SISTEM PROPULSI PADA KERETA REL LISTRIK DI DEPO KRL DEPOK Untung Yudho Prakoso¹, Muhammad Sadikin, S.T., M.T². Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman KM.3 Cilegon-Banten 42435 Email:
[email protected]
Abstrak Depo KRL Depok adalah salah satu Depo Kereta Rel Listrik yang dimiliki oleh PT. KAI Commuter Jabodetabek yang merupakan anak perusahaan dari PT. Kereta Api Indonesia (Persero) . Depo ini merupakan depo terbesar yang ada di Asia Tenggara. Saat ini operasionalnya diperuntukan sebagai tempat perbaikan dan pemeliharaan kereta rel listrik yang beroperasi di wilayah jabodetabek . Perkembangan KRL saat ini dinilai semakin maju baik dari segi teknologi maupun desainnya, disamping itu dengan menggunakan KRL sebagai transportrasi andalan, 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 (substation) 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 penggerak (Propulsi) yang kemudian digunakan untuk menjalankan KRL. Dalam laporan ini akan dibahas mengenai sistem propulsi KRL secara detail. Kata Kunci : Sistem Propulsi, Sistem Penggerak, Kereta Rel Listrik, Listrik Aliran Atas
I. PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Kemacetan lalu lintas adalah masalah klasik yang tak pernah terselesaikan. padatnya jumlah kendaraan saat ini merupakan faktor utama kemacetan yang terjadi di kota-kota besar, sehingga dengan munculnya moda tranportasi kereta api sangat membantu dalam mengurangi dampak dari kemacetan. KA Commuter Jabodetabek (atau disebut juga KRL Commuter Line, dulu dikenal sebagai KRL Jabotabek) adalah jalur kereta rel listrik yang dioperasikan oleh PT KAI Commuter Jabodetabek, anak perusahaan dari PT Kereta Api Indonesia (PT KAI). KRL telah beroperasi di wilayah Jakarta sejak tahun 1976,
Depo KRL Depok milik PT. KAI Commuter Jabodetabek merupakan salah satu Depo Traksi yang bergerak dibidang Perawatan KRL yang dikerjakan mulai dari perawatan kompresor, generator, AC dan engine kereta api. Yang termasuk kedalam Mesin-mesin listrik. Yang melatar belakangi kegiatan kerja praktek ini adalah bagaimana mempelajari dan memahami mengenai mesin-mesin listrik, perawatan berkala dan perawatan akhir kereta rel listrik. Selain itu dari kegiatan kerja praktek tersebut diharapkan diperoleh pengalaman kerja dilapangan secara nyata. 1.2. Tujuan Kerja praktik ini ditujukan untuk memenuhi kelengkapan mata kuliah Kerja Praktik serta digunakan sebagai salah satu
syarat untuk kelulusan program S1 Teknik Elektro Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Tujuan khusus kerja praktek ini antara lain: a. Memahami prinsip kerja sistem propulsi pada kereta rel listrik b. Mengetahui peralatan pada sistem propulsi kereta rel listrik c. Menganalisa efektifitas dan keefisienan sistem propulsi yang ada pada kereta rel listrik 1.3. Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari laporan ini diantaranya adalah: 1. Kereta Api yang dibahas adalah jenis Kereta Rel Listrik yang beroperasi di Jabodetabek yaitu tipe seri tokyo metro 6000, tokyo metro 05 dan Japan Railway 205 2. Permasalahan dan pembahasan dititik beratkan pada sistem propulsi pada kereta rel listrik. 3. Pembahasan mengenai analisa perbandingan efektifitas sistem propulsi yang digunakan pada kereta rel listrik TEORI DASAR 2.1.Kereta Api Kereta api adalah bentuk transportasi rel yang terdiri dari serangkaian kendaraan yang ditarik sepanjang jalur kereta api untuk mengangkut kargo atau penumpang. 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. Kereta Rel Listrik (disingkat KRL) merupakan kereta rel yang bergerak dengan sistem propulsi motor listrik. Di Indonesia, kereta rel listrik terutama ditemukan di kawasan Jabotabek, dan merupakan kereta yang melayani para komuter (lihat KRL Jabotabek).
Terdapat dua jenis KRL, terpusat (locomotive-hauled) atau terdistribusi (electric multiple unit) EMU. Kereta cepat di Eropa kebanyakan menganut sistem terpusat dengan hanya 1 gerbong yang memiliki sistem penggerak, seperti lokomotif pada kereta konvensional. Keuntungan dari sistem ini adalah biaya produksi yang lebih rendah karena hanya 1 gerbong saja yang berisi peralatan, disamping itu getaran dan kebisingan yang lebih rendah bagi para penumpang. 2.2.Stamformasi Kereta Rel Listrik Satu set kereta rel listrik terdiri dari empat buah gerbong yang terdiri dari empat buah gerbong yang terdiri dari : 1. Trailer Car 1 = kereta gandengan 1 (TC1) 2. Motor Car 1 = kereta penggerak 1 (MC1) 3. Motor Car 2 = kereta penggerak 2 (MC2) 4. Trailer Car 2 = kereta gandengan 2 (TC2)
Gambar 2.1. Stamformasi ideal Kereta Rel Listrik (KRL) Kereta gandengan (TC) adalah tempat masinis mengemudikan kereta. Pada TC1 dan TC2 terdapat system pengaturan untuk keseluruhan kerja kereta, sedangkan motor traksi dan pantograph terdapat pada gebong M1 dan M2. Secara umum pengoperasian kereta untuk melayani transportasi dapat dibagi menjadi 4 (empat) kategori. Pengelompokan tersebut berdasarkan pada jenis layanan dan jarak tempuh dari angkutan kereta tersebut. a) Kereta untuk Angkutan Penumpang Antar Kota (moin line passenger traffic). b) Kereta untuk Angkutan Penumpang dalam Kota dan Sekitar Kota (sub urban passenger traffic).
c) Kereta untuk Angkutan Barang Antar Kota (main line freight traffic). d) Kereta untuk Angkutan Barang dalam Kota (Local Freight traffic).. e) Kereta Listrik Penggerak Tersebar f) Kereta Listrik Penggerak Terpusat. 2.3.Sistem Elektrifikasi Jalur KRL Sistem elektrifikasi yang dipakai di Jabotabek memakai sistem elektrifikasi Arus searah 1500 volt DC dengan memakai sistem penyuplaian melalui Jaringan Listrikaliran Atas. Sistem saluran atas 1.500 volt DC mendapat catu daya dari pusat-pusatlistrik/gardu listrik.Gardu listrik mendapat catu daya dari jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV AC milik PLN, yang selanjutnya oleh gardu listrik, tegangan PLN tersebut diturunkandan diubah menjadi tegangan 1500 volt DC.
Gambar 2.2 Single Line Diagram Sistem Gardu Induk Pemyuplai LAA Tegangan listrik yang akan digunakan untuk peralatan-peralatan yang disebut di atas harus diturunkan dahulu melalui transformator / trafo sesuai kebutuhan. Sebagai contoh untuk pintu perlintasan, 1 phase 6 kV diturunkan dengan transformator tiang 6 kV/220 volt,dengan kapasitas 3 kVA, sehingga setiap ada pintu perlintasan elektrik selalu ada trafotiang
Gambar 2.3 Saluran Listrik Aliran Atas (LAA) Kereta Rel Listrik 2.4.Bentuk 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 (substation) 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.
Gambar 2.4 Skema Kelistrikan pada Kereta Rel Listrik Tegangan pada saluran atas memiliki kwalitas rendah, artinya tegangannya bisa berubah-ubah dari 1000 – 1800 V DC. Hal ini disebabkan adanya pemakaian tegangan yang bervariasi, misalnya pada saat kereta akan berangkat berarti menarik arus yang cukup besar, sehingga tegangan menjadi turun, sebaliknya saat pengereman, kereta memberikan energi ke saluran yang mengakibatkan tegangan menjadi naik 2.5. Suplai Tegangan Tinggi 1500 V DC tegangan tinggi dari overhead line masuk kereta melalui
pantograph. Pantograph berada di atap M1 mensuplai tegangan tinggi untuk intalasi traksi M1 dan static converter TC1. Pantograph diatap M2 mensuplai tegangan tinggi untuk instalasi traksi M2 dan static converter TC2. 2.6.Suplai Tegangan Rendah Suplai tegangan rendah untuk instalasi traksi di sediakan oleh statik converter : SCAP 25s. Ada dua statik converter : satu dibawah TCI dan satu dibawah TC2. Statik converter mempunyai dua output tegangan220/380 V AC dan 110 V DC. 2.7.Perawatan dan Pemeliharaan KRL Perawatan dan pemeliharaan system penggerak adalah proses kerja yang bertujuan untuk merawat komponen – komponen serta memperhatikan tingkat batas kelayakan pemakaian komponen – komponen tersebut, agar system penggerak dapat dioperasikan. a) Perawatan Pantograph b) Kabel Sumber listrik atas(Catenary) c) Bantalan Rel d) Motor Car III. PEMBAHASAN 3.1. Sistem Propulsi Kereta Rel Listrik Pada prinsipnya sistem penggerak adalah komponen – komponen yang mendukung kereta rel listrik agar dapat berjalan dengan baik. Dengan mengaplikasikan sumber listrik yang dialirkan ke kereta agar dapat menggerakan motor car. Ada dua macam sumber listrik yang biasa digunakan untuk menggerakkan kereta rel listrik. Ada kereta rel listrik yang menggunakan sumber listrik AC (Alternating Current), dan ada juga yang menggunakan sumber listrik DC (Direct Curent). Suatu bagian yang sangat penting pada setiap kendaraan bergerak adalah sistem penggerak. Penggerak harus dapat menjamin kestabilan kecepatan kendaraan tersebut pada saat dikehendakinya oleh pengemudinya Terdapat 3 jenis sistem propulsi pada kereta rel listrik, diantaranya adalah: a. Rheostatic
b. DC-Chopper c. VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) 3.1.1. Sistem Populsi Rheostatic Kendali rheostatik menggunakan komponen resistor dan switch untuk mengatur kecepatan kereta api saat beroperasi, di mana besarnya hambatan/resistor yang digunakan bervariasi sesuai dengan kebutuhan dan toleransi maksimum dari rangkaian yang menggunakannya. Dalam hal ini, besarnya kecepatan rangkaian KA diatur dengan mengubah posisi switch yang diparalel dengan resistor untuk menambah besarnya tegangan pada motor traksi.
Gambar 3.1. Sistem Kontrol Menggunakan Rheostat (Resistor Variabel) 3.1.2. Sistem Propulsi DC-Chopper Pada awal perkembangan KRL, motor dc dominan digunakan karena mudah pengaturannya. Cara klasik pengaturan KRL motor dc adalah dengan membatasi tegangan yang masuk ke motor dc dengan menggunakan rheostat sehingga kecepatan motor dc dapat diatur. Efisiensi yang rendah akibat rheostat dan berkembangnya teknologi saklar statis (thyristor) mengakibatkan cara ini sudah tidak lagi dipakai. Sekarang ini untuk mengatur tegangan dc pada KRL motor dc digunakan konverter dc-dc atau sering disebut chopper dc Dengan konverter dc-dc pengaturan tegangan lebih mudah dan efisiensi lebih baik.
Gambar 3.2. Sistem Penggerak Motor DC Kendali chopper menggunakan sistem blok pengubah tegangan arus searah ke arus searah (DC to DC converter) dengan menggunakan armature thyristor berjenis SCR (silicon controlled rectifier) sebagai pengendali motor traksi untuk mengatur kecepatan rangkaian KA saat beroperasi, apabila motor traksi berjenis arus searah maka digunakan commutator circuit, namun apabila motor traksi berjenis arus bolak-balik (AC) maka digunakan inverter statis (SIV).
Gambar 3.4. Sistem Penggerak Motor AC Pada kasus sumber yang dipakai adalah sumber ac satu fasa, diperlukan tambahan penyearah untuk mengubah sumber ac menjadi dc, kemudian baru diubah lagi menjadi tegangan tiga fasa menggunakan vvvf .
Gambar 3.5. Sistem GTO-VVVF untuk LAA arus bolak-balik (AC), untuk LAA arus searah (DC) transformator dan rectifier AC to DC ditiadakan 3.2. Peralatan Pada Sistem Penggerak 3.2.1. Sitem Tegangan Tinggi a. Pantograph Gambar 3.3. Rangkaian kontrol untuk pasokan DC ke DC motor 3.1.3. Sistem Propulsi VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) Kerugian yang ada pada sistem DCChopper dan semakin berkembangnya teknologi saklar statis untuk rangkaian elektronika daya mengakibatkan KRL generasi selanjutnya lebih memanfaatkan motor ac daripada motor dc.. Apabila sumber yang digunakan berupa sumber dc maka pengaturan kecepatan menggunakan inverter VVVF (variable voltage, variable frequency) untuk mendapatkan tegangan ac tiga fasa yang bisa diubah – ubah tegangan sekaligus frekuensinya sehingga kecepatan motor ac dapat berubah-ubah.
Pada sistem gerak kereta api listrik, dibutuhkan alat yang bernama pantograph untuk mensuplai listrik ke motor yang mendapat sumber listrik dari aliran listrik yang berada dikabel yang berada diatas bantalan rel kereta. Pantograph sendiri juga berungsi mengirimkan sinyal kesetiap stasiun kereta, karena aliran listrik pada kabel yang diatas bantalan rel kereta terdeteksi dan dikontrol pada setiap stasiun.Peralatan pantograph ini mempunyai dua tipe, yaitu tipe diamondshaped b. Line Filter. Merupakan series – resonance converter yang pengoperasiannya berdasarkan pada terjadinya resonansi pada rangkaian LC. Tujuan dari line filter adalah untuk memfilter arus line yang masuk. c. Ruang Tegangan Tinggi.
Diruangan ini, peralatan tegangan tinggi yang sangat penting untuk system traksi diletakkan. Peralatan traksi ini terdiri dari : 1. Circuit Breaker 2. Panel keamanan (untuk pengukuran dan deteksi) 3. Filter anti gangguan 4. Perlengkapan short circuit 5. Line filter kapasitor dan resistor 6. Pengukur arus inverter traksi 3.2.2. Sistem Traksi Masing-masing kereta seperti pada gambar dilengkapi dengan system traksi yang terdiri dari : Ruang converter traksi berisi peralatan control dan power elektronik yang terdiri dari mikroprosesor dan lima high power drives (HPD) Pendinginan converter traksi adalah ventilator. Untuk perawatan, terdapat switch pentanahan (switch pengaman) terletak di dinding akhir dari motor car dekat trailer car
Gambar 3.6. Sistem Traksi Kereta Rel Listrik a. Ruang Converter Traksi. Ruang converter traksi terdiri dari power dan control elektronik yang merupakan bagian terpenting dari system traksi. Dalam ruang converter traksi ini diletakkan inverter modul, converter traksi, braking chopper modul dan perangkat power elektronik lainnya. b. Traksi Motor Jenis motor yang digunakan adalah motor induksi sangkar bajing (squirrel cage) dengan tipe DMKT 55/18,5, yang
dibagi menjadi empat bagian utama, yaitu : stator, rotor, bearings, carrying beam. Keuntungan dari penggunaan motor ini adalah : 1. Dimensi kecil dengan daya tinggi 2. Kokoh dan kompak, tanpa komutator sehingga mudah dan murah dalam pemeliharaan. 3. Angka Putaran yang di ijinkan dapat lebih tinggi karena tidak mempunyai komutator. 4. Mempunyai efisisensi tinggi 5. Tahan terhadap goncangan dan tekukan 6. Kemampuan pembebanan yang lebih tinggi, baik mekanis maupun thermos, karena menggunakan rotor sanr yang masiv dan tanpa isolasi. Spesifikasi Motor DC yang digunakan pada Sistem Propulsi Rheostatic dan DC-Chopper
Gambar 3.7 Motor Traksi Pada Kereta Api Spesifikasi motor DC yang digunakan pada sistem propulsi DC-Copper dan Rheostatic Tegangan maksimum saat beroperasi : 375Vdc Daya Motor : 155 KW Putaran maksimum motor : 2100rpm Arus minimum saat beroperasi : 440A Efisiensi motor : 80% Berat motor : 750Kg Spesifikasi Motor AC yang digunakan pada Sistem Propulsi VVVF Tegangan saat beroperasi : 1100Vac
Daya Motor : 160 KW Putaran maksimum motor : 2290rpm Arus minimum saat beroperasi : 114A Efisiensi motor : 90% Berat motor : 600Kg
4.4. Sitem Kontrol Traksi Sistem kontrol traksi ini menggunakan peralatan berupa kontrol elektronik yang bekerja untuk menjamin agar peralatan-peralatan yang telah di pasang dapat berfungsi dengan baik. Ada tiga komponen pengemudian yang di kontrol oleh alat pengontrol ini, yaitu : inverter, line chopper, braking, chopper. 1. Line Chopper. Kegunaan dari komponen ini adalah untuk merubah teganggan line (DC) tanpa regulasi menjadi tegangan DC dengan regulasi atau variable tegangan DC. Dalam beberapa pemakaian chopper terdiri dari tiga jenis, yaitu : Buck converter menghasilkan tegangan DC yang lebih kecil; dari tegangan input. Boost converter menghasilkan tegangan DC lebih besar dari pada tegangan input. Buck-boost converter merupakan gabungan dari keduanya.
Gambar 3.8. Rangkaian Ekivalen Line Chopper 2. Braking Chopper. Braking chopper akan beroperasi jika tegangan DC link mencapai harga maksimumnya (2300 V)yaitu dengan cara mengalirkan arus ke brake resistor. Fungsi braking chopper adalah : 1. Untuk membatasi potensial DC link, selama arus masuk dari circuit
breaker dan selama perubahan beban (menjaga kesstabilan Dc link) 2. Mengalihkan energy penngereman ke braking resistor, jika tidak dapat dikembalikan ke saluran. 3. Inverter. Pada dasarnya pengendalian dengan VVVF (variable Voltage Variable Frwekuensi ) ini dimaksudkan u tuk memperoleh harga fluk magnetic yang konstan. Sesuai dengan karakteristik motor induksi yang akan mempunyaio torsi yang konstan jika fluk magnetnya juga konstan.
Gambar 3.9 VVVF Inverter Pemakaian inverter dengan inverter tiga pasha. Berfungsi merubah tegangan DC menjadi tegangan AC tida pasha dengan perubahan terhadap amplitude dan frekuensi. Tegangan input berkisar antara 2200 V samapi 2500 V DC yang akan mensuplai motor induksi dengan tegangan berkisar antara 0 sampai 1950 V AC. 3.5. Kontrol Elektronik Kontrol elektronik akan mengatur, melindungi dan memonitor dfungsi dari system keseluruhan traksi. Sinyal-sinyal yang dating dan masuk ke converter traksi di hubungkan pada pos 113/114 (XE1O3A) pada PCB.
Gambar 3.10 AVR sebagai kontrol elektronik KRL 3.6 Analisa Keefisienan Sistem Propulsi
Dari segi pemeliharaan kereta api dengan jenis sistem propulsi vvvf yang menggunakan motor AC sebagai motor penggeraknya dinilai yang paling efisien dibandingkan dengan sistem propulsi yang menggunakan motor DC seperti sistem propulsi rheostatic dan dc-chopper karena pada motor AC tidak dilakukan penggantian carbon brush seperti padahalnya pada motor DC, namun dari segi konsumsi daya sistem propulsi dcchopper lah yang dinilai paling efisien, berikut rinciannya Konsumsi daya motor DC = 150kw x 8 motor traksi = 1,2 MW Konsumsi daya motor AC = 160kw x 8 motor traksi = 1,28 MW
IV. PENUTUP 4.1. Kesimpulan Selama melaksanakan kerja praktek di Depo KRL Depok, maka penulis mengambil beberapa kesimpulan, antara lain sebagai berikut: 1. Pada prinsipnya sistem penggerak atau sistem propulsi adalah system keseluruhan yang bekerjasama untuk menggerakkan KRL. Atau komponen komponen yang mendukung kereta rel listrik agar dapat berjalan dengan baik. Terdapat 3 jenis sistem propulsi pada kereta rel listrik, diantaranya adalah: d. Rheostatic e. DC-Chopper f. VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) 2. Peralatan pada sistem propulsi atau sistem penggerak terbagi atas beberapa bagian, diantaranya adalah: a. Sistem Tegangan Tinggi b. Sistem Traksi c. Sistem Kontrol Traksi d. Kontrol elektronik 3. Dari segi pemeliharaan kereta api dengan jenis sistem propulsi vvvf yang menggunakan motor AC sebagai motor penggeraknya dinilai yang paling efisien dibandingkan
dengan sistem propulsi yang menggunakan motor DC seperti sistem propulsi rheostatic dan dcchopper Konsumsi daya motor DC = 150kw x 8 motor traksi = 1,2 MW Konsumsi daya motor AC = 160kw x 8 motor traksi = 1,28 MW 4.2. Saran 1. Perlu adanya pemahaman yang mendasar baik teori maupun praktek dalam melakukan perawatan dan perbaikan pada bidang tertentu 2. Mahasiswa yang akan melakukan kerja praktek sebaiknya mempersiapkan terlebih dahulu sebelum terjun ke lapangan 3. Dalam menjalankan kegiatan produksi baik di dalam maupun di luar depo sebaiknya SOP yang sudah ada dijalankan agar dapat meningkatkan kualitas.
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. [7]. PT KAI, 2002. Diklat Pelatihan Elektronika Daya. Edisi Pertama. PT KAI Indonesia, Bandung
