KESTABILAN SISTEM TENAGA LISTRIK

Pengertian KestabilanSuatu sistem tenaga listrik yang baik harus memenuhi beberapa syarat, seperti realibity, quality dan stability. Realibility adalah kemampuan suatu sistem untuk menyalurkan daya atau energi secara terus menerus. Quality adalah kemampuan sistem tenaga listrik untuk menghasilkan besaran-besaran standar yang ditetapkan untuk tegangan dan frekuensi. Sedangkan stability adalah kemampuan dari sistem untuk kembali bekerja secara normal setelah mengalami suatu gangguan. Dalam sistem tenaga listrik yang baik maka ketiga syarat tersebut harus dipenuhi yaitu sistem harus mampu memberi pasokan listrik secara terus menerus dengan standar besaran untuk tegangan dan frekuensi sesuai dengan aturan yang berlaku dan harus segera kembali normal bila sistem terkena gangguan.Stabilitas sistem tenaga lisitrik merupakan karakteristik sistem tenaga yang memungkinkan mesin bergerak serempak dalam sistem pada operasi normal dan dapat kembali dalam keadaan seimbang setelah terjadi gangguan. Secara umum permasalahan stabilitas sistem tenaga listrik terkait dengan kestabilan sudut rotor (rotor angle stability) dan kestabilan tegangan (voltage stability). Klasifikasi ini berdasarkan rentang waktu dan mekanisme terjadinya ketidakstabilan. Kestabilan sudut rotor di klasifikasikan menjadi Small Signal Stability dan Transient Stability. Small Signal Stability adalah kestabilan sistem untuk gangguan-gangguan kecil dalam bentuk osilasi elektromekanik yang tak teredam, sedangkan Transient Stability dikarenakan kurang sinkronnya torsi dan diawali dengan gangguan-gangguan besar.Analisa kestabilan biasanya digolongkan kedalam tiga jenis, tergantung pada sifat dan besarnya gangguan yaitu :1. Kestabilan keadaan tetap (Steady State Stability)2. Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)3. Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability)Stabilitas keadaan tetap (steady-state stability) dapat didefinisikan sebagai kemampuan sistem tenaga listrik untuk tetap menjaga sinkronisasi diantara mesin dalam sistem dan saluran eksternal apabila terjadi perubahan beban baik secara normal ataupun lambat. Stabilitas steady-state bergantung kepada batas-batas transmisi dan kapasitas pembangkitan dan efektifitas perangkat kontrol automatis, terutama untuk regulasi tegangan automatis (AVR) pada generator. Pernyataan diatas juga berlaku untuk kestabilan transien dan dinamik.Kestabilan Peralihan (Transient Stability)Stabilitas peralihan adalah kemampuan sistem untuk mencapai titik keseimbangan/sinkronisasi setelah mengalami gangguan yang besar sehingga sistem kehilangan stabilitas karena gangguan terjadi diatas kemampuan sistem. Analisis kestabilan peralihan merupakan analisis yang utama untuk menelaah perilaku sistem daya misalnya gangguan yang berupa :1. Perubahan beban yang mendadak karena terputusnya unit pembangkit.2. Perubahan pada jaringan transmisi misalnya gangguan hubung singkat atau pemutusan saklar (switching).Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)Stabilitas dinamis adalah kemampuan sistem untuk tetap pada kondisi sinkron setelah ayunan pertama (periode stabilitas transien) hingga sistem mencapai kondisi equilibrium steady-state yang baru. Selama periode ini, governor membuka atau menutup katup, sabagaimana diperlukan, untuk meningkatkan atau menurunkan energi input pada prime mover, dan operasi kontroler saluran untuk mengembalikan aliran daya pada saluran ke kondisi normal. Apabila sistem stabil secara dinamis, osilasi akan diredam, yaitu, pengurangan pada magnitude, dan setelah beberapa kali ayunan sistem akan berada pada kondisi equilibrium steady-state.

Persamaan Ayunan (Swing Equation)Untuk melakukan analisis kestabilan suatu sistem tenaga listrik, maka hal pertama yang harus dilakukan adalah membangun model matematika yang dapat menggambarkan dinamika sistem tenaga listrik saat ada gangguan besar. Model matematika yang dipakai untuk pembangkit listrik adalah persamaan ayunan (swing equation). Persamaan ayunan adalah persamaan yang mengatur gerakan rotor suatu mesin serempak didasarkan pada prinsip dalam dinamika yang menyatakan : Momen putar percepatan (accellarating torque) adalah hasil kali momen kelembaban (moment of inertia) rotor dan percepatan sudutnya.Untuk generator serempak, persamaan ayunan ditulis :(2.1)Dengan :J= Momen inersia dari massa motor [kg-m2]m=Pergeseran sudut rotor terhadap sumbu stasioner (radian-mekanis) []t= Waktu [detik]Tm= Waktu putar mekanis atau poros (penggerak) yang diberikan olehpenggerak mula dikurangi dengan momen putar perlambatan (retarding) yang disebabkan oleh rugi-rugi perputaran [N-m]Te= Momen putar elektris [N-m]Jika Tm dan Te dianggap positif untuk generator serempak berarti bahwa Tm adalah resultan momen putar poros yang mempunyai kecenderungan untuk mempercepat rotor dalam arah m yang positif. Prinsip dasar ini dilustrasikan pada gambar berikut : (a)Generator(b) Motor Representasi Suatu Rotor Mesin yang Membandingkan Arah Perputaran Serta Medan Putar Mekanis dan Elektris

Aliran tenaga mekanik dan listrik di generator dan motor

Faktor-Faktor dalam Masalah KestabilanFaktor-faktor utama dalam masalah stabilitas adalah:1. Faktor mekanis dapat berupa:a. Torsi input prime bebanb. Inersia dari prime mover dan generatorc. Inersia motor dan sumbu beband. Torsi input sumbu beban2. Torsi elektris berupa:a. Tegangan internal dari generator sinkronb. Reaktansi systemc. Tegangan internal dari motor sinkron

Gangguan terhadap StabilitasPengaruh Gangguan Hubung Singkat terhadap KestabilanGangguan hubung singkat dapat menyebabkan tegangan pada daerah gangguan menjadi bernilai nol, sehingga hal ini dapat menyebabkan Pm > Pe, yang mengakibatkan percepatan rotor generator.Pengaruh Starting Motor terhadap KestabilanArus yang besar pada saat starting motor dengan power factor yang rendah akan menyebabkan terjadinya drop tegangan pada system tenaga listrik. Besarnya arus tersebut juga menyebabkan rugi-rugi daya aktif pada saluran bertambah besar sehingga dapat menurunkan frekuensi dari generator.

Penambahan Beban secara Tiba TibaPenambahan beban pada suatu sIstem tenaga listrik dapat mengakibatkan timbulnya gangguan peralihan. Jika beban dinaikkkan sampai terjadi osilasi, maka menyebabkan system mengalami ayunan yang melebihi titik kritis yang tidak dapat kembali seperti semula.

Beban-Beban PentingBeban-beban yang penting ialah beban-beban yang memegang peranan dalam proses suatu produksi dimana bila terjadi suatu gangguan dapat menyebabkan berhentinya operasional pabrik atau merusak/mengurangi mutu dan hasil produksi tersebut. Pada proses pelepasan beban perlu direncanakan sebelumnya beban-beban yang akan dilepas, dengan urutan prioritas. Prioritas utama yaitu beban-beban yang kurang penting, karena beban-beban penting perlu mendapat pelayanan listrik secara berkelanjutan (continue). Dalam pelaksanaannya pelepasan beban dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu:1. Pelepasan Beban Secara Manual (Manual Load Shedding)Pelepasan beban secara manual hanya berlaku pada kondisi system yang tidak kritis. Selain itu, operator harus mengambil inisiatif sendiri untuk melepaskan sebagian beban. Kekurangan-kekurangan pelepasan beban secara manual adalah sebagai berikut :a) Diperlukan operator yang banyakb) Dapat terjadi pelepasan beban berlebih (overshedding)c) Keterlambatan waktu bertindaknya operator2. Pelepasan Beban Secara Otomatis (Automatic Load Shedding)Sistem pelepasan beban otomatis seringkali merupakan perpanjangan relay pengaman generator seperti Under frequency Relay (UFR). Relay ini digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan frekuensi generator dan sistem sampai kepada batas-batas tertentu. Beban-beban yang akan dilepaskan harus ditentukan dahulu dan akan secara bertahap pada tiap-tiap frekuensi yang telah ditentukan.