put yang berbeda – beda. Dengan menggunkan penyearah sistem jembatan maka DC yang dihasilkan akan lebih besar bila dibandingkan dengan penyearah setengah gelombang.

8.

DAFTAR PUSTAKA


Prof. Ir. Abdul Kadir, Transformator, Penerbit Pradnya Paramita, 1981. B. L Teraja, Electhrical Thecnolgy, New Delhi, 1982. Buku Proyek PT. Inalum. Ir. A. R. Margunaga, Dasar – Dasar Teori Rangkaian, Penerbit Erlangga, 1990. Muhammad Harunur Rashid, Power Electronic Circut, Devices, And Aplications, New Jersey, 1988. Malvino, Hanapi Gunawan, Prinsip – Prinsip Elektronika, Edisi Kedua Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994. Zulhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993. M. H. Rashid, Elekronika daya, Jilid I Persi Bahasa Indonesia Penerbit Erlangga, 1999.

STUDY SUMBER ARUS SEARAH PADA TUNGKU PELEBURAN ALUMMUNIUM

Recommend Documents