BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Perkembangan sistem tenaga listrik yang terinterkoneksi harus beroperasi
pada frekuensi nominal dengan batas toleransi yang diizinkan, akan tetapi karena variasi beban dari waktu ke waktu dan adanya gangguan, frekuensi tidaklah dapat selalu berada pada batas toleransi yang diizinkan. Untuk mengatasi variasi beban sistem, generator harus mampu menyesuaikan daya yang dibangkitkan sehingga dapat mempertahankan frekuensi nominalnya. Chevron Pacific Indonesia merupakan salah satu perusahaan energi terbesar di dunia yang bergerak dalam bidak minyak dan gas bumi, yang mencakup kegiatan eksplorasi, pengolahan dan produksi, pemasaran dan transportasi, manufaktur produk kimia, serta pembangkitan energi listrik. Pusat kegiatan operasi perusahaan di Indonesia berada di Riau, Sumatera. Pihak perusahaan selalu melakukan studi – studi peningkatan kualitas sistem kelistrikannya agar didapatkan sistem yang dapat bekerja semakin efisien. Pada tahun 2014, Chevron kehilangan salah satu beban yaitu BOB (Badan Operasi Bersama) sehingga berencana melakukan studi evaluasi terhadap metode pelepasan beban (load shedding). Dapat dilihat single line diagram beban BOB pada Gambar 1.1.
1
2
Gambar 1.1 Single line diagram Beban Badan Operasi Bersama PT. CPI
Pelepasan beban merupakan teknik pengontrolan atau pemutusan beban berdasarkan prioritas apabila terjadi gangguan yang telah diimplementasikan pada beberapa lokasi di eksisting sistem (Zin, Hfiz, & Aziz, 2004). Pada umumnya untuk mengatasi terjadinya ketidakstabilan sistem misalkan pada penurunan frekuensi yang diakibatkan oleh terjadinya kenaikan beban yang dirasakan sistem secara tiba-tiba. Kenaikan beban yang dirasakan oleh sistem secara tiba-tiba disebabkan salah satu generator trip pada sistem menyebabkan generator lain untuk memikul beban tambahan dari beban yang diampu dari generator trip tersebut. Dari kasus tersebut dapat menyebabkan penurunan frekuensi pada generator lain dan ketidakstabilan seperti penurunan tegangan pada bus-bus yang terhubung pada beban-beban seperti motor (J. Grainger & Stevenson, Jr., 1983)
3
Sistem tenaga listrik yang digunakan pada industri ini, memiliki frekuensi nominal 60 Hz. Sistem dikatakan berada dalam keadaan operasi baik bila frekuensi dalam batasan kisaran operasi nominal (60 ± 0,2 Hz), kecuali penyimpangan dalam waktu singkat diperkenankan (60 ± 0,5 Hz). Pada umumnya rekursi (penyimpangan frekuensi yang disebabkan variasi pada beban sistem) sangatlah kecil, hal ini disebabkan oleh besarnya momen inersia generator – generator pada sistem, dan adanya peran governor pada generator – generator tersebut. Namun, apabila terjadi perbedaan yang cukup besar antara daya pembangkitan dengan beban sistem, maka akan terjadi rekursi frekuensi yang signifikan. Kelebihan daya pembangkitan akan mengakibatkan overfrequency, dan sebaliknya kekurangan (defisit) daya pembangkitan menimbulkan underfrequency pada sistem. Studi tentang penanganan rekursi frekuensi lebih ditekankan pada keadaan underfrequency daripada keadaan overfrequency, hal ini dikarenakan keadaan overfrequency dapat segera ditangani dengan cara menurunkan daya yang dibangkitkan pada generator melalui governor maupun kendali manual, peningkatan kecepatan shaft generator akan meningkatkan kemampuan sistem pendinginan, dan meningkatkan pula kapabilitas pembebanan generator. Sedangkan keadaan underfreuency tidak dapat ditangani secara lokal, penuruan kecepatan shaft generator, akan menurunkan sistem pendinginan pada generator, dan dengan itu pula menurunya kapabilitas pembebanan generator. Sistem yang beroperasi dibawah frekuensi nominalnya adalah sistem dalam keadaan overload. Dalam keadaan overload, generator dan terutama turbin akan
4
mengalami keadaan yang akan memicu kerusakan. Turbin akan mengalami resonansi mekanik. Resonasi mekanik ini dapat menyebabkan turbine blade retak atau bahkan mengalami kerusakan yang parah. Oleh karena itu, jika aksi governor tidak dapat mengembalikan sistem ke keadaan frekuensi normal, generator akan segera dipisahkan dari sistem oleh alat proteksi, dan selanjutnya memungkinkan terjadinya system collapse. Underfrequency load shedding (UFLS) adalah upaya terakhir untuk menyelamatkan sistem dari keadaan collapse. Underfrequency load shedding (UFLS) didesain untuk melepaskan beban yang cukup, untuk mengembalikan keseimbangan daya antara pembangkitan dan beban pada sistem, dan memperbaiki keadaan underfrequency. Penurunan frekuensi adalah tolok ukur dari tingkat keparahan keadaan overload pada sistem. Pihak PT. Chevron Pacific Indonesia menginginkan adanya studi mengenai frekuensi sistem yang akan menurun akibat lepasnya generator. Dapat dilihat pada Gambar 1.2 single line diagram sistem kelistrikan industri ini. Studi ini dilakukan dengan tujuan untuk menjaga stabilitas sistem kelistrikan pada PT. CPI manakala terjadi gangguan atau kondisi yang menyebabkan kondisi transien dimana pembebanan pada masing – masing pembangkit yang interkoneksi dengan sistem akan secara signifikan bertambah besar, dikarenakan sistem harus tetap menyuplai beban yang seharusnya disuplai oleh pembangkit yang terlepas tersebut.
5
Gambar 1.2 Single line diagram PT. CPI
1.2.
Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang ada, kondisi sistem tenaga listrik industri
bersifat dinamis, artinya perubahan dari waktu ke waktu, baik konfigurasi sistem, beban sistem, unit pembangkit yang masuk ke dalam sistem. Karena kedinamisan inilah dibutuhkan adanya studi yang berkesinambungan dan berkala mengenai underfrequency load shedding sistem tenaga listrik. Pada penelitian ini digunakan data perhitungan dari PT. Chevron Pacific Indonesia sebagai obyek penelitian dalam peninjauan skema load shedding yang salah satu bebannya dilepas. Beban yang dilepas tersebut adalah BOB (Badan Operasi Bersama) yang digunakan di industri tersebut. Peneliti menggunakan data yang didapatkan pada kondisi cuaca terburuk
6
pada tengah tahun 2014 di Sumatra. Data tersebut akan disimulasikan dan dianalisis respon frekuensi pada masing – masing kasus serta memastikan sistem kembali normal setelah load shedding. Hasil dari penelitian merupakan skema perhitungan load shedding dan rekomendasi terhadap sistem kelistrikan di industri ini. Skema dan rekomendasi diharapkan dapat menjadi acuan pada keberlangsungan stabilitas sistem tenaga listrik pada industri ini. Pada akhir penelitian ini akan ada perhitungan dari spinning reserve setelah load shedding.
1.3.
Batasan Masalah Untuk
memperoleh
pembahasan
yang
mengarah
pada
tujuan
dan
memudahkan proses pengolahan data, maka ditetapkan batasan-batasan masalah terhadap penelitian yang dilakukan. Berikut adalah batasan-batasan masalah dalam penelitian ini. 1.
Tugas akhir ini hanya membahas sistem pelepasan beban berdasarkan studi kestabilan transient, dengan kasus berupa lepasnya generator dari sistem.
2.
Metode pelepasan beban mengacu terhadap turunnya frekuensi sistem.
3.
Studi kestabilan dilakukan dengan analisis pada respon frekuensi saat terjadi gangguan dan setelah terjadinya pelepasan beban.
4.
Skenario lepasnya generator dari sistem dibatai sampai dengan 4 generator utama dari total 20 generator.
7
5.
Studi perancangan dibatasi sampai dengan aspek teknis, sedangkan untuk aspek ekonomi tidak dilakukan.
6.
Gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik sangalah banyak dan beragam, oleh karena itu dalam tugas akhir ini gangguan yang dimaksud adalah gangguan yang menyebabkan beban lebih (overload). Adapun contoh overload yang dimaksud adalah penambahan daya beban dan berkurangnya daya pembangkitan dalam jumlah besar dan secara tiba – tiba, yang menyebabkan penurunan frekuensi.
1.4.
Tujuan Penelitian Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut : 1.
Untuk mempelajari pola pengamanan sistem tenaga listrik PT. CPI setelah kehilangan beban BOB (Badan Operasi Bersama), khususnya mengenai underfrequency load shedding dengan melakukan simulasi terburuk yang dapat terjadi pada sistem kelistrikan secara keseluruhan.
2.
Menentukan skema load shedding dengan tingkat akurasi pelepasan beban tinggi sebagai salah satu komponen pola pengamanan (proteksi) sistem tenaga listrik
1.5.
Metode Penulisan Dalam membuat karya yang baik, penulisan penelitian ini dilakukan dengan
metode – metode mendasar sebagai berikut :
8
1.
Studi literatur, yaitu mempelajari dasar teori yang berkaitan dengan judul penelitian.
2.
Pengumpulan data lapangan, yaitu mengumpulkan data – data sistem tenaga.
3.
Analisa hasil simulasi awal tanpa adanya sistem pelepasan beban.
4.
Perhitungan perancangan konfigurasi rele frekuensi, serta analisis simulasi setelah dilakukan penambahan rele frekuensi.
5.
Perbandingan antara sistem skema load shedding yang lama dengan skema perancangan baru.
1.6.
Sistematika Penulisan Secara keseluruhan, sistematika penulisan pada penelitian ini terbagi menjadi
lima bagian atau bab, dengan rincian bab sebagai berikut. 1.
Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, dan sistematika penulisan.
2.
Bab II Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori, mengenai konsep stabilitas transien yang merupakan dasar dari studi underfrequency load shedding. Dipaparkan pula mengenai konsep studi underfrequency load shedding beserta aspek – aspek terkait secara umum.
3.
Bab III Metode Penelitian, menguraikan secara singkat langkah-langkah dalam melakukan penelitian.
4.
Bab IV Hasil dan Analisis, berisi analisis hasil penelitian simulasi stabilitas transien menggunakan ETAP Power Station 7.5.0 dan perancangan skema
9
underfrequency load shedding untuk sistem tenaga listrik PT. Chevron Pacific Indonesia. 5.
Bab V Kesimpulan dan Saran, berisi kesimpulan dan saran untuk penelitian serupa atau untuk obyek yang sama di waktu yang akan datang.
