ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN ...repository.ump.ac.id/439/1/COVER_YOGA...

i

ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN

DENGAN PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM

PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

PT. INDO BHARAT RAYON

SKRIPSI

diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

YOGA YUNARTO

1203030009

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO

AGUSTUS 2016

ii

Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS


iv

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : YOGA YUNARTO

NIM : 1203030009

Prodi : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Universitas : Universitas Muhammadiyah Purwokerto

Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi ini adalah hasil karya

sendiri (ASLI) bukan hasil penjiplakan dari hasil karya orang lain dan tugas akhir

ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh

gelar akademis di Institusi Pendidikan.

Demikian surat pernyataan ini saya buat, dan apabila kelak dikemudian

hari terbukti ada unsur penjiplakan maka saya bersedia mempertanggungjawabkan

sesuai dengan ketentuan yang berlaku.

Purwokerto, Agustus 2016

Yang menyatakan


v

INTISARI

Pada sistem tenaga listrik, frekuensi merupakan indikator dari keseimbangan

antara daya yang dibangkitkan dengan total beban sistem. Pada skirpsi ini akan

membahas dan mempelajari mengenai kestabilan transien akibat adanya

pelepasan beban pada sistem tenaga listrik PT.Indo Bharat Rayon yang memiliki

pembangkit listrik tenaga uap. Pelepasan beban dilakukan sebagai usaha

memperbaiki kestabilan sistem yang terganggu akibat beban lebih. Pelepasan

beban diharapkan dapat memulihkan frekuensi dengan cepat. Terdapat tahapan-

tahapan yang dapat ditentukan dalam pelepasan beban. Untuk membuktikan

kefektifan dari skema pelepasan beban, dibuatlah simulasi generator lepas yang

menghasilkan ketidakseimbangan daya aktif antara daya yang dibangkitkan

dengan daya yang dibutuhkan beban. Simulasi ini akan dilakukan menggunakan

perangkat lunak ETAP 12.6. Dari simulasi, frekuensi sistem dapat pulih sekitar 2-

9 detik setelah terjadi gangguan tegantung pada besar kelebihan beban pada

sistem tenaga listrik.

Kata Kunci : kestabilan transien, pelepasan beban, frekuensi, pembangkit,

ETAP.


vi

ABSTRACT

In power system, the frequency is an indicator of the balance between the power

generated by the system load. This final report will discuss and learn about

transient stability due to the release of the load shedding on the power system

PT.Indo Bharat Rayon which has a steam power plant. Load shedding is carried

out as an effort to restore disturbance system stablity because of overload

condition. load shedding frequency is expected to restore generator quickly. There

are steps that can be specified in load shedding. To prove the effectiveness of

under frequency load shedding scheme, the final report makes some simulation

generators shed to make unbalance active power generation distric and load

distric. These simulations will be performed using ETAP 12.6. From the

simulation, the system frequency is able to recover about 2-9 seconds after

disturbance depends on magnitude of overload on the power system.

Keywords : transient stability, load shedding, frequency, power plant, ETAP.


vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena

atas rahmat serta kuasa-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini.

Mulai dari proses pembelajaran dan analisa yang telah dijalani. Shalawat serta

salam semoga selalu tercurah kepada Baginda Besar Nabi Muhammad SAW.

Penulisan skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh

gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Purwokerto. Judul yang penulis ajukan adalah “Analisa dan

Simulasi Stabilitas Transien dengan Pelepasan Beban pada Pembangkit Tenaga

Listrik PT. Indo Bharat Rayon”.

Tak lupa penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah serta inayah-Nya, sehingga

dapat menyelesaikan Tugas Akhir Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Purwokerto.

2. Kedua orang tua dan keluarga, yang senatiasa mendukung dan

mendoakan selama skipsi dilaksanakan.

3. Bapak Winarso selaku ketua program studi dan pembimbing yang selalu

mengarahkan mahasiswanya untuk menjadi pribadi yang sukses.


viii

4. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan sebagai pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam

penyusunan dan penulisan skripsi ini.

5. Bapak Hendra Ardyansyah Selaku Eletrician engineering power plant

PT. Indo Bharat Rayon yang telah mengijinkan saya untuk melakukan

penelitian serta memberikan arahan saat pengambilan data.

6. Seluruh keluarga besar Program studi Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Purwoketo yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu

Akhir kata saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala

kebaikan semua pihak yang telah membantu semoga skripsi ini dapat bermanfaat

bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Purwokerto, Agustus 2016

Yoga Yunarto


ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................................

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... iii

INTISARI ................................................................................................................ v

ABSTRACT ........................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ixiv

DAFTAR TABEL .............................................................................................. ixvii

BAB I ...................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2. Perumusan masalah .................................................................................. 2

1.3. Faedah Yang Diharapkan ......................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.5. Batasan Masalah ....................................................................................... 3


x

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II ..................................................................................................................... 6

LANDASAN TEORI .............................................................................................. 6

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 6

2.2 Sistem Tenaga Listrik .................................................................................... 7

2.2.1 Generator Sinkron ................................................................................... 9

2.2.2 Mekanisme Kerja PLTU ....................................................................... 12

2.3 Gangguan Beban Lebih ............................................................................... 15

2.3.1. Penanggulangan Untuk Beban Lebih .................................................. 16

2.3.2 Hubungan Antara Frekuensi dan Daya Aktif ....................................... 17

2.3.3 Kestabilan Transien Pada Sistem Tenaga ............................................. 20

2.4 Pelepasan Beban .......................................................................................... 23

2.4.1 Akibat Beban Lebih pada Sistem Tenaga Listrik ................................. 24

2.4.2 Pelepasan Beban Akibat Penurunan Frekuensi .................................... 25

2.4.3 Syarat Pelepasan Beban ........................................................................ 27

2.5 Penurunan Frekuensi Akibat Beban Lebih .................................................. 28

2.5.1 Laju Penurunan Frekuensi ........................................................................ 29

2.5.2 Pengaruh Konstanta Inersia Terhadap Penurunan Frekuensi ............... 30

2.5.3 Pengaruh Kelebihan Beban ................................................................... 32

2.6 Standar Frekuensi Kerja Generator Turbin Uap .......................................... 32


xi

2.7 Pengaturan Under Frequency Relay ............................................................ 34

2.7.1 Perkiraan Tahapan Frekuensi Acuan .................................................... 35

2.7.2 Koordinasi Under Frequency Relay dan Pemutus Tenaga ................... 40

2.7.3 Pengaturan waktu tunda ........................................................................ 40

2.8 Prioritas Beban ............................................................................................ 41

2.8.1 Jenis Beban yang Dilepaskan ............................................................... 41

2.9 Etap (Electrical Transient and Analysis Program) ..................................... 43

2.9.1 Analisa Kestabilan Kondisi Transien ................................................... 45

BAB III ................................................................................................................. 47

METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 47

3.1 Waktu Penelitian ......................................................................................... 47

3. 2 Objek Penelitian ......................................................................................... 47

3.3 Metode penelitian ........................................................................................ 47

3.3.1 Medote Kepustakaan............................................................................. 47

3.3.2 Simulasi ................................................................................................ 48

3.3.3 Skenario ................................................................................................ 48

3.3.4 Analisa sistem ....................................................................................... 48

3.4 Alat dan bahan ............................................................................................. 48

3.4.1 Alat penelitian ....................................................................................... 48

3.4.2 Bahan Penelitian ................................................................................... 49


xii

3.5 Jalan Penelitian ............................................................................................ 50

3.6 Sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon ............................................. 53

3.6.1 Unit Bisnis PT.Indo Bharat Rayon ....................................................... 53

3.6.2 Sistem Tenaga Listrik ........................................................................... 53

3.6.3 Sistem Pembangkit Listrik .................................................................... 54

3.6.4 Sistem Transmisi Dan Distribusi .......................................................... 56

3.6.5 Jenis Beban Pada sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon .......... 57

3.7 Peracangan Skenario Pelepasan Beban ....................................................... 58

3.7.1 Desain Diagram Satu Garis................................................................... 58

3.7.2 Skenario Kombinasi Generator Lepas ................................................. 59

3.7.3 Beban Yang Dilepas ............................................................................. 59

3.7.4 Tahap Frekuensi kerja ........................................................................... 61

3.7.5 Pengaturan Under Frequency Relay Pada Perangkat Lunak ETAP ..... 62

BAB IV ................................................................................................................. 64

SIMULASI DAN ANALISA ................................................................................ 64

4.1 Hasil Simulasi Skenario Pelepasan Beban .................................................. 64

4.1.1 TG-1 Lepas .......................................................................................... 65

4.1.2 TG-3 Lepas .......................................................................................... 69

4.1.3 Suplai PLN Lepas ................................................................................ 72

4.1.4 TG-1 dan TG-2 Lepas ......................................................................... 75


xiii

4.1.5 TG-2 dan TG-3 Lepas ......................................................................... 81

4.1.6 TG-2 dan Suplai PLN Lepas ............................................................... 86

4.1.7 TG-3 dan Suplai PLN Lepas ............................................................... 88

4.1.8 TG-2, TG-3 dan Suplai PLN Lepas .................................................... 91

4.1.9 TG-1, TG-2 dan Suplai PLN Lepas .................................................... 93

BAB V ................................................................................................................... 98

KESIMPULAN ..................................................................................................... 98

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 98

5.2 Saran .......................................................................................................... 101

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 102

LAMPIRAN ........................................................................................................ 104


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Rangkaian ekuivalen generator sinkron ............................................. 10

Gambar 2.2 Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap ....................................... 13

Gambar 2.3 ANSI/IEEE C37-106-2003 standar frekuensi kerja .......................... 33

Gambar 2.4 User interface perangkat Etap 12.6 .................................................... 44

Gambar 3.1 Diagram alir jalan penelitian ............................................................. 51

Gambar 3.2 Diagram Alir Simulasi Pelepasan Beban Menggunakan perangka

ETAP ............................................................................................... 52

Gambar 3.3 Peta Substation PT. Indo bharat rayon .............................................. 57

Gambar 4.1 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-1 lepas ................................... 66

Gambar 4.2 Perubahan daya aktif generator TG-2,dan TG-3 sebelum dan

setelah gangguan TG-1 lepas ........................................................... 66

Gambar 4.3 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator

TG-1 lepas ........................................................................................ 67

Gambar 4.4 Suplai daya aktif sebelum terjadi gangguan ...................................... 67

Gambar 4.5 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban ..................................... 69

Gambar 4.6 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-3 lepas ................................... 70


xv

Gambar 4.7 Perubahan daya aktif generator TG-1,dan TG-2 sebelum dan

setelah gangguan TG-3 lepas ........................................................... 70

Gambar 4.8 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator

TG-3 lepas ........................................................................................ 71

Gambar 4.9 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban .................................... 72

Gambar 4.10 Datar aksi stabilitas transien saat suplai PLN lepas ......................... 73

Gambar 4.11 Perubahan daya aktif Generator TG-1, TG-2,dan TG-3 sebelum

dan setelah gangguan Suplai PLN Lepas ......................................... 73

Gambar 4.12 Perubahan Frekuensi Sebelum dan setelah gangguan Suplai PLN

lepas ................................................................................................. 73

Gambar 4.13 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1 dan TG-2 lepas . 75

Gambar 4.14 Perubahan daya aktif generator TG-3 sebelum dan setelah

gangguan TG-1 dan TG-2 lepas ....................................................... 76

Gambar 4.15 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-1 dan

TG-2 lepas ........................................................................................ 76

Gambar 4.16 Suplai PLN Setelah Adanya Pelepasan Beban ................................ 78

Gambar 4.17 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali ............... 79

Gambar 4.18 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali .............. 79

Gambar 4.19 Perubahan suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali .......... 80

Gambar 4.20 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali ..................... 80

Gambar 4.21 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan TG-3

lepas .................................................................................................. 81


xvi

Gambar 4.22 Perubahan daya aktif generator TG-1 sebelum dan

setelah gangguan TG-2 dan TG-3 lepas .......................................... 82

Gambar 4.23 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-2 dan

TG-3 lepas ........................................................................................ 82

Gambar 4.24 Perubahan frekuensi sistem setelah beban dihubungkan kembali .. 83

Gambar 4.25 Perubahan Suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali .......... 84

Gambar 4.26 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .................... 85

Gambar 4.27 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ............. 85

Gambar 4.28 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan suplai PLN

lepas ................................................................................................. 86

Gambar 4.29 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-3 sebelum dan setelah

gangguan generator TG-2 dan suplai PLN lepas ............................. 87


TG-2 dan suplai PLN lepas .............................................................. 87

Gambar 4.31 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-3 dan suplai PLN

lepas ................................................................................................. 89

Gambar 4.32 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-2 sebelum dan setelah

gangguan generator TG-3 dan suplai PLN lepas ............................. 89


TG-3 dan suplai PLN lepas .............................................................. 90


xvii

Gambar 4.34 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2, TG-3 dan suplai

1PLN lepas ....................................................................................... 91

Gambar 4.35 Perubahan daya aktif Generator TG-1 sebelum dan setelah

gangguan generator TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas .................. 92


TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas ................................................... 92

Gambar 4.37 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1, TG-3 dan

suplai PLN lepas .............................................................................. 94

Gambar 4.38 Perubahan daya aktif generator TG-3 Sebelum dan setelah

gangguan generator TG-1, TG-2 dan suplai PLN lepas .................. 94

Gambar 4.39 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator

TG-2, TG-1 dan suplai PLN lepas ................................................... 95

Gambar 4.40 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ............. 96

Gambar 4.41 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .................... 96

Gambar 4.42 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali .............. 97


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Kapasitas Generator PT. Indo Bharat Rayon ......................................... 55

Tabel 3.2 Skenario Generator Lepas ...................................................................... 59

Tabel 3.3 Skema Beban yang dilepas PT.Indo Bharat Rayon .............................. 60

Tabel 3.4 Hasil Perkiraan Frekuensi Trip .............................................................. 62

Tabel 3.5 Frekuensi Acuan Skema Pelepasan Beban Akibat Frekuensi Rendah

Hasil Perhitungan ................................................................................ 62

Tabel 3.6 Pengaturan Under Frequency Relay pada ETAP 12.6 ........................... 63

Tabel 4.1 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 Lepas .............. 65

Tabel 4.2 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 Lepas .............. 69

Tabel 4.3 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Suplai PLN Lepas................ 72

Tabel 4.4 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 dan TG2

Lepas ................................................................................................... 75

Tabel 4.5 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik KetikaTG-2 dan TG-3

Lepas ................................................................................................... 81

Tabel 4.6 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2 dansuplai PLN

Lepas ................................................................................................... 86


xix

Tabel 4.7 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 suplai PLN

Lepas ................................................................................................... 88

Tabel 4.8 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2,TG-3 suplai PLN

Lepas ................................................................................................... 91

Tabel 4.9 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1,TG-2 suplai PLN

Lepas ................................................................................................... 93


ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN ...repository.ump.ac.id/439/1/COVER_YOGA...

Documents

Transcript of ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN ...repository.ump.ac.id/439/1/COVER_YOGA...