AUDIT ENERGI PADA SISTEM KELISTRIKAN DI LABORATORIUM JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI (ATAS)
I.
Tujuan
1. Mengetahui konsumsi energi sistem kelistrikan di Lab.Energi 2. Mengetahui karakteristik kelistrikan yang ada di Lab.Energi 3. Dapat mengetahui peluang-peluang penghematan konsumsi energi
II.
Batasan Masalah
1. Audit energi sistem kelistrikan di laboratorium teknik konversi energi. 2. Peluang konservasi yang dapat dilakukan pada sistem kelistrikan di jurusan teknik konversi energi. 3. III.
Latar Belakang
Konsumsi energi terus meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan ekonomi dan
a. Daya aktif adalah daya sebenarnya yang dibutuhkan oleh beban. Parameter ini dinyatakan dalam satuan watt.
P 1 fasa
= V L-N x I x cos phi (watt)
P 3 fasa
= 3 x V L-N x I x cos phi(watt)
Keterangan V L-N = Tegangan fasa netral (V) I = Arus (A) Cos phi = faktor daya b. Daya reaktif adalah daya yang dibutuhkan oleh ban induktif. Parameter ini dinyatakan dalam satuan VAR.
Q 1 fasa = V L-N x I x Sin Q
Q 3 fasa = 3 x V L-N x I x Sin Q
Factor daya menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Factor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan factor daya ini menggunakan kapasitor. Faktor daya mempunyai nilai range antara 0 – 1 dan dapat juga dinyatakan dalam persen. Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu. Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kVA dan kVAr berubah sesuai dengan faktor daya), Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P)
=
Tan φ.................................................(1)
Tan φ =
Sebuah contoh, rating kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor da ya,
Tan φ ............................................ (2) Daya reaktif pada pf diperbaiki = Daya Aktif (P) Tanφ ....................................... (3) Daya reaktif pada pf awal = Daya Aktif (P)
1
2
Sehingga besarnya kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya
yang tercatat dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62 jumlah kWh pada bulan yang bersangkutan sehingga pf rata – rata kurang dari 0,85. Sedangkan perhitungan kelebihan pemakaian kVArh dalam rupiah menggunakan rumus (5) sebagi berikut :
Kelebihan pemakaian kVARh = [ B – 0,62 ( A1 + A2 )] Hk ................................... (5) dimana : B = pemakaian kVArh A1 = pemakaian kWh WPB A2 = pemakaian kWh LWBP Hk = harga kVARh Beberapa strategi untuk koreksi faktor daya adalah : a. Meminimalkan operasi dari beban motor yang ringan atau tidak bekerja. b. Menghindari operasi dari peralatan listrik diatas tegangan rata – ratanya. c. Mengganti motor – motor yang sudah tua dengan energi efisien motor. Meskipun dengan energi efisien motor, bagaimanapun faktor daya diperngaruhi oleh beban yang variasi. Motor ini harus dioperasikan sesuai dengan kapasitas rata – ratanya
fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik. Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu memperhitungkan frekuensi ( f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ), seperti tampak dari persamaan (6) berikut :
.............................................................................................................. (6)
Berdasarkan standardSNI 04-1922-2002 bahwa standar frekuensi untuk 50 Hz di Indonesia adalah ± 1% atau 49,5 Hz ≤f≤ 50,5 Hz. 4. Ketidakseimbangan Tegangan
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltage) adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan
Gambar 1 Fasor tegangan seimbang dan tidak seimbang.
Menurut literatur, tegangan tiga-fasa yang tak seimbang bisa diuraikan menjadi tiga sistem yang seimbang atau simetris. Ketiga sistem simetris ini disebut komponen urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol. Gambar 2 memperlihatkan tiga sistem simetris tersebut. Komponen urutan positif mempunyai urutan fasa mengikuti putaran jarum jam, urutan negatif berlawanan dengan arah putaran jarum jam, sedangkan urutan nol mempunyai arah fasa yang sama. Setiap tegangan yang tak seimbang selalu bisa diuraikan menjadi tiga sistem simetris tersebut. Gambar 3 memperlihatkan tegangan tak
Gambar 2 Komponen simetris tegangan.
Gambar 3 Tegangan tak seimbang yang disusun dari tiga komponen simetris.
a. Motor panas berlebih & berlanjut pada kerusakan isolasi. b. Arus beban tidak seimbang pada 3 fasa. c. Urutan tegangan negative. d. Merusak bearing motor listrik. e. Kecepatan motor bervariasi. f.
Mengurangi mutu produksi.
g. Mengurangi efisiensi motor.
Berdasarkan standard SNI 04.0227.2003-2 bahwa batas tegangan 220/380 V adalah ± 10% dari tegangan standard atau 198 V≤220≤ 242 V dan standard ketidakseimbangan tegangan menurut ANSI C84.1-1995 dan NEMA adalah 3% dari tegangan rata-rata masing-masing fasa pada sistem 3 fasa.
5. Arus Listrik dan Ketidakseimbangan Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu.
menurut ANSI C84.1-1995 dan NEMA adalah 5% dari arus rata-rata masing-masing fasa pada sistem 3 fasa.
6. Harmonisa
Harmonisa adalah gangguan yang muncul akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Pada dasarnya harmonisa adalah gejala pembentukan gelombanggelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasar atau frekuensi fundamentalnya, yaitu frekuensi harmonisa yang timbul pada bentuk gelombang aslinya, sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonik.
Parameter yang memiliki korelasi dengan permasalahan harmonisa men yebabkan : a. Panas berlebih pada trafo (K-factor), dan alat yang berputar. b. Meningkatnya rugi hysteresis. c. Kelebihan beban netral / timbul tegangan netral ke tanah. d. Gelombang tegangan dan arus terganggu.
Akibat harmonik pada arus dan tegangan dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini. Tabel 2.1 Akibat Harmonik Arus dan Tegangan Harmonik
Arus
Akibat
a.
Faktor daya rendah
b. Pemanasan dan Ferro resonance Trafo Yy c. Resonance on CapacitorBank d. Tegangan netral-ground besar e. Tidak terukur pada meter mekanik f.
Gagal fungsi pada rele
g. Lossesnetral besar (sistem 3fase 4kawat) h. SkinEffect
Tegangan
a.
Pemanasan berlebih pada peralatan
b. Osilasi mekanik pada motor
Peralatan yang digunakan
1. Satu paket Power Quality 3 fasa 2. Sarung tangan 20 kV sebagai peralatan safety 3. Laptop 4. Meja
Prosedur
Menyiapkan peralatan yang dibutuhkan
Menghubungkan PQ Analyzer dengan panel seperti pada gambar rangkaian
Menyalakan alat PQ Analyzer dan pada laptop buka software FLUKE
Menghubungakan alat PQ Analyzer dengan komputer(laptop) dengan kabel data sehingga data-datanya dapat di record pada laptop.
Mulai merecord pada alat PQ Analyzer dan pada laptop hubungkan dengan mengklik icon start logging of reading
Pengukuran dilakukan ketika di laboratorium terdapat aktivitas yang tidak terlalu banyak antara lain satu buah motor listrik pada pompa cooling tower,
Gambar 4. Rangakain Pengukuran Panel Listrik Utama
Tabel 2. Standar kelistrikan berdasarkan SNI dan ANSI Parameter
Tegangan Unbalance
Standar
220 V± 5 %
Arus/Beban Unbalance
<5%
FaktorDaya
≥ 0.85
Frekuensi THDi
50 Hz ± 1 Hz < 10 %
2. Analisis Data
a. Daya Terpasang Diketahui :
Kapasitas MCB = 200 Ampere VLL = 380 Volt
√ V I = √ 380 200
Daya Semu Terpasang (SMCB) =
LL
L
= 131635,8614 VA = 131,636 KVA
b. Daya Pengukuran Dik : S L1 = 13,690 KVA S L2 = 11,930 KVA S L3 = 13,755 KVA PL1 = 11,536 KW
P L2 = 10,745 KW
QL1 = 7,016 KVAR Q L2 = 5,174 KVAR
P L3 = 11,6 KW Q L3 = 7,37 KVAR
Daya 3 fasa yang dikonsumsi teknik energi adalah :
3. Data Pengukuran No. 1 2 3 4
Line L1 L2 L3 T
max 0,967 0,932 0,93
cos ∅ min 0,816 0,9 0,821
max 19,18 20,31 21,86 61,34
average 0,892 0,916 0,876
kW min 3,892 1,18 1,34 6,47
Average 11,536 10,745 11,6 33,905
max 0,904 0,928 0,863
PF min 0,808 0,898 0,807
max 12,68 9,836 14,2 36,72
average 0,856 0,913 0,835
kVAr min 1,352 0,512 0,539 2,42
max 211,6 214 217,6
Harmonik Line L1 L2 L3 N
Arus (Ampere)
Tegangan (volt)
Average 7,016 5,174 7,37 19,57
max 22,99 22,57 26,07 71,62
Vrms (Volt) min average 207,2 209,4 209 211,5 212,9 215,25
kVA min 4,39 1,29 1,44 7,19
max 111,4 107,1 122,1
THD (%) Tegangan
Arus
Average 13,69 11,93 13,755 39,405 Irms (Ampere) min average 22,03 66,715 6,09 56,595 7,53 64,815
Frekwensi
max min Average max min Average max min Average max min Average Max Min Average 16,94 1,48 12,5356 4,735 0,66 2,6975 5,151 4,834 4,9925 5,1 4,9 5 49,99 49,88 49,935 7,776 1 3,888 4,96 1,69 3,325 5,731 5,541 5,636 5,2 4,9 5,05 49,99 49,88 49,935 16,07 3,111 24,9969 43,75 8,34 182,438
4,445 1,233 328,5 27,8
2,839 4,938 178,15 397,5
4,783 163,8
4,8605 280,65
4,9
4,8
4,85
49,99 49,88
49,935
VI. Kesimpulan
Dari hasil audit sistem kelistrikan tersebut dapat diketahui bahwa sistem kelistrikan di laboratorium teknik konversi energi masih tergolong baik, karena dapat dilihat dari hasil pengukuran, tang tidak layak hanya pada kesetimbangan arus dan THD pada L2, dan parameter yang lain masih tergolong baik dan memenuhi standar.
Rekomendasi untuk perbaikan Arus Unbalance dapat dilakukan sebagai berikut,
Menyeimbangkan setiap beban fase tunggal diantara seluruh tiga fase.
Memisahkan setiap beban fase tunggal yang mengganggu keseimbangan beban dan umpankan dari jalur/trafo terpisah.
Rekomendasi untuk perbaikan THD dapat dilakukan sebagai berikut,
Meminimalisir terjadinya mematikan MDP secara mendadak saat beban maksimum, hal ini kadang terjadi saat mahasiswa sedang pratikum, mahasiswa tidak sengaja menekan tombol merah, yaitu tombol laboratorium, yang apabila ditekan semua sistem akan mati. Hal merupakan salah satu yang membuat harmonik terjadi, sehingga disarankan bagi mahasiswa agar selalu berhati – hati dan bekerja sesuai
ine
kW
kVAr
max
min
1
19,180
2 3
Average
kVA
max
min
3,892 11,536
12,680
20,310
1,180 10,745
21,860 61,340
Average
max
min
Average
1,352 7,016
22,990
4,390
13,690
9,836
0,512 5,174
22,570
1,290
11,930
1,340 11,600
14,200
0,539 7,370
26,070
1,440
13,755
6,470 33,905
36,720
2,420 19,570
71,620
7,190
39,405
VII. PEMBAHASAN DAN ANALISIS
