ANALISA STABILITAS TRANSIEN PADA SISTEM KELISTRIKAN PT.CHANDRA ASRI,CILEGON AKIBAT INTEGRASI PLN

ANALISA STABILITAS TRANSIEN PADA SISTEM KELISTRIKAN PT.CHANDRA ASRI,CILEGON AKIBAT INTEGRASI PLN Aryawa Prasada Suroso, Margo Pujiantara, Ardyono Priyadi Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya - 60111 Abstrak-PT. Chandra Asri merupakan perusahaan penghasil bahan – bahan kimia yang terletak di Cilegon, Jawa Barat. Untuk melakukan kegiatan operasional PT. Chandra Asri mendapat tambahan daya dari PLN yang diintegrasikan dengan sistem yang sebelumnya. Perubahan sistem integrasi kelistrikan di lingkungan PT. Chandra Asri, memerlukan pemodelan sistem yang dapat digunakan untuk menganalisa kinerja secara keseluruhan akibat perubahan konfigurasi tersebut. Pada operasi sistem tenaga listrik, kestabilan sistem adalah hal yang sangat penting untuk melayani beban secara kontinyu tegangan dan frekuensi yang konstan. Perubahan kondisi sistem yang seketika, biasanya terjadi akibat adanya gangguan hubung singkat pada sistem tenaga listrik, dan pelepasan atau penambahan beban yang benar secara tibatiba. Akibat adanya perubahan kondisi kerja dari sistem ini, maka keadaan sistem akan berubah dari keadaan lama ke keadaan baru. Periode singkat di antara kedua keadaan tersebut disebut periode peralihan atau transient. Oleh karena itu diperlukan suatu analisis ulang sistem tenaga listrik pada PT. Chandra Asri untuk menentukan apakah sistem tersebut stabil atau tidak, jika terjadi gangguan. Stabilitas transien didasarkan pada kondisi kestabilan ayunan pertama (first swing) dengan periode waktu penyelidikan pada detik pertama terjadi gangguan. Maka akan didapatkan setting pada relay pengaman dan load shedding yang sesuai supaya kontinuitas dan keandalan sistem tetap terjaga Kata Kunci : Stabilitas transien, Load Shedding,first swing

daya dari PLN juga dipergunakan untuk kelangsungan sistem operasi perusahaan tersebut. Dengan integrasi PLN ke dalam sistem operasi PT. Chandra Asri maka untuk standar keamanan harus dikaji ulang untuk kestabilan transiennya. Kestabilan transien itu sendiri merupakan dapat untuk kembali dalam keadaan yang sinkron ketika mengalami gangguan yang besar. Beberapa jenis gangguan yang sering terjadi pada saat operasi misalnya, pembangkit mengalami gangguan yang dapat mengakibatkan generator menjadi trip secara tiba-tiba, hubung singkat pada sisi beban yang menyebabkan beban harus dilepaskan dari sistem, begitu pula motor besar starting. II. TEORI PENUNJANG 2.1 Definisi Kestabilan Kestabilan itu sendiri dapat didefinisikan sebagai suatu sifat sistem tenaga listrik dimana dapat kembali pada keadaan kesetimbangan operasi dalam kondisi operasi normal dan dapat mencapai kembali suatu keadaan yang dapat diterima dari kesetimbangan setelah mendapatkan suatu gangguan.

2.2 Kestabilan Tenaga Listrik 2.2.1 Kestabilan sudut rotor

Stabilitas sudut rotor mengacu pada kemampuan mesin sinkron dari sebuah sistem tenaga yang saling I. PENDAHULUAN eiring berkembangnya jaman maka kebutuhan akan berhubungan/ interkoneksi untuk kembali sinkron setelah tenaga listrik semakin meningkat. Hal ini diimbangi mengalami gangguan. Untuk kestabilan sudut rotor itu dengan semakin bertambahnya komplestisitas sistem sendiri dibagi dalam dua subkategori, yaitu :  Stabilitas sudut rotor gangguan kecil atau sinyal operasi tenaga listrik pada pabrik-pabrik industri. Dalam kecil sistem tenaga listrik dibutuhkan keseimbangan antara daya Untuk stabilitas ini berkaitan dengan kemampuan mekanik dengan daya elektrik. Daya mekanik berupa sistem tenaga untuk mempertahankan sinkronisme di penggerak awal pada generator, sedangkan besarnya daya dalam gangguan kecil. Stabilitas ini tergantung pada elektrik dipengaruhi oleh besarnya beban-beban listrik.Besar operasi awal keadaan dari sistem. Ketidakstabilan yang dari daya elektrik ini terus berubah-ubah sesuai dengan dihasilkan bisa menjadi dua bentuk: peningkatan sudut kebutuhan.Setiap perubahan beban listrik harus diikuti rotor melalui modus nonoscillatory atau aperiodik dengan perubahan daya mekanik berupa perubahan daya karena kurangnya sinkronisasi torsi atau peningkatan pada penggerak daya pada penggerak awal generator.Jika amplitudo osilasi rotor karena kurangnya redaman torsi daya mekanik pada poros penggerak awal tidak dengan yang cukup. segera menyesuaikan dengan besarnya beban listrik maka  Stabilitas sudut rotor gangguan besar atau frekuensi dan tegangan akan bergeser dari posisi normal. stabilitas transien Apabila tidak segera menyesuaikan maka akan membuat Stabilitas ini mengacu pada kemampuan sistem tenaga sistem menjadi tidak stabil. untuk mempertahankan sinkronisme saat mengalami Pada PT. Chandra Asri akan melakukan integrasi gangguan parah, seperti shortcircuit pada saluran supply daya dari pembangkit lama dengan PLN. Dimana transmisi. Respon sistem yang dihasilkan melibatkan sebelumnya daya dari PLN hanya digunakan untuk besarnya penyimpangan sudut rotor generator dan melayani gedung admin. Pertimbangan selanjutnya aliran dipengaruhi oleh ketidaklinieran hubungan sudut-daya. Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 1 dari 8

S

Hal ini tentu berkaitan dengan bagaimana kemampuan dari mesin sinkron tersebut untuk menjaga ataupun mengembalikan kesetimbangan antara torsi elektromagnetik dan torsi mekanik. 2.2.2 Stabilitas tegangan Stabilitas tegangan mengacu pada kemampuan sistem tenaga untuk mempertahankan tegangan-tegangan yang stabil pada semua bus dalam sistem setelah mengalami untuk gangguan dari kondisi operasi yang diberikan awal. Stabilitas tegangan juga dibagi dalam dua subkategori, yaitu:  Stabilitas tegangan gangguan besar Stabilitas ini mengacu pada kemampuan sistem untuk mempertahankan tegangan agar tetap stabil ketika ada gangguan yang besar seperti kesalahan sistem, kehilangan pembangkit, atau segala kemungkinan darurat yang terjadi pada saluran.  Stabilitas tegangan gangguan kecil Stabilitas ini mengacu pada kemampuan sistem untuk mempertahankan tegangan stabil ketika mengalami gangguan kecil seperti perubahan penambahan dalam beban sistem. 2.2.3 Stabilitas Frekuensi Stabilitas frekuensi mengacu pada kemampuan sistem tenaga untuk mempertahankan frekuensi stabil ketika sistem terjadi ketidakseimbangan yang signifikan antara pembangkit dan beban. Stabilitas frekuensi dapat bersifat jangka pendek dan jangka panjang. Untuk jangka pendek dapat berupa pembentukan dari sebuah sistem wilayah dengan kondisi undergenerasi yang mempunyai pemutusan beban atau load shedding yang kurang sehingga mengakibatkan frekuensi runtuh dengan cepat dan terjadi blackout pada wilayah itu dalam beberapa detik. Untuk jangka panjang merupakan situasi yang lebih kompleks dimana ketidakstabilan dapat disebabkan oleh kontrol-kontrol overspeed turbin uap atau boiler / perlindungan dan kontrol-kontrol reaktor dengan jangka waktu dari puluhan detik hingga beberapa menit[3]. 2.3 Dinamika Rotor Dan Persamaan Ayunan Dengan mengkombinasikan inersia dari generator dan penggerak utama (prime mover) dimana ini akan diakselerasi dengan adanya ketidakseimbangan pada torsi mekanik dan torsi elektrik,maka persamaan menjadi: (2.1) = = − N-m Persamaan di atas merupakan persamaan dari gerak mesin sinkron. Dan hal ini sering disebut dengan persamaan ayunan (swing equation) karena mewakili ayunan di sudut rotor selama gangguan. Persamaan di atas juga dengan menyertakan komponen redaman (damping) dapat diubah menjadi :

2.4 Gangguan Terhadap Stabilitas 2.4.1 Gangguan Hubung Singkat Gangguan hubung singkat dapat menyebabkan tegangan di daerah gangguan menjadi bernilai nol,hal ini dapat menyebabkan Pm lebih besar dari nilai Pe yang mengakibatkan percepatan rotor generator 2.4.2 Starting Motor Arus yang besar pada saat starting motor dengan power factor yang rendah menyebabkan terjadinya drop tegangan pada sistem tenaga listrik. Besarnya arus tersebut juga menyebabkan rugi-rugi daya aktif pada saluran bertambah besar sehingga dapat menurunkan frekuensi dari generator. Start motor induksi yang besar menyebabkan penurunan atau drop tegangan yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Drop tegangan ini terjadi karena besarnya arus pada saat start motor yang melewati impedansi seperti trafo, saluran transmisi dan lain lain 2.4.3 Penambahan Beban Secara Tiba tiba Penambahan beban pada suatu sistem tenaga listrik dapat mengakibatkan timbulnya gangguan peralihan Jika beban dinaikkan sampai terjadi osilasi, sehingga menyebabkan sistem mengalami ayunan yang melebihi titik kritis yang tidak dapat kembali seperti semula III. SISTEM KELISTRIKAN DI PT. CHANDRA ASRI, CILEGON, JAWA BARAT 3.1 Single Line Diagram Sistem Kelistrikan PT. Chandra Asri

STG GTG

Gambar 2. Single Line Diagram Sistem Kelistrikan PT. CHANDRA ASRI

PT. Chandra Asri merupakan salah satu perusahaan penghasil kimia terbesar di Indonesia. PT. Chandra Asri atau memproduksi ethylene sebesar 600,000 ton per tahun, propylene sebesar 320,000 ton per tahun, Polyethylene sebesar 320,000 ton per tahun, Polypropylene sebesar = − − (2.4) 480,000 ton per tahun, crude C4 sebesar 220,000 ton per Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 2 dari 8

=

−

−

(2.3)

tahun dan styrenemonomer sebesar 340,000 ton per tahun. Untuk memenuhi kelangsungan produksinya PT. Chandra Asri mendapat pasokan daya dari PLN, dua buah pembangkit berkapasitas 20 MW untuk steam turbine generator (STG) dan 33 MW untuk gas turbine generator (GTG) dan 2 buah genset untuk kondisi darurat. Tegangan yang digunakan pada sistem ini 11 kV, 20 kV, 6 kV dan 0,4 kV. Jaringan distribusi di PT. Chandra Asri merupakan sistem distribusi radial yang secara sederhana dapat dilihat seperti pada gambar di atas. 3.2 Persamaan Swing Equation Multimesin Untuk pesamaan ayunan dengan kondisi multi mesin pada PT. Chandra Asri memiliki 2 pembangkit bila n= jumlah mesin maka: i= 1,2,.....n dan persamaan ayunan multimesinnya adalah: (3.1)

(3.9) (3.10) Tc : time konstan untuk Governor reset Tsr : time konstan kecepatan relay Tt : time konstan relay turbin Exciter tipe 1:

Gambar 5. IEEE Type 1 - Continuously Acting Regulator and Exciter (1) [2]

(3.2) 3.3 Pemodelan Kontrol Generator Governor tipe ST:

(3.11) (3.12)

(3.13)

KA KE KF TA TE TF TR

Gambar 3. Representasi sistem governor ST [2]

(3.3) (3.4)

: penguat regulator : konstanta exciter untuk medan penguatan sendiri : penguat rangkaian stabilizing regulator : time konstan amplifier regulator : time konstan exciter : time konstan rangkaian stabilizing regulator : time konstan filter input regulator IV. SIMULASI DAN ANALISA

4.1 Total pembangkitan dan beban PT. Chandra Asri, Cilegon

(3.5) (3.6) (3.7) Tc : time konstan Governor reset Tch : time konstan steam chest Trh : time konstan reheater Tsr : time konstan kecepatan relay Governor tipe GT:

Tabel 1 Total Pembangkitan dan beban PT Chandra Asri, Cilegon MW Mvar MVA % PF Swing Bus(es): Generators: Total Demand: Total Motor Load:

15.9 22 37.9 26.6

8.854 12 20.85 10.93

18.21 25.06 43.27 25.758

87.41 Lagging 87.79 Lagging 87.63 Lagging 92.49 Lagging

Total Static Load:

11.04

6.846

12.995

85 Lagging

4.2 Kasus dan Konfigurasi Dalam Analisis Stabilitas Transien terdapat beberapa parameter yang diamati dalam analisis Stabilitas Transien ini adalah : 1. Frekuensi sistem sebelum, saat dan setelah terjadi Gambar 4. Representasi sistem governor GT [2] gangguan. 2. Tegangan di bus – bus generator dan bus utama (3.8) sebelum, saat dan setelah terjadi gangguan. Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 3 dari 8

3. Sudut rotor pada generator – generator voltage control sebelum, saat dan setelah terjadi gangguan. Jika respon frekuensi dan tegangan tidak stabil maka akan dilakukan pelepasan beban sesuai dengan skema pelepasan beban yang telah direncanakan. Tabel 2 Kasus Keterangan Kasus

1 TS1 2 TS2 TS3a

Aksi

GTG off, sistem terintegrasi STG off, sistem terintegrasi

Gen. GTG delete Gen. STG delete

PLN trip, sistem terintegrasi

PLN Utility delete

Waktu (detik) 5 5 5

MW

10

8 MW 14 MW

0 time (s) 10

Load Shedding 1

5.9

TS3c

Load Shedding 2

CB E-AF1 open

6.1

4 TS4

Motor Starting (KM-4003)

CB PE-AF-1 close

5 TS5a

Short Circuit (Bus 22-2)

TS5b

Short Circuit (Bus 22-2)

Bus 22-2 Fault CB PE-AF-2 open Bus 22-2 Fault CB PE-AF-2 open

5

20

3.8 MW

5 5.3 5 5.2

MW

%

Daya elektrik STG 0 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 10. Respon daya elektrik (STG) GTG off dengan integrasi generator 1 (droop=5)

30

100

10

MW

20

%

40

10

105 95 Tegangan Bus A-SWM-2010

Gambar 7. Respon tegangan GTG off

30

Gambar di atas menunjukkan bahwa baik respon tegangan dan frekuensi pada bus utama masih dalam batas aman. Meski bus utama tegangan stabil turun menjadi 98.3% dari kondisi awal namun masih dalam batas aman menurut standar dimana maksimal penurunan -10 %. Sudut daya atau sudut rotor tetap stabil meskipun posisi kesetimbangan barunya turun 11.73 derajat. Hal ini dikarenakan dari kondisi awal ini disebabkan oleh perilaku sudut daya relatif yang mengacu pada pembangkit swing (PLN) yang bertambah pembebananya sedang pada STG tetap. Namun untuk PLN tersebut tidak dapat diketahui inisial sudutnya karena bukan merupakan suatu pembangkit yang mempunyai gerak dinamik. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada kasus di bawah ini. 4.3.2 Studi Kasus GTG_OFF:Generator GTG delete (t= 5 detik) dengan grid PLN diganti generator 1 (30 MW) Pada kasus ini grid PLN diganti dengan generator 1 yang mempunyai kapasitas total daya 30 MW dengan mode operasi droop=5. Berikut adalah hasil integrasi generator 1 dengan STG dan GTG. 20

Gambar 6. Respon frekuensi GTG off

20

20

Gambar 9. Respon sudut daya (STG) GTG off

0 2 4 (s) 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 time

0 time (s) 10

Sudut daya STG

0

Frekuensi Bus A-SWM-2010

90

40

40

15.9 MW

4.3 Simulasi Sabilitas Transien 4.3.1 Studi Kasus GTG_OFF:Generator GTG delete (t= 5 detik) Pada kondisi normal dimana PLN, generator GTG, dan generator STG terintegrasi, masing-masing mensuplai beban sebesar 15.9MW (PLN), 14 MW (STG), dan 8 MW (GTG). PLN merupakan bus infinite dengan mode oprasi sebagai swing, sedang generator GTG dan STG sebagai voltage control. Pada studi kasus ini dijalankan dengan skenario generator GTG trip saat detik ke 5 dan generator STG dan grid PLN dalam kondisi ON. Hasilnya dapat dilihat seperti gambar di bawah ini. 100.1 100 99.9 99.8

30

60

0 time (s) 10 CB PE-AF1 open

20

Gambar 8. Respon daya elektrik (STG) GTG off

PLN trip, sistem terintegrasi 3 TS3b

Daya elektrik STG

0

Daya

degree

Kasus

20

30

40

Daya elektrik generator 1

0 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 11. Respon daya elektrik (generator 1) GTG off dengan droop STG=5

Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Halaman 4 dari 8

generator STG dalam kondisi ON. Hasilnya dapat dilihat seperti gambar di bawah ini. 101

40

Sudut daya STG %

0 0

time (s)10

20

30

40

Gambar 12. Respon sudut daya (STG) GTG off dengan droop STG=5

Setelah pembangkit GTG lepas pada saat itu generator 1 mengeluarkan daya elektrik sebesar 20.67 MW,sedang daya elektrik STG naik menjadi 17.2 MW. Dari pembebanan awal dapat dilihat sudut daya awal STG lebih besar dari PLN. Dengan bertambahnya daya elektrik STG dari kondisi awal sebesar 3.2 MW maka menyebabkan bertambahnya sudut daya sebesar 1.46 derajat dari 39.3 derajat. Sudut daya tersebut menemukan sudut kesetimbangan baru yang stabil setelah 11.901 detik dari lepasnya GTG (detik ke 5).

105 100 95 90 85

40

50

Tegangan bus A-SWM-2010 0 time (s) 10

20

30

40

50

Gambar 17. Respon tegangan PLN off

30 20 MW

Daya elektrik GTG Daya elektrik STG

10 0 10

15

20

25

30

%

60 Frekuensi bus A-SWM-2010 30

40

degree

20

40 20

Gambar 13. Respon frekuensi STG off

%

30

Gambar 18. Respon daya elektrik (STG>G) PLN off

0 time (s)10 102 100 98 96 94

Sudut daya STG

0 0 time (s)10

20

30

40

50

Gambar 19. Respon sudut daya (STG)PLN off

Tegangan bus A-SWM-2010 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 14. Respon tegangan STG off

10 0 degree

20

Gambar 16. Respon frekuensi PLN off

0 time5(s)

100.2 100.1 100 99.9 99.8

-20

Frekuensi bus A-SWM-2010

0 time (s) 10

4.3.3 Studi Kasus STG_OFF:Generator STG delete (t= 5 detik) Pada studi kasus ini dijalankan dengan skenario generator STG trip saat detik ke 5 dan generator GTG dan grid PLN dalam kondisi ON. Hasilnya dapat dilihat seperti gambar di bawah ini.

-10

100 99 98

%

degree

20

0

10 time (s)

20

30

40

Sudut daya GTG

Gambar 15. Respon sudut daya (GTG) STG off

4.3.4 Studi Kasus PLN_OFF:Grid PLN trip (t= 5 detik) Pada studi kasus ini dijalankan dengan skenario grid PLN trip saat detik ke 5 dan generator GTG dan

Dengan total simulasi 40 detik, frekuensi bus turun sampai 98.5 % dari kondisi nominalnya 50 Hz. Kondisi under frekuensi ini tentu tidak aman bagi operasi generator seiring dengan penambahan beban akibat hilangnya suplai dari PLN. Penurunan frekuensi ini melewati batas aman menurut standar batas nilai underfrequency yang diijinkan berdasarkan standar IEEE Std C37.106.2003 yaitu 0.8 % atau 49.6 Hz sehingga load shedding atau pelepasan beban tahap 1 harus dilakukan. Pada respon tegangan menunjukkan bahwa respon dapat kembali stabil. Meskipun sesaat setelah PLN trip pada detik ke 5, tegangan sempat turun maksimal pada 88.14 %, namun sesaat naik kembali secara berangsur-angsur. Sudut daya relatif dari STG dari gambar di atas turun setelah detik ke 5 dimana mode swing diambil alih oleh GTG. Saat mencari sudut kesetimbangan baru meskipun pembebanan bertambah sudut daya turun mencapai 16.27 derajat dari posisi awal. Hal ini dikarenakan

Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Halaman 5 dari 8

%

0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 20. Respon frekuensi PLN off LS1

%

105 100 95 90 85

Tegangan bus A-SWM-2010 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 21.Respon tegangan PLN off LS1

Setelah dilakukan load shedding tahap 1 dalam wakti 0.2 detik dari turunnya frekuensi di luar batas aman pada 5.7 detik dengan mempertimbangkan kerja CB 10 cycle maka respon frekuensi pada bus utama (bus A-SWM-2010) menunjukkan kenaikan dari kondisi sebelumnya naik stabil pada 98.88% dari kondisi nominalnya 50 Hz. Kondisi ini masih belum memenuhi standar continous operation untuk generator steam,sehingga harus dilakukan load shedding tahap 2. Pada respon tegangan sudah mengalami peningkatan dari kondisi sebelum load shedding. Sebelum load shedding tegangan stabil dengan level 96,85 % dan kini menjadi 97.1 %. 60

4.3.6 Studi Kasus LS2PLN_OFF:Grid PLN trip (t= 5 detik) Load Shedding tahap 2(t= 6.1 detik) Setelah dilakukan load shedding tahap 2 dengan melepas beban motor GB-301-M sebesar 3.91 MW didapatkan respon frekuensi sebagai berikut. 100.5 100 99.5 %

4.3.5 Studi Kasus LS1PLN_OFF:Grid PLN trip (t= 5 detik) Load Shedding tahap 1(t= 5.9 detik) Load shedding tahap 1 untuk menanggulangi PLN yang trip dengan besar 10% dari total beban 37.9 MW. Pelepasan beban dilakukan dengan membuka CB PE-AF-1 pada composite network POLYETHYLENE sebesar 3.8 MW. Berikut hasil respon setelah dilakukan load shedding pada sistem. 100.5 100 Frekuensi bus A-SWM-2010 99.5 99 98.5

dari penurunan sebelumnya karena beban berkurang dengan lepasnya beban sebesar 3.8 MW.

Frekuensi bus A-SWM-2010

98.5 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 23.Respon frekeunsi PLN off LS2

Respon frekuensi bus utama yang mewakili frekuensi pada generator steam sudah mengalami peningkatan menjadi 99.2 %. Kondisi ini telah memenuhi standar aman operasi generator menurut IEEE Std C37.106.2003. Untuk generator gas telah diwakili generator steam karena batasan minimal frekuensi operasi normalnya di bawah generator steam (97%). 4.3.7 Studi Kasus Motor Starting: Motor KM-4003_start (t=5 detik) Untuk kasus ini motor yang distarting adalah salah satu motor besar pada PT.Chandra Asri yaitu motor KM4003 dengan kapasitas 3800 kW. Motor distarting dengan direct online yaitu langsung terhubung ke sumber jala-jala tanpa menggunakan alat bantu. Setelah dilakukan simulasi maka hasil respon sistem dapat dilihat pada gambar-gambar di bawah ini. 100.05 100 99.95 Frekuensi bus A-SWM-2010

99.9 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 24.Respon frekuensi Motor KM-4003 start

150

40 degree

99

%

posisi sudut awal STG di atas atau lebih besar dari GTG yang menjadi referensi yang menanggung sebagian besar beban. Sudut mendapat posisi kesetimbangan baru dengan nilai 25.93 derajat.

100

20

Bus A SWM-2010 Bus_A

%

50

Sudut daya STG

0 0 time (s) 10

20

30

0 0 time (s) 10

40

20

30

40

Gambar 22.Respon sudut daya (STG) PLN off LS1

Gambar 25. Respon tegangan (bus A-SWM-2010 & bus_A) Motor KM-4003 start

Saat mencari sudut kesetimbangan baru meskipun pembebanan bertambah sudut daya turun mencapai 15.47 derajat dari posisi awal,tetapi sebenarnya naik 0.8 derajat

Pada kasus motor starting ini respon frekuensi bus utama tidak mengalami perubahan yang sangat signifikan. Penurunan terbesar yaitu 99.9410% dan kenaikan terbesar

Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Halaman 6 dari 8

40 Sudut daya STG Sudut daya GTG

degree

20 0

-20 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 26. Respon sudut daya (STG & GTG) Motor KM-4003 start

Setelah motor starting pada detik ke 5, pada gambar di atas respon daya pada masing-masing generator sempat berosilasi karena adanya penambahan beban motor 3800 kW. Demikian pula pada grid PLN juga akan terjadi peristiwa yang sama. Penambahan beban tersebut pada akhirnya akan ditanggung oleh PLN,sehingga pada sudut daya masing-masing generator setelah detik ke 10 dimana sudut telah mengalami posisi kestabilan baru mengalami penurunan 3.36 derajat untuk generator GTG dan 5.15 derajat untuk generator STG. Hal ini seperti dijelaskan pada kasus-kasus sebelumnya berkaitan dengan adanya penambahan beban pada PLN yang menjadi acuan untuk masing-masing sudut relatif dari dua generator tersebut. 4.3.8 Studi Kasus Hubung Singkat : Short circuit_Bus 22-2 (t = 5 detik), CB PE-AF-2 open (t=5.3 detik) Gangguan hubung singkat adalah gangguan yang paling sering terjadi. Gangguan hubung singkat dapat menyebabkan sistem keluar dari batas kestabilan. Simulasi akan dijalankan dengan skenario hubung singkat pada bus 22-2 yang terhubung langsung dengan motor terbesar YM7001 dengan kapasitas 5800 kW. Selanjutnya untuk menanggulangi terjadinya hubung singkat CB PE-AF-2 pada bus tersebut terbuka 0.3 detik setelah gangguan. Berikut adalah hasil simulasi untuk kasus tersebut. 150

%

100 50 Tegangan bus A-SWM-2010

0 0 time (s) 2

4

6

8

%

100.4 100.2 100 99.8 99.6

Frekuensi bus A-SWM-2010 0 time (s) 10

20

30

40

Gambar 28. Respon tegangan Hubung Singkat

Setelah terjadi hubung singkat pada bus 22-2 di detik ke 5, respon frekuensi menunjukkan adanya osilasi dimana kenaikan terbesar terjadi sesaat setelah CB terbuka sebesar 100.261% dan penurunan terbesar hanya 99.718% dan kemudian berangsur stabil. Sedang pada tegangan bus utama terjadi voltage sag mencapai 50% dari nominal tegangan. Hal tersebut terjadi dalam kurun waktu 0.3 detik dan hal ini tidaklah aman. Menurut standar SEMI-F47 batas waktu yang diijinkan untuk voltage sag <50% adalah 0.2 detik,sehingga jangka waktu penurunan tegangan diatas harus diantisipasi dengan CB harus membuka kurang atau sama dengan 0.2 detik. 80 60 40 degree

adalah 100.043%,hal ini jelas masih dalam batas aman. Tegangan pada bus utama sesaat juga mengalami penurunan ketika motor starting pada nilai 90.36% lalu kembali lagi stabil 5 detik setelah starting motor dilakukan. Tegangan pada bus yang terhubung pada motor (bus_A) mengalami penurunan lebih besar daripada bus utama. Penurunan tersebut disebabkan oleh arus yang dibutuhkan sangat besar uttuk starting. Tegangan turun sampai 81.9% selama 0.06 detik dan masih dalam batasan aman lalu akhirnya kembali stabil 5 detik setelah motor dijalankan. 60

Sudut daya GTG Sudut daya STG

20 0

-20 0 time (s)5

10

15

20

25

Gambar 29. Respon sudut daya (STG & GTG) Hubung Singkat

Pada respon daya elektrik masing-masing generator menunjukkan osilasi setelah pada detik ke 5 terjadi hubung singkat pada bus 22-2. Daya elektrik baru stabil ketika mencapai detik ke 15 dengan kembali ke besaran yang sama. Pembebanan pada PLN otomatis akan berkurang dengan sendirinya akibat membukanya CB PE-AF-2 untuk mengisolir terjadinya hubung singkat pada bus 22-2. Dengan berkurangnya pembebanan pada grid PLN maka menyebabkan sudut daya pada masing-masing generator tetap stabil dan naik 6.98 derajat untuk STG dan 4.68 derajat pada GTG dari referensinya yaitu grid PLN itu sendiri. 4.3.9 Studi Kasus Hubung Singkat : Short circuit_Bus 22-2 (t = 5 detik), CB PE-AF-2 open (t=5.2 detik) Pada kasus di atas kondisi CB open untuk mengamankan bus yang terjadi hubung singkat adalah 5.3 detik. Dan kondisi tegangan pada bus utama masih di bawah standar meskipun pada akhirnya stabil dengan kodisi aman.berikut hasil respon tegangan bila CB dapat membuka dalam waktu 0.2 detik.

Gambar 27. Respon frekuensi Hubung Singkat

Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Halaman 7 dari 8

150

%

100 50 0

Tegangan bus A-SWM-2010 0time 0.5 (s)1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Gambar 30. Respon Tegangan t=5.2 detik

Dengan membukanya CB dalam waktu 0.2 detik setelah gangguan maka didapatkan respon tegangan yang telah memenuhi standar. Pada bus utama setelah gangguan pada detik ke 5 dan membukanya CB pada detik ke 5.2 maka penurunan tegangan sesaat atau voltage sag dengan level 50 % hanya berkisar selama 0,2 detik dan ini telah memenuhi standar SEMI F-47, sehingga sistem dapat berjalan dengan aman. V. PENUTUP Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:.  Dari 3 kasus lepasnya pembangkit 1 kasus yang dianggap paling berbahaya yaitu saat grid PLN lepas. Hal ini dapat menyebabkan kondisi underfrequency .  PLN lepas baru dapat diatasi dengan menjalankan skema load shedding 2 tahap dengan total beban yang dilepas sebesar 7.7 MW,sehingga sistem dapat berjalan dengan aman kembali.  Untuk kasus salah satu pembangkit trip yaitu GTG atau STG menunjukkan respon sistem masih dalam batas aman,karena beban akan ditanggung oleh PLN yang beroperasi sebagai swing.  Pada kasus hubung singkat pada bus motor terbesar dapat menyebabkan tegangan pada bus utama turun sampai 50% dari nominalnya, tetapi hal ini masih dalam batas aman karena turunnya tegangan tersebut bila CB dapat membuka selama 0.2 detik yang merupakan batas maksimal turunnya tegangan 50 % adalah 0.2 detik.  PT. Chandra Asri tidak ada masalah dengan motor starting. Saat menyalakan motor dengan kapasitas daya 3800 KW, yang merupakan salah satu motor dengan daya besar, sistem bisa kembali stabil yaitu dengan respon frekuensi 99.99 %.  Sudut daya dari seluruh kasus masih stabil dan dapat menemukan posisi kesetimbangan yang baru. Posisi sudut rotor untuk masing-masing generator dipengaruhi oleh referensinya yaitu pembangkit swing. Naik dan turunnya sudut ditentukan posisi atau besaran awal dari generator terhadap pembangkit swing. Karena PLN ,merupakan bus infinite yang tidak dapat diketahui karakteristik

sudut dayanya maka sudut relatif dari generator lain tidak dapat diketahui secara pasti untuk posisi kesetimbangan barunya. Saran yang dapat diberikan untuk perbaikan setelah melakukan analisa adalah sebagai berikut :  Bila PLN lepas dari sistem yang merupakan penyuplai daya terbesar maka harus dilakukan load shedding dengan 2 tahap. Dimana keseluruhan total beban yang dilepas sebesar 7.7 MW supaya sistem dapat kembali stabil.  Untuk hubung singkat pada motor terbesar CB harus dapat membuka paling lambat 0.2 detik,jika melebihi batas tersebut dapat menyebabkan tegangan bus utama tidak dalam batas aman sesuai standar SEMI F-47.

DAFTAR PUSTAKA 1 2 3 4

5

IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions, May 2004 Help ETAP P. Kundur,” Power System Stability and Control”, New York: McGraw-Hill, Inc.,1994 Pacific Gas and Electric Company, “Voltage Sag Immunity Standards SEMI-F47 and F42”, Power Quality Bulletin, 2007. IEEE.std.c37.106.2003 Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants

RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama lengkap penulis adalah Aryawa Prasada Suroso dengan nama panggilan Arda. Lahir di kota Kediri pada tanggal 5 bulan April tahun 1988 beragama Islam. Tempat tinggal penulis di Jl. Kediri no. 188, Desa Wates. Penulis pernah menjalani pendidikan di TK Dharma Wanita, SD Negeri 2 Wates, SLTP Negeri 1 Kediri, SMA Negeri 2 Kediri, Program Studi Diploma 3 Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Bidang Studi Elektronika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember ( ITS ) Surabaya dan Selanjutnya menempuh pendidikan program studi lintas jalur S1 teknik elektro – bidang studi sistem tenaga, jurusan teknik elektro – Institut Teknologi Sepuluh Nopember ( ITS ) Surabaya selama 1.5 tahun. Email penulis [email protected]

Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Halaman 8 dari 8