its paper 21884 2209106042 presentation
TRANSCRIPT
-
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
2/45
Teori Penunjang2
Pendahuluan1
Sistem Kelistrikan3
Simulasi dan Analisis4
Penutup5
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
6/45
Teori Penunjang2
Pendahuluan1
Sistem Kelistrikan3
Simulasi dan Analisis4
Penutup5
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
8/45
Inrush current
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
10/45
Besaran Harmonisa
Ukuran distorsi harmonisa. Distorsi Harmonisa Total (Total Harmonics Distortion, THD)
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
11/45
Standard HarmonisaArus(IEEE Std. 519-1992) untuklevel tegangan69 kV dandibawahnya
Isc/ IL h
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
15/45
Sistem Kelistrikan3
Simulasi dan Analisis4
Penutup5
Pendahuluan1
Teori Penunjang2
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
16/45
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
17/45
Sigle Line yang Dianalisa
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
18/45
Simulasi dan Analisis4
Penutup5
Pendahuluan1
Teori Penunjang2
Sistem Kelistrikan3
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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%
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
21/45
Simulasi harmonisa
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
23/45
Koordinasi kondisi normal saluran dengan filter harmonisake 2
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
24/45
Koordinasi kondisi dengan gangguan arus harmonisasaluran dengan filter harmonisa ke 2
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
25/45
Contoh perhitungan
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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,
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
31/45
Hasil simulasi (sebelum pemasangan filter)
Spektrum THD sebelumpemasangan filter
Spektrum tegangansebelum pemasangan filter
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
32/45
Hasil simulasi (setelah pemasangan filter)
Spektrum THD sebelumpemasangan filter
Spektrum tegangan sebelum
pemasangan filter
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
34/45
Penutup5
Simulasi dan Analisis4
Pendahuluan1
Teori Penunjang2
Sistem Kelistrikan3
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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 %.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
36/45
Terima Kasih
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
38/45
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
39/45
Polaritas dan akibat urutan harmonisa
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
40/45
Eksitasi awal dan eksitasi adanya harmonisa
Komponen DC
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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.
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
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
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
44/45
Memasukkan parameter harmonisa ke dalamsoftware ETAP 7.00
Parameter harmonisapada beban arc furnace
Parameter harmonisa pada trafoutama 150/33/ 11 kV
-
8/13/2019 ITS Paper 21884 2209106042 Presentation
45/45
Akibat power faktor leadingTegangan saluran menjadi overvoltage