Uninterruptible Power Supply (UPS) sizing calculation pada NDD-13 North Duri Developement - Chevron Pacific Indonesia

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 [email protected]

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

mailto:[email protected]

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


dalam menentukan baterai UPS.

• ELC-SU-4802-B : Battery Chargers Exception

To PIP ELSAP01, 2006


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


Power demand = 17023,2 VA

% of spare = 20%

Maka perhitungan Spare of Power demand dapat


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







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







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


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


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


–

= (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


VA = 20427,84 VA

Power factor = 1,0

Min. inv. Input voltage = 105,6 VAC

Maka perhitungan I max discharge dapat dihitung


(

)

=

( )

=

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


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


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

Documents

Uninterruptible Power Supply (UPS) sizing calculation pada NDD-13 North Duri Developement - Chevron Pacific Indonesia