SIMULASI TELEMETERING FREKUENSI PADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION (SCADA) PADA SISTEM ISLAND DI PT.PLN RJTD Ridho Saputro Hutomo#1, Iwan Setiawan, S.T., M.T.#2, Dr. Aris Triwiyatno, S.T., M.T.#3 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
[email protected];
[email protected];
[email protected]
mudah memantau peralatan yang berada pada plant yang jauh. Dari waktu ke waktu kebutuhan akan kuantitas energi listrik dan kualitas sistem transmisi listrik semakin mengalami peningkatan. Kegagalan dalam sistem transmisi listrik bisa berakibat fatal bagi kerusakan komponen listrik maupun kerugian operasional pada sebuah industri. [2] Pada sistem tenaga listrik yang terdapat di unit kerja PT.PLN, SCADA digunakan untuk berbagai fungsi dan kondisi, salah satunya adalah untuk keperluan telemetering nilai frekuensi saat terjadi island. Untuk keperluan pemulihan gangguan yang diakibatkan kerusakan pada unit pembangkit inilah diperlukan pengamatan nilai frekuensi pada seluruh island yang terbentuk.[1]
Abstrak— Energi listrik dipakai hampir semua manusia untuk keperluan sehari-hari. Kegagalan dalam sistem transmisi listrik bisa berakibat fatal bagi kerusakan komponen listrik maupun kerugian operasional pada sebuah industri. Salah satu gangguan tersebut adalah penurunan frekuensi akibat kelebihan beban atau terjadi kesalahan pada unit pembangkit yang berakibat pada pelepasan beban (load shedding) sehingga pembangkit dapat lepas dari sistem interkoneksi dan membentuk island. Untuk mengakomodasi masalah tersebut dibangun sebuah sistem yang mampu memonitoring dan mengendalikan gangguan berupa teknologi SCADA. Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mensimulasikan SCADA pada plant model sistem island pada sistem jaringan transmisi 150 KV PT.PLN Region Jawa Tengah dan DI Yogyakarta (RJTD). SCADA pada sistem island hanya memonitor besaran frekuensi setiap island dengan tujuan mempercepat proses pemulihan gangguan yang menyebabkan terjadinya island. Desain sistem pada pemrograman mikrokontroler menggunakan flowchart diagram. Pada tugas akhir ini digunakan hardware berupa plant model island Cilacap beserta rangkaian relay, mikrokontroler ATMega8535, dan Laptop. Serta software berupa Code Vision AVR untuk pemrograman mikrokontroler dan Microsoft Visual Studio 2010 dengan bahasa pemrograman C#.Net untuk membangun Human Machine Interface (HMI/SCADA). Dari hasil penelitian didapatkan bahwa mikrokontroler ATMega8535 dapat digunakan untuk membaca nilai frekuensi dengan tambahan perangkat zero crossing detector. Tampilan Human Machine Interface (HMI/SCADA) dapat menampilkan besaran nilai frekuensi setiap island yang disimulasikan. Dengan memadukan mikrokontroler sebagai pembaca nilai frekuensi dan relay sebagai pemutus-penghubung aliran listrik ke lampu indikator gardu induk, maka rangkaian peralatan ini dapat mensimulasikan fungsi Under Frequency Relay (UFR) yang digunakan PT.PLN. Kata kunci : SCADA, frekuensi, mikrokontroler, pelepasan beban, island
B. Tujuan Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mensimulasikan proses telemetering frekuensi dan pelepasan beban yang melibatkan sistem island. Dengan perancangan perangkat keras yang berbeda, tugas akhir ini dirancang untuk dapat menggantikan fungsi perangkat keras transducer frekuensi dan under frequency relay (UFR) yang digunakan PT.PLN. Hasil pembacaan frekuensi ini ditampilkan pada monitor komputer beserta status island pada jaringan interkoneksi Jawa Madura Bali. C. Pembatasan Masalah Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis membatasi permasalahan sebagai berikut : 1. Simulasi ini digunakan untuk mengamati besaran nilai frekuensi pada masing-masing island pada jaringan transmisi listrik 150 kV di PT. PLN Region Jateng dan DI Yogyakarta. 2. Sumber frekuensi menggunakan Audio Frequency Generator (AFG). 3. Sebagai transducer nilai frekuensi pada tugas akhir ini digunakan perangkat mikrokontroler ATMega8535. 4. Simulasi pelepasan beban pada tugas akhir ini adalah hanya island Cilacap. 5. Pada tampilan HMI, frekensi yang ditampilkan adalah frekuensi dari seluruh island yang ada di Regional Jateng dan DI Yogyakarta beserta keterangan status hubungan island dengan sistem interkoneksi Jawa Madura Bali. 6. Komunikasi antara mikrokontroler ATMega8535 dengan komputer menggunakan komunikasi serial.
I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dewasa ini perkembangan dunia otomasi dan sistem kontrol jarak jauh pada sebuah plant, menimbulkan kebutuhan akan aplikasi SCADA. Terdapat 3 fungsi utama SCADA, yaitu mudah dilakukan, telemetering, telesignalling dan telecontrolling. Dengan demikian dengan melalui monitor di control room seorang operator dapat dengan
1
7.
8.
9.
Hanya mensimulasikan fungsi relay frekuensi bawah (under frequency relay), dan tidak membahas frekuensi lebih (over frequency). Tidak melibatkan tahapan sinkronisasi pada proses penyambungan antara gardu induk sebagai beban dengan jaringan interkoneksi. Tidak membahas sistem kelistrikan secara mendalam. II DASAR TEORI
A.
Pengenalan SCADA SCADA atau Supervisory Contol and Data Acquisition adalah suatu sistem yang mengumpulkan data dan menganalisisnya secara real time. SCADA tidak sepenuhnya sebagai pengontrol tetapi fokusnya pada tingkat pengawasan dan pemantauan. Sistem SCADA merupakan kombinasi antara telemetri dan akuisisi data. Telemetri merupakan suatu teknik yang digunakan dalam pengiriman dan penerimaan informasi atau data melalui suatu medium. Sedangkan akuisisi data merupakan proses pengumpulan data. Informasi ini dipancarkan atau dikirim ke daerah tertentu melalui berbagai media komunikasi. Data yang dikirimkan tersebut dapat berupa data analog dan data digital yang berasal dari berbagai sensor. Gambar 1 menunjukkan sistem SCADA.
Gambar 2 Diagram sistem tenaga listrik
Sistem pelepasan beban dengan under frequency relay (UFR) dikarenakan penurunan frekuensi sampai nilai frekuensi tertentu atau dengan deviasi penurunan frekuensi per satuan waktu. Pelepasan beban ini ditujukan agar frekuensi kembali ke kondisi normal dan menyelamatkan unit-unit kerja dari suatu industri dari kerusakan. Apabila frekuensi tetap turun sampai pada nilai tertentu maka akan terbentuk island yang bertujuan untuk memutus beban yang memiliki prioritas lebih rendah dan tetap memberi supply listrik ke beban yang lebih tinggi prioritasnya. C.
Sistem Island pada PT. PLN Salah satu komponen yang diakomodasi sistem SCADA pada transmisi listrik PT.PLN adalah frekuensi. Pada sistem interkoneksi Jamali, frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz, dengan toleransi ±0,5 Hz. Jika besarnya frekuensi berada diluar frekuensi yang diijinkan, maka harus ada upaya untuk kembali mengembalikan frekuensi ke besaran yang diharapkan.[8] Island adalah strategi untuk menyelamatkan pembangkit yang beroperasi pada saat sistem menuju padam total, dengan maksud untuk menghindari biaya start yang cukup mahal dan mempercepat proses pemulihan.
Gambar 1 Gambaran sistem SCADA secara umum
Jadi proses yang terjadi pada sistem SCADA ini adalah pengumpulan informasi beruapa hasil pengukuran dan pengontrolan dari berbagai daerah dan hasilnya dapat ditampilkan pada layar sehingga operator dapat melihat hasilnya secara bersamaan dengan yang didapat di daerah asal (real time data). [2] B.
Sistem Tenaga Listrik Listrik yang sampai ke konsumen, melalui proses yang kompleks. Mulai dari pembangkitan, transmisi, distribusi hingga sampai ke beban pelanggan. [10] Setelah daya dibangkitkan maka nilai tegangan perlu dinaikkan (step up) untuk keperluan transmisi. Saluran transmisi yang digunakan PT.PLN adalah 150 kV dan 500 kV. Saat akan didistribusikan, tegangan diturunkan (step down) menjadi tegangan rendah dan menengah. [13]
Gambar 3 Frekuensi kerja pada PT. PLN (Persero)
Pada rentang frekuensi 49,0 s/d 49,5 Hz, pengurangan beban secara manual oleh operator atau dispatcher RCC (Region), sedangkan pelepasan beban seketika (otomatis) dilakukan dengan menggunakan Under Frequency Relay (UFR) pada frekuensi 49,0 Hz s/d 48,4 Hz. Apabila penurunan frekuensi masih berlanjut maka pada frekuensi 48,3 Hz atau 48,1 Hz subsistem yang telah diprogramkan akan membentuk island dan terpisah
Pada umumnya penyaluran tenaga listrik dari pusat pembangkit hingga sampai pada konsumen melalui beberapa urutan seperti Gambar 2.
2
TABEL I PENGGUNAAN PORT PADA ATMEGA8535.
dari sistem interkoneksi Jawa-Bali. Apabila sudah terbentuk island tetapi tidak berhasil menaikkan frekuensi, maka pada frekuensi 47,5 Hz unit pembangkit akan berbeban pemakaian sendiri (host load).[1]
PORT ATMEGA8535 Port A Tidak Digunakan Port B PORTB.0 – PORTB.7 Port C PORTC.0 – PORTC.3
D.
Human Machine Interface (HMI) HMI merupakan perangkat lunak antar muka berupa Graphical User Interface berbasis komputer yang menjadi penghubung antara operator dengan mesin atau peralatan yang dikendalikan serta bertindak pada level supervisory. [17] Secara umum HMI memiliki fungsi-fungsi seperti berikut: Setting Monitoring Take action Data Logging & Storage Alarm history dan summary Trending
Port D PORTD.2
Fungsi Tidak Digunakan LCD Relay Interupsi Zero Crossing Detector
Pada perancangan hardware pada tugas akhir ini, rangkaian penyearah setengah gelombang dihubungkan dengan PORTD.2 sebagai masukan fungsi interupsi (INT0) pada mikrokontroler Atmega8535. Keluaran mikrokontroler yang digunakan untuk memberikan logika 1 atau 0 pada rangkaian relay adalah PORTC.0PORTC.3. Sedangkan rangkaian LCD dihubungkan ke PORTB.0-PORTB.7 pada mikrokontroler.
III PERANCANGAN Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan perangkat keras sistem monitoring frekuensi ini terdiri dari mikrokontroler AVR Atmega8535, sumber frekuensi berupa Audio Frequency Generator (AFG), rangkaian zero crossing detector, pilot lamp AC sebagai indikator gardu induk (beban), relay sebagai pemutus-penyambung antara sumber tegangan AC dan pilot lamp AC dan sebuah komputer atau laptop sebagai perancangan display Human Machine Interface (HMI). Secara umum perancangan perangkat keras sistem ditunjukan pada gambar 4.
B.
Perancangan perangkat Lunak (Software) Perancangan tampilan HMI/SCADA berdasarkan pada kebutuhan pemantauan nilai frekuensi sejumlah island. Gambar 5 merupakan konfigurasi island yang terdapat di PT.PLN P3B Region Jateng dan DIY. [1]
A.
Gambar 5 Konfigurasi monitoring frekuensi island di PT PLN P3B RJTD.
Pada perancangan perangkat lunak sistem pengendalian suhu ini menggunakan pendekatan diagram fungsional dan diagram tingkah laku (statechart). Langkah pertama dalam perancangan menggunakan pendekatan diagram fungsional adalah menggambar diagram fungsional yaitu diagram yang menunjukkan aliran data dari input ke sistem kemudian ke output. Diagram fungsional pada tugas akhir ini ditunjukkan gambar 6.
Gambar 4 Rancangan hardware simulasi monitoring frekuensi sistem island.
3
dengan port pada mikrokontroler yang akan mengirimkan logika high ke rangkaian relay. Sedangkan untuk proses pelepasan beban akan ditunjukkan pada gambar 8.
Gambar 6 Gambar diagram fungsional
Setelah menggambar diagram fungsional, langkah selanjutnya adalah menggambar diagram ruang keadaan (statechart diagram) untuk menjelaskan langkahlangkah dan kondisi yang terdapat pada sistem secara keseluruhan. Adapun diagram statechart tersebut adalah sebagai berikut.
Gambar 8 Gambar diagram alir pembacaan nilai frekuensi dan proses pelepasan beban
Pada program pelepasan beban ini dilakukan ketika sistem berada pada frekuensi rendah atau frekuensi di bawah normal. Pelepasan beban oleh relay terjadi apabila rangkaian relay mendapat logika 1 atau high. IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian dan analisis terhadap plant sistem monitoring frekuensi sistem island pada Tugas Akhir ini, dilakukan berdasarkan perancangan tampilan Human Machine Interface (HMI) dan pengujian pada simulasi pelepasan beban (load shedding). Ada beberapa pengujian yang perlu dilakukan, yaitu. Pengujian Zero Crossing Detector, Pengujian pembacaan dan tampilan nilai frekuensi, Pengujian pelepasan beban, Penyambungan kembali beban.
Gambar 7 Gambar diagram alir sistem monitoring frekuensi island.
Gambar 7 menunjukkan diagram alir sistem monitoring frekuensi pada sisi HMI/SCADA. Data serial yang diterima oleh HMI/SCADA ditampilkan dalam bentuk group box, grafik dan data logging. Program simulasi pelepasan beban ini menggunakan relay yang mendapatkan masukan berupa logika high dari mikrokontroler. Tabel II HUBUNGAN NILAI FREKUENSI DENGAN PORT PADA ATMEGA8535 YANG AKTIF.
A. Frekuensi (Hz)
Pengujian Rangkaian Zero Crossing Detector Pengujian rangkaian zero crossing detector dilakukan dengan cara memberikan masukan berupa tegangan 6 VAC dengan frekuensi sebesar 80 Hz ke rangkaian zero crossing detector, kemudian dilakukan pengamatan menggunakan osiloskop pada bagian keluaran dari rangkaian zero crossing detector yang ditunjukkan pada gambar 9.
Port Mikrokontroler yang Aktif
Under frequency PC.0 biasa PC.0;PC.1 46-47 Island tahap 1 PC.0;P.1; PC2 43-45 Island tahap 2 48-49
≤ 42 Host Load
PC.0;PC.1;PC.2; PC.3
Tabel 3.2 menunjukkan hubungan frekuensi
4
Gambar 9 Bentuk gelombang keluaran zero crossing detector.
Melalui tampilan pengaturan berupa: Time/div Volt/div
pada
osiloskop
Gambar 10 Tampilan Halaman Judul HMI/SCADA
dengan
Terdapat 2 kondisi pada tampilan setiap island, yaitu kondisi tunggal dimana seluruh island memiliki nilai frekuensi yang sama dan kondisi tombol reset ditekan sebagai simulasi pemulihan frekuensi yang terjadi di seluruh island kecuali pada island Cilacap. Gambar 11 sampai dengan gambar 16 merupakan contoh tampilan pada kondisi normal atau tombol reset tidak ditekan, yaitu pada besaran frekuensi berapapun, nilai frekuensi setiap island adalah sama. Sedangkan gambar 17 dan gambar 18 menunjukkan tampilan halaman utama monitoring frekuensi pada tampilan HMI/SCADA pada saat kondisi tombol reset ditekan.
: 2 ms :1V
diperoleh bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada gambar 9, dengan panjang 1 gelombang sebesar 6,2 kotak. Sedangkan menurut perhitungan maka jumlah pulsa yaitu: =
............................................(4.1)
=
/
.............................................(4.2)
Berdasarkan persamaan 4.2 dimana T adalah perioda antar pulsa, maka untuk mengetahui jumlah pulsa atau besar frekuensi dari gambar 9 yaitu: =
,
..........................................(4.3)
Sehingga jumlah pulsa dari gambar 9 selama 1 detik adalah 80,645 pulsa ≈ 80 pulsa atau sama dengan nilai frekuensi yang diatur yaitu 80 Hz. Dengan demikian maka hasil ini sesuai dengan perancangannya untuk menjumlah pulsa yang diperoleh dari rangkaian penyearah setengah gelombang, dimana besar frekuensi adalah jumlah pulsa yang dibaca mikrokontroler dalam 1 detik.
B.
Gambar 11 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi tunggal normal
Pengujian Pembacaan dan Tampilan Nilai Frekuensi
Pada tampilan display HMI terdapat 3 buah halaman kerja, yaitu: halaman judul, halaman tampilan utama monitoring frekuensi dan halaman data logging frekuensi. Gambar 10 menunjukkan tampilan halaman judul pada tampilan HMI/SCADA.
Gambar 12 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi tunggal di bawah normal biasa
Halaman tampilan utama monitoring frekuensi ini berisi tampilan nilai frekuensi dalam bentuk tampilan setiap island, dalam bentuk grafik frekuensi island Cilacap dan terdapat status island Cilacap.
Gambar 13 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi tunggal island tahap 1
5
Gambar 18 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi awal tombol reset ditekan dan kembali normal
Gambar 14 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi tunggal island tahap 2
Pada grafik yang terdapat di halaman utama ini dibuat hanya untuk keperluan memantau frekuensi dari island Cilacap secara real time. Data frekuensi pada island Cilacap selanjutnya akan direkam pada halaman data logging dari HMI/SCADA. Tampilan halaman data logging ditunjukkan pada gambar 19
Gambar 15 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi tunggal host load
Gambar .19 Tampilan Halaman Data Logging Frekuensi HMI/SCADA
Tampilan halaman data logging terdapat 2 kolom yaitu kolom waktu (dalam detik) dan kolom frekuensi (dalam hertz) yang akan muncul nilai masingmasing ketika sistem monitoring diaktifkan.
Gambar 16 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi HMI/SCADA pada kondisi tunggal over frequency
Dari tampilan nilai frekuensi yang terdapat pada halaman utama HMI/SCADA, secara tampilan grafik, data logging, maupun pada tampilan LCD terlihat bahwa nilai frekuensi selalu berubah-ubah atau tidak stabil, hal ini disebabkan oleh input sistem dari alat Audio Frequency Generator (AFG) yang digunakan memiliki pengaturan frekuensi yang memiliki tingkat akurasi atau presisi yang tidak terlalu baik dibandingkan Audio Frequency Generator (AFG) digital yang dapat diatur dengan perangkat keypad untuk mengatur nilai keluaran Audio Frequency Generator (AFG). Gambar 17 Tampilan Halaman Utama Monitoring Frekuensi HMI/SCADA pada Kondisi Tombol Reset Ditekan
Hasil keluaran dari Audio Frequency Generator (AFG) yang tidak stabil, atau pembacaan sistem monitoring frekuensi yang berubah-ubah juga akan menyebabkan pengaruh pada sistem pelepasan beban.
Gambar 17 menunjukkan bahwa pada saat tombol reset ditekan, maka seluruh island mengalami pemulihan ke kondisi normal yaitu frekuensi 50 Hz kecuali pada island Cilacap. Ketika frekuensi pada island Cilacap sudah kembali ke nilai 50 Hz (normal), maka tampilan frekuensi di seluruh island akan kembali sama atau kembali ke kondisi normal seperti ditunjukkan oleh gambar 18.
C.
Pengujian Pelepasan Beban Pengujian dilakukan dengan cara mengamati kondisi lampu indikator dari gardu induk transmisi 150 kV yang termasuk ke dalam island Cilacap. Lampu indikator ini terhubung dengan mikrokontroler ATMega8535 melalui perantara relay 12 VDC untuk
6
keperluan proses pemutusan-penyambungan listrik ke lampu indikator gardu induk tersebut.
tenaga Pada saat frekuensi turun pada 48-49 Hz dilakukan pelepasan beban yang merupakan gardu induk yang digolongkan pada beban dengan prioritas rendah. Dalam hal ini adalah gardu induk Lomanis dan Majenang secara otomatis akan dilepas dari interkoneksi Jawa Madura Bali. Pada kondisi ini PORT C.0 mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu induk Lomanis dan gardu induk Majenang.
1) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi Normal dan Over Frequency Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi ≥ 50 Hz. Berikut ini tabel 3 akan menampilkan status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap. TABEL III STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA SAAT FREKUENSI ≥ 50 HZ
No
1
Indikator
Status Inter koneksi
Nyala
Tersambung
2
Nyala
3 4
3) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah Normal Sebesar 46-47 Hz sebagai Island Tahap 1. Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi bernilai 46-47 Hz. Berikut ini tabel 5 akan menampilkan status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
Nama Gardu Induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong, Mrica Kebumen, Purworejo, Kalibakal, Bumiayu, Kabesen, Brebes, Pemalang, Walin, Bantul, Lomanis, Majenang, Cilacap -
Padam
Terlepas Tersambung
Padam
Terlepas
-
TABEL V STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA SAAT FREKUENSI 46-47HZ
-
Pada kondisi ini seluruh lampu indikator gardu induk island Cilacap menyala. Relay 12 VDC yang dipasangkan ke saluran tenaga listrik 220 VAC secara normally closed. Hal ini dapat diartikan bahwa pada saat frekuensi normal (≥ 50 Hz) tidak terjadi pelepasan beban, yaitu seluruh gardu induk transmisi 150 kV terinterkoneksi dengan jaringan interkoneksi Jawa Madura Bali.
TABEL IV STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA SAAT FREKUENSI 48-49 HZ
Status Interkoneksi
1
Nyala
Tersambung
2
Nyala
3 4
No
Nama Gardu Induk Semen, Rawalo, Wates, Walin, Purbalingga, Mrica Gebong, Kebumen, Bantul, Purworejo, Kalibakal, Brebes Bumiayu, Kabesen, Pemalang, dan Cilacap -
Padam
Terlepas Tersambung
Padam
Terlepas
Lomanis dan Majenang
Status Interkoneksi
1
Nyala
Terlepas
2
Nyala
3
Padam
Tersambung Tersambung
4
Padam
Terlepas
Nama Gardu Induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong, Cilacap, Kebumen, Purworejo, Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen Lomanis, Majenang, Brebes, Pemalang, Walin, Bantul, Mrica
Pada saat frekuensi turun pada rentang 46-47 Hz dilakukan pelepasan beban yang merupakan gardu induk yang berada di ujung Island Cilacap, sehingga jika pemutus tenaga (PMT) pada gardu-gardu tersebut aktif, maka Island Cilacap akan terlepas dari jaringan interkoneksi Jawa Bali. Dalam hal ini adalah gardu induk Brebes, Pemalang, Mrica, Walin dan Bantul. Pada kondisi ini terbentuklah Island Cilacap tahap 1. Pada frekuensi 46-47 Hz, PORT C.1 mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu induk Brebes,Pemalang, Mrica, Walin dan Bantul.
2) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah Normal Sebesar 48-49Hz. Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi bernilai 48-49 Hz. Berikut ini tabel 4 akan menampilkan status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
Indikator
Indikator
No
4) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah Normal Sebesar 43-45 Hz sebagai Island Tahap 2. Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi 43-45 Hz. Berikut ini tabel 6 akan menampilkan status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
-
7
Host Load (pembangkit berbeban sendiri). Dimana pembangkit PLTU Cilacap melepaskan seluruh beban yang ditanggungnya, hingga unit pembangkit kembali dapat beroperasi secara normal, maka langkah ini harus dilakukan. Pada saat unit pembangkit pada PLTU Cilacap sudah mampu beroperasi pada kondisi normal, maka pembangkit sudah dapat dihubungkan ke beban dan ke jaringan interkoneksi Jawa Bali secara paralel. Pada frekuensi ≤ 42 Hz, PORT C.3 mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong, Kebumen dan Purworejo.
TABEL VI STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA SAAT FREKUENSI 43-45 HZ
Indikator
Status Interkoneksi
1
Nyala
Terlepas
2
Nyala
3
Padam
Tersambung Tersambung
4
Padam
Terlepas
No
Nama Gardu Induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong, Cilacap, Kebumen, Purworejo Lomanis, Majenang, Brebes, Pemalang, Walin, Bantul, Mrica, Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen
E.
Pengujian Penyambungan Beban Pada pengujian penyambungan kembali beban dikondisikan pada frekuensi ≤42 Hz atau unit pembangkit PLTU Cilacap berbeban sendiri (Host Load) menuju kondisi normal. Tabel menunjukkan status beban ketika nilai frekuensi dinaikkan.
Pada saat frekuensi turun pada rentang 43-45 Hz dilakukan pelepasan beban berupa gardu induk Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen. Pada kondisi ini terbentuklah Island Cilacap tahap 2. Dimana hanya gardu induk dengan prioritas lebih tinggi dibandingan beban atau gardu induk pada Island Cilacap tahap 1 yang masih mendapat pasokan daya listrik dari pusat Island Cilacap berupa pembangkit PLTU Cilacap. Pada frekuensi 43-45 Hz, PORTC.2 mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu induk Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen.
TABEL VIII STATUS BEBAN YANG TERSAMBUNG KEMBALI SAAT FREKUENSI DINAIKKAN.
No 1
Nyala
2
Nyala
3
Padam
Terlepas Tersambung Tersambung
4
Padam
Terlepas
Gardu Induk yang tersambung kembali
1
≤42
Tidak ada Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong, Kebumen dan Purworejo
3 4 5
43-45 46-47 48-49
≥ 50
Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen Brebes, Pemalang, Mrica, Walin dan Bantul Lomanis dan Majenang
Berdasarkan pengujian tersebut, perancangan sistem ini berbeda dengan yang diterapkan oleh perusahaan penyedia listrik di Indonesia PT. PLN dalam proses penyambungan kembali beban (gardu induk). Perbedaan tersebut adalah jika pada PT. PLN terdapat tahapan sinkronisasi nilai frekuensi, tegangan dan fasa antara jaringan transmisi dengan beban yang akan disambung paralel, sedangkan pada perancangan tugas akhir ini tidak melibatkan tahapan sinkronisasi pada proses penyambungan kembali beban. Berdasarkan pengujian pelepasan beban maupun pengujian penyambungan beban kembali erat hubungannya dengan kondisi pembacaan frekuensi dari Audio Frequency Generator (AFG). Tampilan yang menunjukkan kondisi sistem pada saat frekuensi berubah-ubah ditunjukkan pada gambar 20.
TABEL VII STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA SAAT FREKUENSI ≤ 42 HZ
Status Interkoneksi
Frekuensi (Hz)
2
5) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah Normal Sebesar ≤ 42 Hz sebagai Tahap Host Load. Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi ≤ 42 Hz. Berikut ini tabel 7 akan menampilkan status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
Indikator
No.
Nama Gardu Induk Cilacap Lomanis, Majenang, Brebes, Pemalang, Walin, Bantul, Mrica, Kalibakal, Bumiayu Kabesen,Kebumen, Purworejo, Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong
Pada saat frekuensi turun sampai pada nilai ≤ 42 Hz dilakukan pelepasan beban seluruhnya yang masih tersisa pada Island Cilacap tahap 2, yaitu berupa gardu induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong, Kebumen dan Purworejo. Pada kondisi ini terbentuklah
8
Gambar 20 Tampilan Halaman Data Logging Frekuensi HMI/SCADA
Pembacaan nilai frekuensi yang berubah seperti pada gambar 20, terutama pada nilai frekuensi pada nilai ambang perubahan kondisi island akan menyebabkan terjadinya putus-sambung antara lampu indikator dengan sumber listrik. Hal ini pada kenyataanya tidak diperkenankan dan tidak boleh terjadi pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik oleh PT.PLN. Oleh sebab itu, pengaturan putaran potensio AFG untuk besaran output frekuensi AFG harus benar-benar tepat pada kondisi nilai frekuensi tidak berubah-ubah atau nilai frekuensi berubah-ubah namun masih dalam klasifikasi kondisi yang sama.
3.
4.
5.
V PENUTUP Kesimpulan Berdasarkan pengujian dan analisis yang dilakukan pada simulasi telemetering frekuensi dan pelepasan beban, didapatkan kesimpulan berupa: 1. Pemanfaatan perangkat mikrokontroler dan zero crossing detector pada plant simulasi telemetering frekuensi dan pelepasan beban pada sistem island, dapat mendekati fungsi perangkat transducer yang digunakan oleh PT.PLN untuk mengukur besaran frekuensi. 2. Program HMI yang dibuat memiliki fungsi antara lain: monitoring (mengawasi kondisi dan status plant), data logging and storage, trending (menampilkan grafik secara real time dan historis). 3. Pelepasan beban dimulai saat frekuensi turun menjadi 48-49 Hz dengan status wilayah keja island Cilacap masih terhubung dengan interkoneksi Jawa Madura Bali. Saat frekuensi turun menjadi 46-47 Hz status island Cilacap berubah menjadi island tahap 1, sedangkan pada frekuensi 43-45 Hz island masuk ke dalam tahap 2. Pada saat frekuensi turun menjadi ≤ 42 Hz sistem berubah status menjadi host load (berbeban sendiri). 4. Simulasi penyambungan kembali beban, hanya memanfaatkan logika kebalikan (invers) dari algoritma pelepasan beban. Pada frekuensi tertentu beban dihubungkan kembali pada sistem dengan menutup kontak relay. 5. Pada plant simulasi telemetering frekuensi dan pelepasan beban pada sistem island, frekuensi ditampilkan dengan cara penjumlahan pulsa yang dihasilkan rangkaian zero crossing detector dalam 1 detik oleh perangkat mikrokontroler. A.
6.
dari rangkaian zero crossing detector, agar didapatkan nilai frekuensi yang lebih akurat. Sebaiknya untuk pengembangan plant simulasi telemetering frekuensi dan pelepasan beban pada sistem island, tahapan sinkronisasi dimasukkan ke dalam proses penyambungan beban kembali. Sebaiknya dibuat beberapa tombol kendali (control button) pada software tampilan HMI, agar pada keadaan apapun, pengendalian bukatutup relay dapat dilakukan dari layar HMI/SCADA. Pengembangan dengan penggunaan perangkat Programmable Logic Controller (PLC) sebagai unit pengendali pada perancangan tugas akhir ini dapat dilakukan agar penambahan perangkat input, output dan modul elektronik lainnya dapat lebih mudah dilakukan. PLC juga lebih handal dikarenakan PLC merupakan perangkat yang berbasis industri. Penggunaan perangkat lunak (software) khusus HMI/SCADA, misalnya Intouch Wonderware, Vijeo Citect, Intellution dan berbagai software berbasis industri lainnya akan memudahkan dalam membangun tampilan HMI/SCADA dan memudahkan dalam penambahan komponen dalam tampilan HMI/SCADA. DAFTAR PUSTAKA
[1]
Almanshury, M. Said, Studi Kasus: Monitoring Frekuensi Island di RJTD dengan menggunakan Jaringan Intranet, PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat Pengaturan Beban Jawa Bali, 2011. [2] Bailey, D. dan Wright E., Practical SCADA for Industry, Oxfort: Elsevier, 2003. [3] Ding, Duo., P.Z. David dan J. Wooyaoung, “A VoltageFrequency Island Aware Energy Optimization Framework for Networks-on-Chip”, Texas University, Amerika Serikat, 2008. [4] Handoko, Skripsi: Pemanfaatan Mikrokontroler ATMEL ATMEGA8515 sebagai Penghitung Frekuensi pada Generator Sinkron , Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, 2006. [5] Heryanto, M. Ary dan A.P. Wisnu, Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler AT MEGA 8535, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2008. [6] Kurniawan, M. Supono, Skripsi: Perancangan Simulasi Supervisory Controls and Data Acquisition (SCADA) pada Prototipe Sistem Listrik Redundant, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, 2012. [7] Pasand, S. dan Sayawe, H.M., “Design of New Load Shedding Special Protection Schemes for a Double Area Power System”, American Journal of Applied Sciences, 6 (2): 317-327, 2009. [8] Patriandari, Skripsi: Analisis Pengoperasian Speed Droop Governor sebagai Pengaturan Frekuensi pada Sistem Kelistrikan PLTU Gresik, Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2010. [9] Permana, Inggih Surya, Skripsi: Rancang Bangun Pengaturan Beban secara Elektronik pada Pembangkit Listrik”, Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronik Negeri Surabaya (PENS-ITS), Surabaya, 2010. [10] Pramono, J., M.C. Buwono dan Zamruni, Makalah Teknik Tenaga Listrik: Transmisi Tenaga Listrik, Teknik Elektro, Universitas Indonesia, Jakarta, 2010. [11] Sujatmoko, MN., “Dasar-Dasar Control Component Dan Sysmac”, Departement Manufaturing Engineering, PT. Omron Manufacturing Of Indonesia, 2000. [12] Tiyono, Agus, Skripsi: Sistem Telekontrol SCADA Dengan Fungsi Dasar Modbus menggunakan Mikrokontroler AT89S51 dan Komunikasi Serial RS48, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, 2007.
B.
Saran Pada pengembangan sistem lebih lanjut ada beberapa saran yang dapat dilakukan yaitu sebagai berikut: 1. Untuk keperluan pengembangan sebaiknya menggunakan masing-masing satu unit mikrokontroler untuk setiap island dan dihubungkan dalam satu jaringan lokal (local area network) dengan protokol komunikasi TCP/IP, agar simulasi lebih menggambarkan keadaan sesungguhnya di lapangan. 2. Sebaiknya pembacaan nilai frekuensi dilakukan dengan cara menghitung periode antar pulsa
9
[13] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Penerbit Gramedia, Jakarta, 1995. [14] ---, Daftar Istilah SCADA, http://www.dunialistrik.blogspot.com, Nopember 2011. [15] ---, Load Shedding (Pelepasan Beban), http://electricdot.wordpress.com, Nopember 2011. [16] ---, Load Frequency Control, http://imaduddin.wordpress.com, Nopember 2011. [17] ---, “Master Station: Spesifikasi Teknis Fungsi SCADA”, PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat Pengaturan Beban Jawa Bali, 2006. [18] ---, “Spesifikasi Sistem Otomasi Gardu Induk (SOGI)”, PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat Pengaturan Beban Jawa Bali, 2010. [19] ---, “Telekomunikasi Sistem Tenaga Listrik”, PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat Pengaturan Beban Jawa Bali, 2006. [20] --Datasheet IC phototransistor 4N35 ,http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/4N35html
Ridho Saputro Hutomo ( L2F 007 068 ) dilahirkan di Surabaya, 27 Desember 1989, Saat ini sedang menyelesaikan studinya di Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, konsentrasi Kontrol.
Mengetahui dan mengesahkan, Pembimbing I
Iwan Setiawan, ST, M.T NIP. 197309262000121001 Tanggal:____________
Pembimbing II
Dr. Aris Triwiyatno, ST, MT NIP. 197508091999031002 Tanggal:____________
10
