MAKALAH

JARINGAN TEGANGAN MENENGAH

“UPAYA STABILISASI FREKUENSI PADA SISI GENERATOR

GUNA MENJAGA MUTU PENYEDIAAN ENERGI LISTRIK”

DOSEN PEMBIMBING

Yusnan Badruzzaman, M.Eng.

Disusun Oleh :

Zuhri Arieffasa Suffaturrachman

NIM. 3.39.13.3.24

LT-3D

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2015

2

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penyusun haturkan kehadirat Allah SWT, sehingga penyusun dapat

menyelesaikan penyusunan Makalah Jaringan Tegangan Menengah dengan judul “Upaya Stabilisasi

Frekuensi Pada Sisi Generator Guna Menjaga Mutu Penyediaan Energi Listrik” dengan baik.

Shalawat dan salam penyusun haturkan kepada suri tauladan Nabi Muhammad SAW.

Penyusun mengucapkan terimakasih kepada orangtua penyusun yang senantiasa mengiringi

langkah kaki penyusun dalam menuntut ilmu dengan iringan doa. Ucapan terimakasih juga penyusun

haturkan kepada Bapak Yusnan Badruzzaman, S.T.,M.Eng. selaku dosen pembimbing Mata Kuliah

Jaringan Tegangan Menengah yang telah membimbing penyusun selama proses belajar. Semoga ilmu

yang telah diajarkan dapat membuahkan hasil yang positif di masa depan karir penyusun. Selain itu,

penyusun juga mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan Kelas LT-3D Politeknik Negeri

Semarang Tahun Ajaran 2015/2016. Berkat semangat dari rekan-rekan, makalah ini dapat selesai

sesuai waktu yang ditentukan.

Makalah ini disusun dengan tujuan untuk memberikan pengetahuan bagi pembaca mengenai

frekuensi standar dalam transmisi energi listrik serta upaya stabilisasinya. Mengingat banyak faktor

yang berpotensi menjadi nilai frekuensi berubah, maka PLN sebagai institusi resmi Negara Indonesia

perlu melakukan pengupayaan agar nilai frekuensi tidak berubah lebih dari standar. Tujuan akhir dari

pengupayaan tersebut adalah untuk menjaga keandalan sistem transmisi dan distribusi energi listrik.

Pada akhirnya, penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.

Hal tersebut penyusun gunakan agar penyusun dapat memperbaikinya. Semoga makalah ini dapat

bermanfaat dan dapat menambah wawasan bagi para pembaca pada umumnya, dan bagi penyusun

pada khususnya.

Semarang, November 2015

Penyusun

3

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................................................2

DAFTAR ISI...........................................................................................................................................3

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................................4

1.1. Latar Belakang ............................................................................................................................4

1.2. Tujuan .........................................................................................................................................4

1.3. Rumusan Masalah .......................................................................................................................5

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

2. 1. Frekuensi Pada Sistem Tenaga Listrik........................................................................................6

2. 2. Kestabilan Frekuensi...................................................................................................................6

2. 3. Menjaga Kestabilan Frekuensi pada Sisi Generator ...................................................................8

BAB III PENUTUP ..............................................................................................................................11

3. 1. Simpulan ...................................................................................................................................11

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................................................12

4

BAB I

PENDAHULUAN

Bab I mengenai Pendahuluan ini menguraikan kondisi penyediaan tenaga listrik beserta

beberapa permasalahan yang terkait dengan stabilisasi frekuensi untuk menjaga mutu penyediaan

tenaga listrik. Pembahasan diawali dengan menguraikan peran penting dari tenaga listrik, kebijakan

yang ada, dan permasalahan yang terkait dengan tuntutan peningkatan efisiensi produksi. Selanjutnya,

secara ringkas akan diuraikan tentang perumusan masalah dan tujuan disusunnya makalah ini.

1.1. Latar Belakang

Pada era globalisasi seperti saart ini, listrik merupakan kebutuhan primer bagi seluruh

umat manusia. Hampir semua aspek kehidupan yang melibatkan manusia ditunjang dengan

energi listrik. Mulai dari penerangan, pemanas, pendingin, telekomunikasi, hingga media

informasi dengan teknologi yang mumpuni.

Pada dasarnya, energi listrik dibangkitkan oleh pembangkit dengan generator sebagai

perangkat utamanya. Generator berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Selanjutnya energi listrik yang telah dibangkitkan tersebut ditransmisikan dan didistribusikan

kepada pengguna energi listrik untuk dikonsumsi.

Energi listrik sebagai kebutuhan primer manusia harus digunakan secara bijaksana,

produktif, dan efisien agar energi dapat dikonsumsi secara merata oleh seluruh penghuni di

muka bumi. Namun persoalan kerapkali muncul ketika terdapat gangguan-gangguan yang

menghalangi tersampaikannya energi listrik dengan baik dan sesuai porsinya. Hal tersebut

dapat terjadi karena proses penyampaian energi listrik dari pembangkitan ke konsumen

menggunakan beberapa perantara yang memiliki rugi-rugi.

Terdapat beberapa aspek sebagai syarat tersampaikannya energi listrik dengan baik

dan efisien. Salah satunya adalah besar frekuensi energi listrik yang memiliki batas-batas

tertentu, diamana PLN sebagai institusi resmi dalam bidang energi listrik memiliki kewajiban

untuk mengupayakan agar besar frekuensi dari pembangkit hingga konsumen sesuai standar.

Maka dari itu, pada makalah ini penyusun akan memberikan sedikit penjelasan mengenai

upaya stabilisasi frekuensi guna penyediaan energi listrik yang optimal, produktif, dan efisien,

1.2. Tujuan

1. Mengetahui fungsi frekuensi pada Sistem Tenaga Listrik.

2. Mengetahui penyebab ketidakstabilan frekuensi.

3. Mengetahui cara menstailkan frekuensi dari sisi generator

5

1.3. Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan frekuensi pada Sistem Tenaga Listrik?

2. Mengapa besar frekuensi harus stabil?

3. Bagaimana cara menjaga kestabilan frekuensi pada sisi generator?

6

BAB II

PEMBAHASAN

2. 1. Frekuensi Pada Sistem Tenaga Listrik

Pada Sistem Tenaga Listrik, frekuensi merupakan indikator dari keseimbangan antara

daya yang dibangkitkan dengan total beban sistem. Frekuensi sistem akan turun bila terjadi

kekurangan pembangkitan atau kelebihan beban. Penurunan frekuensi yang besar dapat

mengakibatkan kegagalan-kegagalan unit-unit pembangkita secara beruntun yang

menyebabkan kegagalan sistem secara total. Pelepasan sebagian beban secara otomatis dengan

menggunakan rele frekuensi (under frequency relay) dapat mencegah penurunan frekuensi dan

mengembalikannya ke kondisi frekuensi yang normal. Dengan semakin berkembangnya

sistem tenaga listrik dan dengan adanya pembangkit-pembangkit baru yang masuk dalam

sistem interkoneksi, maka penyetelan rele frekuensi sudah perlu ditinjau kembali.

2. 2. Kestabilan Frekuensi

Salah satu karakteristik pada sistem tenaga listrik yang sangat penting untuk dijaga

kestabilannya adalah frekuensi. Pentingnya menjaga frekuensi berkaitan erat dengan upaya

untuk menyediakan sumber energi yang berkualitas bagi konsumen. Pasokan energi dengan

frekuensi yang berkualitas baik akan menhindarkan peralatan konsumen dari kerusakan

(umumnya alat hanya dirancang untuk dapat bekerja secara optimal pada batasan frekuensi

tertentu saja - 50 s.d 60 Hz).

Pengendalian frekuensi tidak semata untuk memuaskan pelanggan semata, tindakan ini

juga bertujuan untuk menjaga kestabilan sistem. Bagaimanakah hubungan antara frekuensi

dan kestabilan sistem? Beberapa baris tulisan berikut mungkin dapat menjelaskan hal ini.

Pertama kita lihat hubungan antara torsi mekanik (Tm), torsi elektrik (Te), jumlah total

moment inersia dari rotor (J), dan percepatan angular dari rotor

Dari rumus diatas terlihat bahwa ketika :

a. Torsi mekanik = torsi elektrik maka Ta=0 yang berarti pula tidak ada percepatan yang

dialami oleh rotor. Karena tidak ada percepatan, maka rotor berputar pada kecepatan

yang tetap sehingga mengahasilkan tegangan dengan frekuensi yang konstan. Keadaan

ini terjadi ketika tercapai keseimbangan antara jumlah energi yang dibangkitkan dengan

energi yang diserap beban.

7

b. Tm > Te maka tercipta kelebihan torsi sebesar Ta yang menyebabkan timbulnya

percepatan rotor sebesar sehingga frekuensi tegangan yang dibangkitkan naik

sampai tercapai nilai tertentu dan tercipta keseimbangan baru antara Tm dan Te.

c. Tm < Te maka tercipta kekurangan torsi sebesar Ta yang menyebabkan timbulnya

perlambatan rotor sebesar sehingga frekuensi tegangan yang dibangkitkan turun

sampai tercapai nilai tertentu di titik B dan tercipta keseimbangan baru antara Tm dan

Te.

Ilustrasi gambar dibawah menunjukan bahwa ketidakseimbangan antara pembangkitan

dan beban akan menyebabkan frekuensi bergeser dari nilai normalnya. Dalam hal ini ketika

Pembangkitan > beban maka frekuensi sistem akan > 50 Hz, begitu pula sebaliknya. Oleh

karena itu perlu selalu dijaga keadaan yang seimbang antara pembangkitan dan beban agar

tercipta frekuensi sitem yang normal 50 Hz.

Penanganan ketika tejadi keadaan dimana frekuensi < 50 Hz dapat dilakukan dengan

cara:

1. Menambahkan jumlah total energi yang di suplai ke sistem melalui cara menambah unit

pembangkit yang bekerja.

2. Memanfaatkan fasilitas LFC (load Frequency Control)/AGC yang mengendalikan

putaran generator sesuai dengan fluktuasi beban. Ketika beban besar makan AGC akan

memberikan bahan bakar lebih banyak agar unit pembangkit dapat membangkitkan

energi sesuai yang dibutuhkab oleh beban.

3. Apabila unit pembangkit sudah beroperasi maksimal, maka dengan terpaksa harus

dilakukan pengurangan beban melalui manual load shedding (pembuangan beban)

ataupun melaui relai UFR yang bekerja ketika frekuensi sistem berada dibawah nilai

settingnya.

8

2. 3. Menjaga Kestabilan Frekuensi pada Sisi Generator

Pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator, kemudian secara

sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan generator tersebut,

selanjutnya menghidupkan lagi generator berikutnya dan memparalelkan dengan generator

pertama untuk memikul beban yang lebih besar lagi. Saat generator kedua diparalelkan dengan

generator pertama yang sudah memikul beban diharapkan terjadinya pembagian beban yang

semula ditanggung generator pertama, sehingga terjadi kerjasama yang meringankan sebelum

beban-beban selanjutnya dimasukkan.

Seberapa besar pembagian beban yang ditanggung oleh masing-masing generator yang

bekerja paralel akan tergantung jumlah masukan bahan bakar dan udara untuk pembakaran

mesin diesel, bila mesin penggerak utamanya diesel atau bila mesin-mesin penggeraknya lain

maka tergantung dari jumlah (debit) air ke turbin air, jumlah (entalpi) uap/gas ke turbin

uap/gas atau debit aliran udara ke mesin baling-baling.

Jumlah masukan bahan bakar/ udara, uap air/ gas atau aliran udara ini diatur oleh

peralatan atau katup yang digerakkan governor yang menerima sinyal dari perubahan

frekuensi listrik yang stabil pada 50Hz, yang ekivalen dengan perubahan putaran (rpm) mesin

penggerak utama generator listrik. Bila beban listrik naik maka frekuensi akan turun, sehingga

governor harus memperbesar masukan ( bahan bakar/udara, air, uap/gas atau aliran udara) ke

mesin penggerak utama untuk menaikkan frekuensinya sampai dengan frekuensi listrik

kembali ke normalnya. Sebaliknya bila beban turun, governor mesin-mesin pembangkit harus

mengurangi masukan bahan bakar/udara, air, uap air/gas atau aliran udara ke mesin-mesin

penggerak sehingga putarannya turun sampai putaran normalnya atau frekuensinya kembali

normal pada 50 Hz. Bila tidak ada governor maka mesin-mesin penggerak utama generator

akan mengalami overspeed bila beban turun mendadak atau akan mengalami overload bila

beban listrik naik.

Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator menghasilkan keluaran

arus yang dapat diatur dari 0 persen sampai dengan 100 persen kemampuannya. Jadi masukan

ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran arus generatornya atau dengan kata lain

pengaturan governor 0 persen sampai dengan 100 persen sebanding dengan arus generator 0

persen sampai dengan 100 persen pada tegangan dan frekuensi yang konstan.

Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan sinyal masukan dari keluaran arus

generator berupa elektris, sehingga masukan ini perlu diubah ke mekanis dengan

menggunakan elektric actuator untuk menggerakkan motor listrik yang menghasilkan gerakan

mekanis yang diperlukan oleh governor.

Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya disamakan

tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban listrik tidak akan

dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran tegangan dan frekuensinya selama

9

beban masih dibawah kapasitas total paralelnya, sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak

digunakan sebagai sumber sinyal bagi governor.

Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator sebagai sumber sinyal

pembagian beban sistem paralel generator-generator tersebut. Saat diparalelkan pembagian

beban generator belum seimbang/sebanding dengan kemampuan masing-masing generator.

Alat pembagi beban generator dipasangkan pada masing-masing rangkaian keluaran generator,

dan masing-masing alat pembagi beban tersebut dihubungkan secara paralel satu dengan

berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masing-masing generator

dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing generator.

Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban akan merupakan

petunjuk posisi governor berapa persen , atau arus yang lewat berapa persen dari kemampuan

generator. Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alat-alat pembagi beban dengan

jumlah arus kemampuan generator -generator yang beroperasi paralel dikalikan 100 ( persen )

merupakan nilai posisi governor yang harus dicapai oleh setiap mesin penggerak utama

sehingga menghasilkan keluaran arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan

masing-masing generator.

Bila ukuran generator sama maka jumlah arus yang dideteksi oleh masing-masing alat

pembagi beban dibagi jumlah generator merupakan arus beban yang harus dihasilkan oleh

generator setelah governornya diubah oleh electric actuator yang menerima sinyal dari alat

pembagi beban sesaat setelah generator diparalelkan .

Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan komponen-

komponen seperti berikut : trafo arus, trafo tegangan (sebagai pencatu daya), electric actuator,

potensiometer pengatur kecepatan dan saklar-saklar bantu.

Trafo arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai dengan sebesar

arus sinyal yang sesuai untuk alat pembagi beban generator (biasanya maksimum 5 A atau =

100 persen kemampuan maksimum generator).

Trafo tegangan berfungsi sebagai sumber daya bagi alat pembagi beban, umumnya

dengan tegangan 110 V AC, 50 Hz; dibantu adapter untuk keperluan tegangan DC. Electric

actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sehingga mampu

menggerakkan motor DC di governor sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang

diharapkan.

Potensiometer pengatur kecepatan adalah alat utama untuk mengatur frekuensi dan

tegangan saat generator akan diparalelkan atau dalam proses sinkronisasi. Tegangan umumnya

sudah diatur oleh AVR, sehingga naik turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan

putaran mesin penggerak. Setelah generator dioperasikan paralelkan atau sudah sinkron

dengan yang telah beroperasi kemudian menutup Mccb generator, fungsi potensiometer

pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban generator. Untuk lebih akuratnya

10

pengaturan kecepatan dalam proses sinkronisasi secara manual, biasanya terdapat

potensiometer pengatur halus dan potensiometer pengatur kasar.

Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh SPM (modul

pemaralel generator) dengan mengatur tegangan dan frekuensi keluaran dari generator,

kemudian mencocokan dengan tegangan dan frekuensi sistem yang sudah bekerja secara

otomatis, setelah cocok memberikan sinyal penutupan ke Mccb generator sehingga bergabung

dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat dilihat dalam satu

panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa generator dimana masing-masing panel

generator mempunyai saklar sinkron disamping SPM-nya.

Setelah generator beroperasi secara paralel, generator-generator dengan alat pembagi

bebannya selalu merespon secara aktif segala tindakan penaikan atau penurunan beban listrik,

sehingga masing-masing generator menanggung beban dengan prosentasi yang sama diukur

dari kemampuan masing-masing

11

BAB III

PENUTUP

3. 1. Simpulan

1. Frekuensi merupakan indikator dari keseimbangan antara daya yang dibangkitkan dengan

total beban sistem.

2. Terdapat beberapa cara untuk ditangani apabila frekuensi < 50 Hz, yaitu

a. Menambahkan jumlah total energi yang di suplai ke system;

b. Memanfaatkan fasilitas LFC untuk mengendalikan putaran generator; atau

c. Melakukan pengurangan beban.

3. Alat pembagi beban generator merupakan peralatan otomatis yang menyeragamkan

operasi governor dalam menaikkan atau menurunkan power mesin atau daya generator

sesuai perubahan bebannya, dan sangat diperlukan bila memiliki lebih dari dua generator

dengan karakteristik yang berbeda yang beroperasi secara paralel.

4. Dengan alat pembagi beban generator, maka setiap generator mempunyai faktor

penggunaan (beban maksimum dibagi kapasitas generator) yang sama dan kecil yang

berarti bagus. Alat pembagi beban generator hanya bisa diterapkan pada generator set-

engine yang mempunyai governor dan bisa dikembangkan untuk sistem kontrol yang lebih

lanjut seperti kontrol dengan distributed control system (DCS).

12

DAFTAR PUSTAKA

Hadisasono, Kondang. 2001. Alat Pembagi Beban Generator.

http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1093850391&9. Diunduh Pada 30 Oktober

2015.

Marsudi, Djiteng. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Jakarta : Egraha Ilmu.

Marsudi, Djiteng. 2011. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta : Erlangga.

Patriandari. 2010. Presentasi : Analisis Pengoperasian Speed Drop Governor Sebagai Pengaturan

Frekuensi Pada Sistem Kelistrikan PLTU Gresik. Institut Teknologi Yogyakarta. Diunduh Pada

30 Oktober 2015.

Said, Sri Mawar. 2009. Presentasi : Pelepasan Beban Menggunakan Under Frequency Relay Pada

Pusat Pembangkit Tello. Diunduh pada 30 Oktober 2015.

Sofwan, A., B. Utomo. 2009. Presentasi : Sistem Proteksi Terhadap Kestabilan Frekuensi Untuk

Pelepasan Beban Berbasis Fuzzy Logic Control. Diunduh Pada 30 Oktober 2015.