uninterruptible power supply (ups) sizing calculation pada ndd-13 north duri developement - chevron...
Post on 20-Dec-2015
18 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
Makalah Seminar Kerja Praktek
ELECTRICAL SIZING CALCULATION PADA UNINTERRUPTIBLE
POWER SUPPLY (UPS) DI NORTH DURI DEVELOPEMENT AREA-13
(NDD-13) PROJECT – CHEVRON PACIFIC INDONESIA PT. SINGGAR MULIA ENGINEERING CONSULTANT
JAKARTA
Muhamad Cesar Fajar
1, Ir. Juningtyastuti, MT
2
1Mahasiswa dan
2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 7460053, 7460055
Fax. (024) 746055 fajarcesar@yahoo.com
Abstrak
Salah satu peralatan pendukung yang ada pada sistem oil and gas di North Duri Developement Area 13 (NDD-13)
yang digunakan untuk melindungi berbagai perangkat vital dari ganggguan adalah Uninterruptible Power Supply (UPS).
Alat ini dapat berfungsi sebagai stabilizer terhadap terjadinya gangguan dan menjadi sumber daya cadangan (back up)
apabila terjadi gangguan pemutusan aliran daya dari penyedia suplai daya utama.
UPS sangat dibutuhkan dalam proyek yang mempunyai kapasitas daya beban yang cukup besar seperti NDD-13
Project. Tanpa adanya UPS maka akan sangat mungkin untuk terjadi kegagalan maupun kerusakan peralatan elektronik
yang ada di dalam proyek tersebut atau bahkan kehilangan data-data penting yang dibutuhkan.
Sizing calculation pada UPS dimaksudkan untuk menentukan suatu UPS yang baik, aman dan sesuai dengan
standarisasi yang ada. Mulai dari penentuan daya beban yang akan dipakai sampai ke penetuan dan perhitungan
komponen utama yang ada di dalam UPS tersebut. Standarisasi yang dipakai pada proyek North Duri Developement Area
13 (NDD-13) adalah ANSI (American National Standards Institute) standard. Yaitu standarisasi yang dibuat dan biasa
dipakai oleh Amerika di sistem Oil and Gas pada umumnya.
Kata Kunci : UPS, Sizing Calculation, ANSI standard
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dengan berkembangnya teknologi semakin banyak
peralatan elektronik yang membutuhkan suplai energi
secara terus-menerus contohnya seperti Komputer,
PLC, CCTV, Radio dan peralatan elektronik lainnya
yang sensitif terhadap gangguan suplai daya. Oleh
karena itu dibutuhkan suatu alat yang dapat
melindungi peralatan tersebut agar tidak mengalami
kerusakan. Hal ini juga dirasakan oleh pihak Chevron
Pacific Indonesia dalam pembangunan proyeknya
yaitu North Duri Developement Area 13 (NDD-13).
Pada proyek tersebut selain menggunakan suplai
energi utama dari Pembangkit energi listrik, digunakan
pula teknologi dari alat yang bernama Uninterruptible
Power Supply (UPS).
Uninterruptible Power Supply (UPS) adalah
perangkat yang menggunakan baterai backup sebagai
catu daya alternatif yang terpasang untuk memback up
suplai daya sementara apabila suplai daya utama
terjadi kerusakan/gangguan.
Pemilihan baterai pada UPS juga dapat
mempengaruhi kinerja dari UPS itu sendiri. Tanpa
kapasitas baterai yang baik, maka UPS tidak bisa
bekerja dengan semestinya. Baterai mampu menjadi
sumber tegangan cadangan untuk mengoperasikan
UPS disaat suplai listrik utama dari pembangkit
padam.
Standarisasi yang dipakai pada North Duri
Developement Area 13 (NDD-13) Project adalah
ANSI (American National Standards Institute)
standard. Yaitu standarisasi yang dibuat dan biasa
dipakai oleh Amerika di sistem Oil and Gas pada
umumnya.
UPS merupakan salah satu bagian penting di North
Duri Developement Area 13 (NDD-13) Project karena,
selain berfungsi untuk memberikan suplai energi
sementara UPS juga berfungsi untuk mengamankan
sistem operasi dari perangkat elektronik yang
terpasang di North Area 13. Oleh sebab itu, untuk
mencegah terjadinya kerusakan peralatan, kehilangan
data-data penting serta kegagalan operasi pada sistem
suplai energi yang di berikan oleh UPS harus
2
didukung oleh pemilihan UPS yang baik dan tepat
sesuai dengan standarisasi yang digunakan.
1.2. Tujuan
Tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui fungsi utama dari Uninterruptible
Power Supply (UPS).
2. Mengetahui prinsip kerja dari Uninterruptible
Power Supply (UPS).
3. Mengetahui Standarisasi UPS yang dipakai
pada NDD-13 Project.
4. Memahami cara sizing calculation pada UPS
yang ada di NDD-13 Project.
5. Menentukan kapasitas UPS yang baik dan
sesuai dengan kebutuhan beban yang ada pada
NDD-13 Project .
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan makalah ini, penulis hanya
menjelaskan tentang Sizing Calculation pada
Uninterruptible Power Supply yang akan digunakan
untuk North Duri Developement Area 13 (NDD-13)
Project – Chevron Pacific Indonesia.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Uninterruptible Power Supply (UPS)
UPS (Uninterruptible Power Supply) adalah
sebuah peralatan elektronik yang berfungsi
memberikan catu daya sementara ketika listrik
dari sumber pembangkit energi padam.
Gambar 2.1 Unintteruptible Power Supply (UPS)
UPS menggunakan baterai backup sebagai
catu daya alternatif, untuk dapat memberikan
suplai daya yang tidak terganggu untuk perangkat
elektronik yang terpasang. UPS merupakan sistem
penyedia daya listrik yang sangat penting dan
diperlukan untuk melindungi peralatan elektronik
dari kegagalan daya serta kerusakan system dan
hardware. UPS akan menjadi system yang sangat penting
dan sangat diperlukan pada banyak perusahaan
penyedia jasa telekomunikasi, jasa informasi, penyedia
jasa internet dan bahkan di perusahaan yang bergerak
dibidang oil dan gas sekalipun. Dapat dibayangkan
berapa besar kerugian yang timbul akibat kegagalan
daya listrik jika sistem tersebut tidak dilindungi
dengan UPS.
2.2 Fungsi Utama UPS
Fungsi utama dari UPS adalah sebagi berikut :
1. Memberikan energi listrik sementara ketika
terjadi kegagalan daya pada listrik utama.
2. Memberikan kesempatan waktu yang cukup
untuk segera menghidupkan genset sebagai
pengganti listrik utama.
3. Memberikan kesempatan waktu yang cukup
untuk segera melakukan back up data dan
mengamankan sistem operasi (OS) dengan
melakukan shutdown sesuai prosedur ketika
listrik utama padam.
4. Mengamankan sistem komputer dari
gangguan-gangguan listrik yang dapat
mengganggu sistem komputer baik berupa
kerusakan software, data maupun kerusakan
hardware.
5. UPS secara otomatis dapat melakukan
stabilisasi tegangan ketika terjadi perubahan
tegangan pada Input sehingga tegangan
output yang digunakan oleh sistem
komputer berupa tegangan yang stabil.
2.3 Komponen Utama UPS
2.3.1 Baterai
Gambar 2.2 Baterai UPS
Baterai adalah sumber listrik arus searah yang
dihasilkan oleh suatu proses kimia. Baterai terdiri dari
satu atau beberapa sel. Ada dua jenis baterai yang
biasa digunakan pada peralatan UPS, diantaranya :
3
2.3.1.1 Lead Acid
Baterai jenis ini memiliki suatu proses kimia
sederhana yang terdiri dari elektroda yang terbuat dari
timah dan timah dioksida pada suatu larutan asam
sulfur.
2.3.1.2 Nickel Cadmium
Plat negatif pada baterai jenis ini menggunakan
cadmium hidroksida dengan larutan elektrolit
potassium hidroksida dengan sedikit lithium
hidroksida untuk meningkatkan siklus performansi
baterai pada temperatur tinggi.
Pengisian muatan (cherging) pada sel baterai jenis
ini cukup efisien hingga mencapai 80 %. Setelah
mencapai 80 %, efisiensi pengisian muatan menurun.
2.3.2 Penyearah ( Rectifier )
Penyearah adalah rangkaian yang berfungsi untuk
mengubah tegangan bolak-balik menjadi tegangan
searah. Adapun komponen yang biasa digunakan
sebagai penyearah adalah dioda.
2.3.3 Inverter
Inverter digunakan untuk mengubah daya arus
searah menjadi daya arus bolak balik pada tegangan
dan frekuensi yang dapat dikendalikan. Tegangan
bolak balik yang dihasilkan berbentuk gelombang
persegi (non sinusoidal) dan frekuensi yang dihasilkan
ditentukan oleh frekuensi penyalaan pada komponen
elektronika daya utama inverter.
Inverter selain untuk UPS juga digunakan antara
lain untuk mengatur kecepatan motor induksi, catu
daya pada pesawat udara, catu daya transmisi tegangan
tinggi arus searah, dan lain-lain.
2.4 Prinsip Kerja UPS
2.4.1 UPS jenis Online
UPS jenis Online yaitu UPS yang bekerja secara
menyeluruh semua bagiannya disaat UPS dalam
kondisi normal ( ada Input listrik ). UPS jenis online
ini yang kebanyakan ada dan dipakai saat ini. Karena
baik saat normal maupun darurat ( emergency ) output
UPS lebih stabil dan halus.
Gambar 2.3 Rangkaian UPS online
UPS bekerja secara Bypass disaat UPS dalam
kondisi perawatan atau saat ada gangguan. Dalam
sistem kerjanya, UPS jenis ini memiliki tiga keadaan
atau sistem operasi yaitu:
2.4.1.2 Keadaan Input normal
Gambar 2.4 Rangkaian UPS online kondisi normal
Penyearah pada unit UPS, termasuk rangkaian
penguat arus searah, mengubah Input listrik bolak-
balik ke listrik searah. Rangkaian penguat ( Chopper )
menjaga tegangannya konstan, dengan pembatasan
arus, untuk mengisi baterai dan juga mensuplai
tegangan searah dengan besaran tertentu ke bagaian
inverter. Bagian inverter membangkitkan tegangan
keluaran sinusoida dengan kualitas baik. Bagian
baterai selalu terpelihara dengan keadaan pengisian
yang konstan ketika UPS dalam kondisi ini.
2.4.1.3 Keadaan Bypass
Jika unit UPS dalam keadaan beban lebih atau
terdapat gangguan internal, aliran arus secara otomatis
pindah dari unit rangkaian utama ke rangkaian Bypass.
Arah aliran dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangkaian UPS online kondisi Bypass
Perpindahan ini terjadi secara otomatis kurang dari
empat milidetik dalam fasa. Waktu perpindahan tidak
cukup lama karena akan mengakibatkan interupsi pada
banyak beban. Jika aliran arus pindah ke kondisi
Bypass karena terjadi beban lebih dan kondisi beban
lebih berakhir dalam beberapa saat, maka aliran arus
secara otomatis kembali ke keadaan operasi normal.
Jika aliran arus dalam kondisi Bypass akibat
terjadinya gangguan ( fault condition ), maka aliran
arus harus pindah secara manual dari kondisi Bypass
ke kondisi operasi normal, setelah gangguan tersebut
diatasi. Biasanya dengan cara mereset saklar
4
RUN/STOP. Dan ini juga berlaku untuk gangguan-
gangguan yang tidak fatal.
2.4.1.3 Keadaan Bypass
Ketika daya Input arus bolak-balik mengalami
gangguan atau mati, maka baterai-baterai UPS segera
mensuplai tegangan searah ke bagian inverter UPS.
Rangkain ini mengkonversinya menjadi tegangan
bolak-balik pada output UPS.
Gambar 2.6 Rangkaian UPS online kondisi Darurat
Proses ini akan terus berlangsung hingga tegangan
baterai jatuh ( drop ). Ketika ini terjadi, baterai akan
menghentikan suplai daya ke beban. Baterai-baterai
UPS mampu memberikan waktu sekitar tujuh menit
waktu backup (tanpa tambahan bank baterai). Waktu
ini tepat ketika unit UPS beroperasi saat beban penuh
(87% dari nominal kapasitas output). Ketika UPS
beroperasi dengan beban setengah penuh, baterai-
baterai dapat memberikan 30 menit waktu backup.
Besaran waktu ini tergantung model dan merek UPS,
kondisi baterai, tipe beban, temperatur dan variabel
lainnya.
2.4.1 UPS jenis Offline
Gambar 2.7 Rangkaian UPS Offline kondisi normal
UPS jenis Off Line, yaitu UPS yang bekerja
secara Bypass, dimana saat listrik Input dalam
keadaan normal, maka bagian inverter tidak bekerja.
Sedangkan saat listrik padam, maka inverter bekerja.
Pada UPS jenis offline, output nya akan
mengalami pemutusan sementara yaitu pada saat
transfer switch bekerja seperti yang ditunjukkan pada
gambar 2.8. Transfer switch akan bekerja pada saat
listrik utama padam. Proses ini terjadi dalam waktu
kurang dari 4 milidetik. Meskipun demikian untuk
peralatan yang sensitif terhadap gangguan listrik, hal
ini akan sangat mungkin dapat mengakibatkan
gangguan terhadap sistem peralatan yang digunakan.
Gambar 2.8 Rangkaian UPS Offline kondisi darurat
Pada UPS jenis ini beban ( output ) dari UPS akan
mendapatkan sumber listrik langsung pada saat
sumber listrik utama ada, baru pada saat listrik utama
padam beban mendapatkan sumber energi listrik dari
UPS. Sehingga pada saat sumber listrik utama ada,
tegangan output akan sangat bergantung pada Input
sumber listrik utama. Untuk mengatasi hal ini maka
dikembangkanlah metode line interactive untuk
mengurangi ganguan yang diakibatkan oleh buruknya
sumber listrik utama.
2.5 Standarisasi UPS NDD-13 Project
Salah satu hal yag terpenting dalam menentukan
dan mengetahui suatu UPS yang akan digunakan
adalah memahami Reference atau Refrensi terlebih
dahulu. referensi ini biasanya telah diberikan oleh
Client yaitu pihak Chevron Pacific Indonesia itu
sendiri yang telah dirangkum sedemikian rupa untuk
dijadikan acuan bagi kita untuk melakukan penentuan
dan perhitungan pada UPS yang akan digunakan.
2.5.1 Reference (refrensi)
Pada NDD-13 Project dalam perhitungan
penentuan ukuran UPS ini ada beberapa referensi yang
digunakan. Yaitu mengacu pada Spesification atau
spesifikasi yang diberikan oleh pihak Client yaitu
Chevron Pacific Indonesia dan International Codes
and Standards yang berisi standarisasi peralatan yang
juga akan kita jadikan acuan dalam menghitung.
2.5.2 Spesifications (spesifikasi)
Specification adalah data – data spesifikasi
peralatan maupun perhitungan permintaan yang di
berikan oleh Client berdasarkan referensi atau bahan
dasar yang mereka buat, yang nantinya akan kita
jadikan acuan dalam perhitungan. Berikut ini adalah
gambaran umum UPS Spesifications di NDD-13
Project yang diberikan dapat dilihat di lampiran yang
sudah ada beberapa contohnya seperti dibawah ini :
5
• ELC- SU- 2463-F : Uninterruptible Power
Supply Systems
Application : Onshore, Topsides
-Berisi tentang apa saja yang harus dipertimbangkan
dalam pemilihan UPS.
• ELC-SU-6026-B : Flooded-Cell Lead-Acid
Batteries For Electrical Sta-
tions Exception To PIP
ELSAP11, 2010
Application : Onshore, Topsides
-Berisi tentang apa saja yang harus dipertimbangkan
dalam menentukan baterai UPS.
• ELC-SU-4802-B : Battery Chargers Exception
To PIP ELSAP01, 2006
-Berisi tentang apa saja yang harus dipertimbangkan
dalam penentuan Rectifier/ Battery Charger yang
akan digunakan untuk UPS.
2.5.2 International Codes and Standards
International Codes and Standards adalah
standarisasi internasional peralatan yang dipakai oleh
para tenaga ahli untuk semua UPS yang digunakan
industri dan rekayasa yang mencangkup
telekomunikasi, jaringan komputer, kelistrikan,
antariksa dan elektronika.
Standarisasi yang dipakai pada proyek NDD-13 ini
adalah IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) yang mengacu pada ANSI (American
National Standard Institute). Untuk perhitungan
penentuan UPS khususnya ada di IEEE Std 1184 dan
IEEE Std 485 yang gambaran umumnya berisi seperti
dibawah ini :
• IEEE Std 1184 : IEEE Guide for Batteries for
Uninterruptible Power Supply
Systems
-Berisi tentang standarisasi baterai yang dipakai
untuk UPS.
• IEEE Std 485 : Project IEEE Recommended
Practice for Sizing Lead-
Acid Batteries for Stationary
Applications
-Berisi tentang standarisasi jenis cairan atau isi
dalam baterai yang ada di UPS.
III. PEMBAHASAN
3.1 Sizing Calculation pada Uninterruptible Power
Supply NDD-13 Project
Dalam menentukan Electrical Sizing Calculation
pada UPS yang akan digunakan, perlu di lihat dan
pelajari References (Referensi atau acuan yang di
pakai). Reference itu sendiri berisi tentang
Specifications dan International Codes and Standard.
Reference digunakan sebagai acuan untuk menentukan
kapasitas UPS pada NDD-13 Project agar didapatkan
hasil perhitungan yang sesuai dengan permintaan
Client.
Proses penentuan nya dapat kita lihat seperti di
bawah ini :
3.1.1 Sistem konfigurasi UPS pada North Station
UPS di NDD-13 menggunakan sistem konfigurasi
tunggal seperti berikut:
• 1 (satu) x 100% nilai Charger ( Rectifier )
• 1 (satu) x 100% nilai Battery Bank
• 1 (satu) x 100% nilai Inverter
• 1 (satu) x 100% nilai Manual Bypass Transformer
UPS disuplai dari tegangan 480 VAC/60 Hz, 3
fasa, 3 kawat dan memiliki
output 120 VAC/60Hz, 1 fasa untuk mensuplai beban
UPS.
3.1.2 Beban UPS pada North Station
Beban utama dari sistem UPS yang akan di pasang
di North Duri Developement Area 13 (NDD-13)
Project terdiri dari beban instrument dan
telekomunikasi.
Peralatan yang akan di berikan suplai oleh UPS
adalah sebagai berikut :
• SCADA System
• ESD-PLC System
• Field Instruments
• Fire & Gas System
• CCTV (Closed-circuit television) System
• Package Instruments
• Radio system
• Computer and Peripherals - Panel
Accessories
• Dan perangkat lainnya seperti switch, relays
and fans
Konsumsi daya untuk beban UPS diberikan
dalam tabel berikut :
Tabel 3.1 Konsumsi daya beban UPS
6
3.1.3 Perhitungan kebutuhan daya UPS
Jumlah dari kebutuhan daya pada UPS dapat
dihitung dengan rumus ( 3.1 ) di bawah ini :
( ) (3.1)
Dimana,
Power demand : Kebutuhan daya dalam satuan VA
Volt : Tegangan Output dari UPS
Total Amp : Total Arus beban dari UPS
Dengan diketahui data sebagai berikut,
Volt = 120 VAC
Total Amp = 141,86 A
Maka perhitungan Power demand dapat dihitung
dengan rumus ( 3.1 ) seperti dibawah ini :
Power demand (VA) = Volt x Total Amp
= 120 x 141,86
= 17023,2 VA
3.1.4 Permintaan cadangan daya pada UPS
Berdasarkan data yang di dapat dari UPS
Spesifications yang diminta, dapat diketahui bahwa
permintaan cadangan daya yang diinginkan oleh Client
adalah sebesar 20%. Hal ini dimaksudkan agar sistem
suplai dari UPS tidak kekurangan daya apabila ada
penambahan beban di masa depan.
Permintaan cadangan daya pada UPS dapat
dihitung dengan rumus ( 3.2 ) seperti dibawah ini :
Spare of Power demand = Power demand x % of spare (3.2)
Dimana,
Spare of Power demand :Permintaan cadangan daya
Power demand :Kebutuhan daya
% of spare :Persentase dari cadangan
yang dibutuhkan
Dengan diketahui data sebagai berikut,
Power demand = 17023,2 VA
% of spare = 20%
Maka perhitungan Spare of Power demand dapat
dihitung dengan rumus ( 3.2 ) seperti dibawah ini :
Spare of Power demand = Power demand x % of spare
= 17023,2 x 20%
= 3404,64 VA
Setelah menghitung permintaan cadangan
dayanya, kita dapat mengetahui jumlah beban
seluruhnya yang akan di suplai oleh UPS dengan
menjumlahkan kebutuhan daya dengan permintaan
cadangan dayanya seperti pada perhitungan pada
rumus ( 3.3) dibawah ini :
Beban UPS = Kebutuhan daya + permintaan cadangan daya
= 17023,2 + 3404,64
= 20427,84 VA
= 20,42784 kVA
Berdasarkan perhitungan diatas, didapatkan total
beban seluruhnya yang akan disuplai oleh UPS adalah
sebesar 20,42784 kVA. Akan tetapi menurut
manufaktur dari UPS yang dikeluarkan oleh pabrikan,
tidak ada kriteria UPS dengan nilai tersebut. Sehingga
kita dapat memilih UPS yang mempunyai kapasitas
lebih besar dari nilai tersebut yaitu sebesar 30 kVA
agar tetap dapat mensuplai daya ke beban.
3.2 Penentuan ukuran sistem komponen utama
UPS
3.2.1 Penentuan ukuran Inverter
Inverter akan mengubah tegangan DC ke AC.
Pemilihan nilai inverter didasarkan pada beban UPS
yaitu 30 KVA. Parameter Inverter yang akan dipakai
adalah sebagai berikut :
Input : 120 VDC (with -12%,
+15% tolerances)
Output : 120 VAC / 60 Hz, 1 Phase
Efisiensi Inverter : 87 %
Penentuan ukuran baterai harus dipertimbangkan
sedemikian rupa agar UPS juga dapat bekerja dengan
optimal. Penentuan baterai juga didasari oleh
persyaratan yang ada di UPS Spesifications yang telah
dijelaskan oleh Client. Berikut adalah persyaratan
desain yang telah ditentukan dalam UPS
Spesifications.
3.3 Penentuan ukuran baterai
Penentuan ukuran baterai harus dipertimbangkan
sedemikian rupa agar UPS juga dapat bekerja dengan
optimal. Penentuan baterai juga didasari oleh
persyaratan yang ada di UPS Spesifications yang telah
dijelaskan oleh Client. Berikut adalah persyaratan
desain yang telah ditentukan dalam UPS
Spesifications.
Persyaratan Desain :
• Battery cell type : Valve Regulated Lead Acid
(VRLA)
Baterai yang dipakai adalah jenis Lead Acid
• End of Discharge Voltage cell (EOD) : 1,75
Keadaan dimana suatu sel baterai yang normal
nya mempunyai tegangan 2 volt, apabila telah
dipakai secara terus menerus dalam waktu
7
yang lama, akan mengalami penurunan
tegangan.
• 10 % for Design margin
Penambahan sistem sebesar 10% dari yang
awalnya 100% agar memiliki tingkat
keamanan
• Cell Correction Factors :
- Aging Factor : 1,25
Faktor penuaan daripada baterai (dapat
dilihat di IEEE std 485)
- Temperature Factor : 1,40
Faktor penempatan baterai di suatu
ruangan denga suhu tertentu (Dapat dilihat
di IEEE std 485)
• Nominal DC voltage system : 120 VDC
Tegangan nominal Baterai dalam satuan DC
• Voltage Window assumptions :
- Min.inverter Input : - 12% of 120V atau
105,6 VDC
Asumsi minimal Input yang masuk ke
inverter
- Max.inverter Input : +15% of 120 atau
138 VDC
Asumsi maksimal tegangan Input yang
masuk ke inverter
• Max. Drop voltage in cable from battery to
UPS : 2%
Voltage drop maksimal yang ada pada kabel
senilai 2%
• Inverter Efficiency : 87%
Efisiensi yang terdapat pada inverter senilai
87%
• Back-up Time : 60 menit
Cadangan waktu yang diinginkan senilai 60
menit
• Recharge Time : 8 jam terisi penuh 95%
Waktu untuk mengisi baterai apabila baterai
dalam keadaan kosong, dan hanya dapat terisi
penuh 95%
3.3.1 Perhitungan jumlai sel baterai
Penentuan ukuran baterai harus dipertimbangkan
sedemikian rupa agar UPS juga dapat bekerja dengan
optimal. Penentuan baterai juga didasari oleh
persyaratan yang ada di UPS Spesifications yang telah
dijelaskan oleh Client. Berikut adalah persyaratan
desain yang telah ditentukan dalam UPS
Spesifications.
Untuk menghitung jumlah sel dapat di lihat dari
rumus ( 3.4 ) dan berikut :
( )
Keterangan :
No. Of cells : Jumlah sel baterai
Baterry min. Voltage : Tegangan minimal baterai
Min. Inverter Input : Input minimal inverter
Drop voltage in cable : Voltage drop kabel
Min. Cell voltage : Tegangan minimal Sel
baterai
Dengan diketahui data sebagai berikut,
Min. inverter Input = 105,6 VDC
Drop voltage in cable = 2% x Min. Inverter Input
Min. cell voltage = 1,75 (End of Discharge)
Maka perhitungan No. of cells dapat dihitung dengan
rumus ( 3.4 ) seperti dibawah ini.
= (105,6 + (2% x 105,6) / 1,75
= (105,6 +2,11) / 1,75
= 107,71 / 1,75
= 61,54 sel
= 62 sel (pembulatan)
Dengan memilih 62 jumlah sel, maka tegangan
inverter minimum Input perlu diperiksa apakah
memenuhi dengan persyaratan desain yang nilainya
105,6 Volt menggunakan rumus ( 3.6 ) dibawah ini:
–
( )
Keterangan :
Min.inv. Input voltage :Tegangan Input minimal
inverter
Battery min. voltage : Tegangan minimal baterai
Drop voltage in cable : Voltage drop pada kabel
No. Of Cells : Jumlah sel baterai
Min. Cell Voltage : Tegangan minimal sel
baterai
Dengan diketahui data sebagai berikut,
No. Off cells = 62 sel
Min. cell voltage = 1,75 ( End of Discharge )
Drop Voltage in cable = 2% x Min. Inverter
Input
8
Maka perhitungan Min. inv. Input voltage dapat
dihitung dengan rumus ( 3.6 ) seperti dibawah ini :
–
= (62 x 1,75) – (2% x 108,5)
= 108,5 – (2% x108,5)
= 106,33 VDC
3.3.2 Perhitungan kapasitas baterai Perhitungan kapasitas baterai dilakukan untuk
mengetahui kapasitas baterai yang akan digunakan dan
dapat di gunakan dalam waktu yang telah ditentukan.
Untuk menghitung kapasitas baterai, kita harus
mengetahui terlebih dahulu Arus maksimal yang akan
di keluarkan oleh baterai tersebut. Perhitungannya
dapat di lihat dari rumus ( 3.8 ) di bawah ini :
(
)
Keterangan :
I max. Discharge, Amp : Arus maksimal yang
dikeluarkan
UPS loads in watt : Beban yang disuplai UPS
dalam satuan Watt
Inv. Efficiency : Efisiensi inverter
Power Demand (VA) : Beban UPS dalam satuan
VA
Power factor : Faktor daya
Min. Inv. Input Voltage : Tegangan masukan
minimal dari inverter
Dengan diketahui data sebagai berikut,
VA = 20427,84 VA
Power factor = 1,0
Min. inv. Input voltage = 105,6 VAC
Maka perhitungan I max discharge dapat dihitung
dengan rumus ( 3.8 ) seperti dibawah ini :
(
)
=
( )
=
Sesuai dengan ELC-SU-6026-B ( merujuk pada
bab 2 poin 2.5.2 Spesifications ) dan ketentuan untuk
menghitung kapasitas baterai, margin desain dan
koreksi sel faktor (faktor penuaan, faktor temperatur)
harus dimasukkan dalam perhitungan. Maka
perhitungannya bisa di lihat dengan rumus ( 3.10 )
dibawah ini :
Battery Capacity (AH) = I max.disch x (design margin) x (cell correct.factors) x backup time
Keterangan :
I max. Discharge : Arus maksimal yang
dikeluarkan
Design margin : Margin desain
Cell correct. factors : Koreksi sel faktor
Backup time : Cadangan waktu
Dengan diketahui data sebagai berikut,
I Max. Discharge = 222,35 A
Design margin = 100% + 10%
Cell correct factors = 1,25 x 1,4
Back up time = 1 jam
Maka perhitungan Kapasitas Baterai dapat dihitung
dengan rumus ( 3.10 ) seperti dibawah ini :
Battery Capacity (AH) = I max.disch x (design margin) x (cell correct.factors) x backup time
= ( ) ( )
=
Mengacu pada salah satu dari manufaktur data
baterai seperti yang diproduksi dari pabrikan, dengan
total kapasitas sebesar 428,02 AH bisa di dengan
memanfaatkan model baterai tipe 2 @ MSE-500.
Katalog nya seperti tabel 4.2 berikut :
9
Tabel 4.2 Katalog baterai UPS
3.4 Penentuan ukuran Charger/ Rectifier
Untuk menentukan ukuran dari Charger/
Rectifier, dapat dilihat pada lampiran dokumen ELC-
SU-4802-B (merujuk pada bab 3 poin 3.4.1
Spesifications), yang berisi cara untuk mengisi baterai
lead acid diberikan rumus ( 3.11 ) seperti yang ada
dibawah ini :
[
] [
] [
]
A : Kapasitas ampere dari charger, tetapi tidak
kurang dari 20% dari tingkat debit baterai
AHR : Ampere-jam yang di habiskan dari baterai
1.10 : Faktor konversi charger untuk sel baterai
lead acid
T : jumlah maksimum jam yang ditentukan untuk
pengisian
L : beban terus menerus pada pengisi daya dan
baterai selama pengisian
K1 : Faktor suhu derating (lihat tabel 4.3)
K2 : Faktor ketinggian derating (lihat tabel 4.3) Tabel 4.3 Faktor suhu derating
Dengan menggunakan rumus ( 3.11 ), ukuran charger
minimum akan dihitung seperti berikut :
[
] [
] [
]
[ ⁄ ] [
] [
]
281,20 A
Dari hasil perhitungan diatas, didapatkan hasil
sebesar 281,20 A. Maka ukuran charger yang akan
dipilih adalah yang mempunyai kapasitas minimum
sebesar 281,20 A.
3.5 Penentuan ukuran Trafo Bypass
Trafo Bypass dapat di tentukan dengan
memperhitungkan total beban yang akan di suplai oleh
UPS. Perhitungannya dapat menggunakan rumus
( 3.3 ) dengan menjumlahkan kebuthan daya dengan
permintaan cadangan daya seperti dibawah ini :
Beban UPS = Kebutuhan daya + permintaan cadangan daya
= 17023,2 + 3404,64
= 20427,84 VA
= 20,42784 kVA
Trafo Bypass yang dipilih harus sama atau lebih
besar dari jumlah beban yang akan di suplai. Akan
tetapi menurut manufaktur dari Trafo Bypass yang
dikeluarkan oleh pabrikan, tidak ada kriteria Trafo
Bypass dengan nilai tersebut. Sehingga kita dapat
memilih Trafo Bypass yang mempunyai kapasitas
lebih besar dari nilai tersebut yaitu sebesar 30 kVA.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Jumlah total beban yang akan di suplai oleh
UPS didapatkan dengan menjumahkan
kebutuhan daya dengan permintaan kebutuhan
cadangan daya yaitu sebesar 20,4278 kVA.
2. Jumlah sel baterai pada UPS dihitung dengan
membagi tegangan minimal baterai dengan
Input minimal inverter dan didapatkan hasilnya
sejumlah 62 sel baterai.
3. Perhitungan ukuran charger/ rectifier
didapatkan hasil sebesar 281,20 A.
4. Jenis UPS yang dipilih pada NDD-13 Project
adalah UPS jenis online.
5. Trafo Bypass yang dipilih adalah trafo dengan
kapasitas 30kVA, 3 fasa 480VAC/120VAC dan
mempunyai frekuensi 60 Hz ANSI standard
sesuai dengan sistem konfigurasi yang ada pada
North Station dan juga sesuai dengan
kebutuhan total beban yang akan disuplai oleh
UPS.
4.2 Saran
1. Untuk Mengoptimalkan sistem kerja dari UPS
sebaiknya memilih kapasitas UPS yang sesuai
dengan jumlah kebutuhan beban total yang
akan di supali oleh UPS.
2. Untuk peralatan yang agak sensitif terhadap
pengaruh kestabilan suplai daya, sebaiknya
menggunakan UPS jenis online dibanding
Offline.
10
DAFTAR PUSTAKA
[1] Gedung Bidakara 2 Lt. 18 Kav 71-73 Jakarta
Selatan
[2] ELC-SU-2463-F, Uniterruptible Power Supply
Systems Application : Onshore, Topsides
[3] ELC-SU-6026-B, Flooded-Cell Lead Acid
Batteries For Electrical Stations Exepton To PIP
ELSAP11,2010
[4] ELC-SU-4802-B, Battery Chargers Exception To
PIP ELSAP01, 2006 Application : Onshore
Project
[5] DS-0513NO-EE-020, Electrical Load List Area-
13 North Station
[6] CA- 3513NO-II-006, Power Consumption – On
Plot North Station
[7] CP- 0513NO-EE-032, Single Line Diagram 120
VAC UPS Area-13 North Station North Duri
Developement
[8] IEEE Std 1184, IEEE Guide for Batteries for
Uninterruptable Power Supply Systems
[9] IEEE Std 485, Project IEEE Recommended
Practice for Sizing Lead-aAcid Batteries for
Stationary Applications
[10] http://blacklistcorp.blogspot.com/2012/09/pen
gertian-dan-fungsi-ups.html
[11] http://ordinary-king.blogspot.com/2012/07/
prinsip-kerja-ups.html
[12] http://syah69.blogspot.com/2009/09/ups-saat-
gangguan-listrik.html
[13] http://en.wikipedia.org/wiki/Uninterruptible_
power_supply
[15] Dugan, R.C., McGranaghan M.F, Santoso S,
Beaty H.W., Electrical Power System Quality
(USA : McGrawHill, 2002)
[16] Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics
Converter Applications and Design (USA : Wiley
& Sons, 2003)
[17] Sueker, H.Keith., Power Electronics Design : A
Practitioner’s Guide (USA : SciTech Publishing
Inc, 2005)
[18] Whitaker,C.Jerry., AC Power Systems
Handbook Third Edition (California : Morgan
Hill, 2007)
BIODATA PENULIS
Muhamad Cesar Fajar
lahir di Jakarta, 14
Agustus 1993. Telah
menempuh studi mulai
dari Taman Kanak-kanak
Aisiyah Bustanul Atfal,
Sekolah Dasar
Muhammadiyah 47
Bekasi, SMP Bani saleh 1
Bekasi, SMA Isalm PB
Soedirman 1 Bekasi dan
sekarang sedang
melanjutkan studi S-1 di Jurusan Teknik Elektro
Universitas Diponegoro, Semarang
Semarang, April 2014
Dosen Pembimbing
Ir. Juningtyastuti, MT
NIP 195209261983032001
top related