its paper 21884 2209106042 presentation

8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation

1/45

Oleh:

Gunawan Muhammad

2209106042

AN ALISA GANGGUAN PADA ELECTRIC ARC FURN ACE

(EAF) AKIBAT ARUS IN RUSH TRANSFORM ATOR &

RESON AN SI FILTER HARM ONISA PABRIK PELEBURAN

BAJA PT. ISPATINDO

Dosen Pembimbing:

1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D.

2.Heri Suryoatmojo ST, MT, Ph.D.


2/45

Teori Penunjang2

Pendahuluan1

Sistem Kelistrikan3

Simulasi dan Analisis4

Penutup5


3/45

Latar belakang Bebanarc furnace adalahkomponenpentingpadaperusahaan

peleburanbajaPT. Ispat Indo disisi lain bebantersebutmenimbulkanefekharmonisayang cukupbesar.

Pengoperasian periodik pada beban arc furnace menyebabkantimbulnya arus inrush dan arus harmonisa ke 2 yang tinggi padasaluran.

Arus inrush dan arus harmonisa yang tinggi dapat merusakperalatan listrik, mengganggu kordinasi proteksi danmengganggu kualitas daya pada saluran listrik dengan beban arcfurnace


4/45

Tujuan Membuktikan akibat dari operasi beban yang on-off secara

periodik dapat menyebabkan timbulnya arus inrush dan harmonisayang tinggi antara beban arc furnace dan transformator utama.

Menekan terjadinya resonansi paralel antara filter harmonisadengan impedansi saluran

Menjaga kualitas daya pada sistem saat terjadi gangguan


5/45

Batasan Masalah1. Sistemkelistrikanyang dipakaidalamtugasakhir ini adalah

sistemkelistrikanPT. IspatIndo dari sumbersampai bagianArcFurnace.

2. Perangkat lunak yang digunakan yaitu ETAP 7.00 untuk analisisstudi aliran daya dan simulasinya.


6/45

Teori Penunjang2

Pendahuluan1

Sistem Kelistrikan3


Penutup5


7/45

Inrush current Pada saat transformator dihubungkan terhadap suatu sumber

tegangan (energize) akan mengalir arus yang cukup besar denganperiode waktu yang sangat singkat sampai tercapai kondisi steadystate. Arus awal ini disebut sebagai arus inrush dan besarnya dapatmencapai 8 sampai 30 kali arus nominal. Arus inrush ini perlu

mendapat perhatian khusus karena pengaruhnya dapatmengganggu pengoperasian pengaman, tergantung keadaan awalsaat transformator tersebut dihubungkan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besar dan lamanya arus inrushini antara lain adalah magnitude tegangan suplay saat energize, flux

sisa pada inti trafo dan impedansi sumber dan impedansi sistem.


8/45

Inrush current


9/45

Harmonisa

fn= n f

o

fo =frekuensidasarfn

= frekuensi harmonisake-nn = 1,2,3

Merupakansuatufenomenayang timbul akibatpenggunaanbeban-bebanlistriknonlinier.

Dalam sistem tenaga listrik, definisi harmonisa dapat dijelaskan sebagaigelombang terdistorsi secara periodik pada keadaansteady stateyangdisebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinus sistem pada

frekuensi fundamental dengan komponen gelombang lain yangmerupakan frekuensi kelipatan interger dari frekuensi fundamentalsumber


10/45

Besaran Harmonisa

Ukuran distorsi harmonisa. Distorsi Harmonisa Total (Total Harmonics Distortion, THD)


11/45

Standard HarmonisaArus(IEEE Std. 519-1992) untuklevel tegangan69 kV dandibawahnya

Isc/ IL h


12/45

Standard HarmonisaTegangan(IEEE Std. 519-1992)

Bus Voltage at PCCIndividual Voltage

Distortion (%)

THD

(%)

69 kVand below 3,0 5,0

69,001 kVthrough 161 kV 1,5 2,5

161,001 kVand above 1,0 1,5


13/45

Filter pasif Filter pasif tersusun dari induktansi, kapasitansi, dan resistansi.

Filter pasif ini mempunyai beberapa bentuk, berdasarkan susunanrangkaian komponen-komponen penyusunnya. Secaraumumfilterpasifdapatdibedakandalamtigajenis:

Filter denganpenalaantunggal (Single Tuned Shunt Filter).

Filter denganpenalaanganda(Double Tuned Filter).

High Pass Damp Filter Type.


14/45

Resonansi

Paralel

Resonansi paralel akanmenghasilkanimpedansi yang tinggi. Sehinggajikafrekuensi harmonisasamadenganfrekuensi resonansi paralel, makaakanterjadi teganganyang tinggipadaterminal kapasitor.

Seri

Resonansi seri akan mengakibatkanimpedansi menjadi sangat kecilsehingga arus yang tinggi dapatmengalir ke kapasitor.

rf

Z

f

rf

Z

f

Gambar Kurva impedansi terhadap frekuensi saat terjadiresonansi paralel.

Gambar Kurva impedansi terhadap frekuensi saat terjadi resonansi seri.


15/45

Sistem Kelistrikan3


Penutup5

Pendahuluan1

Teori Penunjang2


16/45


17/45

Sigle Line yang Dianalisa


18/45


Penutup5

Pendahuluan1

Teori Penunjang2

Sistem Kelistrikan3


19/45

Analisa aliran dayaBus To Bus Load Flow

ID ID MW Mvar Amp % PF

ABB Panel

(Subs.)

Near Furnace 50883 10265 909.1 98.0

Bus88 -57183 -1641 1001.9 100

MainBus(PLN)

- - - -

Bus14 Near Furnace -50803 -31485 50107.

2 85.0

Bus88

Bus147 6.849 4.622 433.9 82.9

MainBus(PLN)

-6.849 2.571 384.2 -93.6

ABB Panel(Subs.)

- - - -

Bus147 Bus88 -6.828 -4.232 17142.

5 85.0

MainBus(PLN)

Yard 34.565 9217 137.7 96.6

ABB Panel(Subs.)

64096 -0.929 246.7 -100

Near Furnace

Bus14 68.497 48.754 1472.9 81.5

ABB Panel

(Subs.)

-

68.497

-

24.819 1276.4 94.0


20/45

Simulasi dan analisis (fenomena arus inrush)

Arus inrush diakibatkan switcing pada beban secara terus menerus, pengukuranarus pada saluran dari trafo utama dan beban didapat hasil :

Arus

harmonisa

1 2 3 4 5 7 11 13

Trafo 65 100% 58.32% 61.69% 9% 2.89% 1.27% 0.00076 % 0.01%

Beban Arc

furnace100% 43.40 % 12.17% 9.6% 7.8% 2.88% 8.35% 6.53%


21/45

Simulasi harmonisa


22/45

Evaluasi gangguan arus harmonisa

Bus Voltage Distortion To Bus Current Distortion

IDFund. RMS ASUM THD

IDFund. RMS ASUM THD

kV % % % Amp Amp Amp %

ABB Panel

(Subs.) 33.000 104.20 157.93 30.06

Bus 93 249. 81 265. 88 428. 52 36. 44

Bus 98 1131.23 2157.12 3837. 41 162.36

Bus 100 300.43 2136.86 2468. 52 704.20

Near

Furnace908.11 4007.24 5796. 13 429.79

Bus14 0.690 109.96 177.96 46. 53 Near

Furnace50052.2

3192342.40 289717.50 371. 04

Bus88 11.000 104.23 157.32 29. 60

Bus147 433.90 445.84 627.77 23. 63

Main

Bus(PLN)384.15 384.15 384.15 0

Bus147 0.270 103.99 153.30 27. 74 Bus88 7643.09 25040.29 24. 36 251.13

Main

Bus(PLN) 150.000 104.24 157.23 29. 43

Yard 153.49 270.68 49. 27 344.04

Bus 98276.88 276.88

00. 50

Near

Furnace 33.000 104.20 157.93 30. 06

Bus14 4028.59 6083.89 361. 99 290. 93

ABB Panel

(Subs.)4007.24 5796.13 429. 79 167. 47


23/45

Koordinasi kondisi normal saluran dengan filter harmonisake 2


24/45

Koordinasi kondisi dengan gangguan arus harmonisasaluran dengan filter harmonisa ke 2


25/45

Contoh perhitungan


26/45

ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current

I> t> I>> t>>

OCR-14 50 MG Sepam 1000 2000/5 0.91 0.1 3.01

`

0.2

OCR-66 50 MG Sepam 1000 2000/5 0.91 0.4 3.4 0.5

OCR-65 50 MG Sepam 1000 600/5 1 0.4 2.6 0.7

OCR-207 50 MG Sepam 1000 250/5 2.4 0.6 6.6 0.9

OCR-208 50 MG Sepam 1000 250/5 2.4 0.6 6.6 0.9

ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current

I> t> I>> t>>

OCR-14 50 MG Sepam 1000 2000/5 1.15 0.1 3.01 0.2

OCR-66 50 MG Sepam 1000 2000/5 1.15 0.4 3.4 0.5

OCR-65 50 MG Sepam 1000 600/5 1 0.4 2.6 0.7

OCR-207 50 MG Sepam 1000 250/5 2.4 0.6 6.6 0.9

OCR-208 50 MG Sepam 1000 250/5 2.4 0.6 6.6 0.9

Setting Normal

Setting dengan

gangguanharmonisa


27/45

Fenomena Resonansi Paralel

Respon frekuensi pada bus ABB 33 kV pada saat timbul arus inrush dan arus harmonisa

ke 2

Pada frekuensi 410 Hz terjadi impedansi sistemyang tinggi bernilai 16,11 ohm


28/45

Solusi terhadap perbaikan kualitas daya

Solusi untuk meredam arus harmonisa ke 2 yang tinggi yang

bersumber pada transformator 65 dan beban arc furnace ,dalam hal iniakan dipertimbangkan untuk desain filter pasif yang dipasang pada busnear furnace 33 kV, bus ABB panel dan bus 169 agar arus harmonisa ke2 yang ada pada single line diagram masih berada pada batas toleransi.Standar yang digunakan adalah standar IEEE 519 (1992) (keterangan

pada bab 2). Oleh karena itu dilakukan pencatatan THD tegangan danTHD arus sebelum pemasangan filter dan pemasangan filter


29/45

Perencanaan pemasangan 3 buah filter harmonisa ke 2

1

23

Desain ulang danpemasangan filter pasifdengan penalaan padaorde 2 di pasang padagambar panah disampingyang berguna untukmeredam arus harmonisa

ke 2 yang timbul padasaat beban arc furnacebekerja

Besar nilai R,L, C

yang terpasang:R = 0.5 ohmXL = 14.97 mH

C = 56,46FQc= 19317 KVAR


30/45

Contoh perhitungan filter pasif

Tegangan line-line : 33 kVFrekuensi Sudut :

LebarBand,Q = 30 50, dipilih Q = 30

Bus ABB Panel (cos = 83%)

S = 50786 kW +10244 kVAR

Untukpemasangankapasitor dipakai (cos 96%)

Jadi, untuk Q1 = 50786tan ( arc cos0.84 )

= 34128.39 kvar

UntukQ2 = 50786 tan ( arc cos0.96 )

= 14812.56kvar

Maka Qc yang dipilih untuk memperbaiki adalahsebesar

Qc = Q1 Q2

= 34128.3914812.56

=19316,8 kvar

= 19317kvar ( dibulatkan )

Cosmenjadi 96%

BUS ABB PanelSingle Tuned orde2

kVar yang digunakan (Q-c) sebesar 19317 kVar

Rating kapasitor (dalam Farad) komponen filter adalah,

Frekuensi Tuning = 97 Hz ( toleransi dari tuning 100Hz)

Maka komponen reaktor filter:

XLdiambil sebesar 14,97 dari hasil perhitunganlangsung dari filter sizing ETAP 7.00

Dan komponen resistansi filternya adalah,


31/45

Hasil simulasi (sebelum pemasangan filter)

Spektrum THD sebelumpemasangan filter

Spektrum tegangansebelum pemasangan filter


32/45

Hasil simulasi (setelah pemasangan filter)

Spektrum THD sebelumpemasangan filter

Spektrum tegangan sebelum

pemasangan filter


33/45

Hasil simulasi setelah pemasangan filter

BusTHDV(%)

Standard

(%)Condition PF (%)

Bus 14 1.86 5 OK 85

Bus Near

Furnace 2.77 5 OK 83

Bus ABB panel 2.85 5 OK 98.7

Bus 169 2.97 5 OK -63.8

Bus 88 1.16 5 OK -93.6

Line To Line (Feeder)THDi(%)

33kV Tranformator 65 ABB Panel 60

ABB panel Near furnace 70

THD Tegangan

THD Arus


34/45

Penutup5


Pendahuluan1

Teori Penunjang2

Sistem Kelistrikan3


35/45

Kesimpulan Fenomenainrush current padatrafoterjadi karenapada

bebanarc furnace bekerjasecaraperiodic, dalamarti bebantersebuttidaksekali switch, namundiperlukanswitchingdalamwaktutertentuuntuksebuahprosespeleburanbaja,hal tersebutmenimbulkanfenomenainrush current danarus

harmonisaorde2 yang tinggi. Arusinrush danarusharmonisayang tinggi mempengaruhi

setting relay, sehinggaperludilakukankoreksi.

Hasil yang diperolehsetelahpemasanganke3filterharmonisadengantuning padaordeke2 adalahTHD

teganganberkurangdari 16,95% menjadi 3,5 % danTHDarusyang masihcukuptinggi yaitusekitar 60 %.


36/45

Terima Kasih


37/45

2nd harmonics in transformerTypical harmonics generated by the transformer inrush current are shown inFig. 17-8. Overexcitationof transformers in steady-state

operation can produceharmonics. The generated fundamental frequency emf is given byV 4:44fTphBmAc 17:13where Tphisthe number of turns in aphase, Bmis the flux density (consisting offundamental and higher order harmonics), and Ac is the areaofcore. Thus, thefactorV=f is ameasure of the overexcitation, though these currents do not normallycause awave distortion of anysignificance. Exciting currents increase rapidly withvoltage, and transformer standards specify application of 110% voltage without

overheating the transformer. Under certain systemupset conditions, the transformersmay be subjected to even higher voltages andoverexcitation.


38/45


39/45

Polaritas dan akibat urutan harmonisa


40/45

Eksitasi awal dan eksitasi adanya harmonisa

Komponen DC


41/45

Yang dimaksud dengan inrush current

Pada saat transformator dihubungkan terhadap suatusumber tegangan (energize) akan mengalir arus yangcukup besar dengan periode waktu yang sangat singkatsampai tercapai kondisi steady state.

Perbedaan dg short circuit:Arus gangguan karenahubungan fasa dengan fasa ataupunnetral pada arus AC tanpa melalui tahanan sehinggamengakibatkan arus meningkat dan menjadi besar.


42/45

Masalahnya dalam tugas akhir ini adalah saat transformatorutama di energize pada saat pertama kali, arus kemudianmengalir menuju transformator beban arc furnace, kemudiankarena dalam saluran tersebut terdapat filter pasif orde ke 2dan setelah di run menggunakan study case harmonics

analysis pada software ETAP masih terjadi resonansi paralel.

Kemudian karena proses switching berkali-kali pada bebanmengakibatkan penguatan arus yang mengalir antara trafoutama menuju filter harmonisa ke 2, hal ini yang dapat

mempengaruhi setting pengaman pada filter harmonisa ke 2


43/45

Transformator

Dalam transformator ini pada saat beban bekerja maupuntidak bekerja, kondisinya dalam keadaan on

Karena beban yang tidak sepenuhnya on, dalam arti setiapsaat bisa on atau off, hal tersebut akann menimbulkan arus

harmonisa ke 2Akibat power faktor leading

Tegangan akan menjadi lebih besar( overvoltage)

Masih timbul resonansi paralel pada bus ABB Panel


44/45

Memasukkan parameter harmonisa ke dalamsoftware ETAP 7.00

Parameter harmonisapada beban arc furnace

Parameter harmonisa pada trafoutama 150/33/ 11 kV


45/45

Akibat power faktor leadingTegangan saluran menjadi overvoltage

its paper 21884 2209106042 presentation

Documents