Tugas Akhir Pak Deni Siap Cetak_iqbal

Ujian Akhir Semester Perencanaan Kualitas Daya

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 2

BAB II FENOMENA ....................................................................................................... 4

BAB III KARAKTERISTIK (PARAMETER) ............................................................... 5

3.1. Keseimbangan Daya ............................................................................................. 5

3.2. Frekuensi Sistem .................................................................................................... 5

3.3. Droop generator ..................................................................................................... 6

3.4. Karakteristik Jaringan Frekuensi Daya .................................................................. 7

BAB IV SUMBER............................................................................................................... 8

BAB V EFEK....................................................................................................................... 9

5.1. Pengaruh frequency variation terhadap actuation motor ...................................... 9

5.2. Bank kapasitor dan Filter Harmonis ...................................................................... 9

5.3. Transformers dan Koil pada Power Network ...................................................... 10

BAB VI MITIGASI........................................................................................................... 12

BAB VII STANDAR......................................................................................................... 15

BAB VIII PENGUKURAN............................................................................................... 16

BAB IX EVALUASI.......................................................................................................... 18

BAB X STUDI KASUS..................................................................................................... 22

BAB XI KESIMPULAN.................................................................................................... 27

LAMPIRAN....................................................................................................................... 28

KELOMPOK 5


BAB I

PENDAHULUAN

Pemadaman listrik yang terlalu sering dengan waktu padam yang lama dan frekuensi yang tidak stabil merupakan refleksi dari keandalan kualitas listrik yang kurang baik, dimana akibatnya dapat dirasakan secara langsung oleh pelanggan.

Sistem tenaga listrik yang andal dan energi listrik dengan kualitas yang baik atau memenuhi standar, mempunyai kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat modern karena peranannya yang dominan dibidang industri, telekomunikasi, teknologi informasi, pertambangan, transportasi umum dan lain – lain yang semuanya itu dapat beroperasi karena tersedianya energi listrik. Perusahaan – perusahaan yang bergerak di bidang sebagaimana disebut di atas akan mengalami kerugian yang cukup besar jika terjadi pemadaman listrik tiba – tiba atau frekuensi yang tidak stabil, dimana aktifitasnya akan terhenti atau produk yang dihasilkan menjadi rusak atau cacat.

Negara – negara yang memiliki sistem pembangkit, transmisi dan distribusi energi listrik dengan teknologi dan peralatan mutakhir serta manajemen yang baik seperti Amerika Serikat, Jepang, Perancis dan negara – negara maju lainnya benar – benar memberikan perhatian khusus terhadap keandalan dan kualitas listrik karena pengaruhnya yang krusial terhadap roda perekonomian.

Hasil penelitian di Amerika menunjukkan adanya kerugian di berbagai sektor bisnis sebesar $104 - $164 billion pertahun akibat adanya interupsi dan diperkirakan terdapat kerugian $15 - $24 billion akibat masalah power quality yang lain.

Dengan demikian, semakin jelaslah bahwa power quality sangat penting adanya. Masalah power quality adalah persoalan perubahan bentuk tegangan, arus atau frekuensi yang bisa menyebabkan kegagalan atau misoperation peralatan, baik milik PLN maupun milik konsumen, artinya masalah power quality adalah masalah PLN dan konsumen.

Permasalahan Power Quality meliputi permasalahan – permasalahan berikut ini;

1. Transient2. Short – duration variation3. Long – duration variation4. Voltage unbalance5. Wafeform distortio6. Voltage fluctuation, dan7. Power Freqwency variation

Masalah terakhir inilah, yaitu freqwency variation yang akan dibahas dalam makalah ini.

Frekuensi merupakan salah satu parameter yang menentukan keandalan dan kualitas listrik. Frekuensi adalah jumlah siklus arus bolak – balik (AC) per detik. Beberapa negara, termasuk Indonesia menggunakan frekuensi listrik standar sebesar 50 Hz.

Frekuensi listrik ditentukan oleh kecepatan perputaran dari turbin sebagai penggerak mulaSebagaimana kita tahu, frekuensi nominal yang keluar dari pembangkit hanya ada dua, yaitu

frekuensi 50 Hz atau frekuensi 60 Hz. Freqwency variation ini adalah menyimpangnya frekuensi dari frekuensi nominal. Freqwency variation ini dapat disebabkan oleh tidak menentunya operasi pembangkit atau tidak stabilnya sumber daya.

KELOMPOK 5


Freqwency variation merupakan kejadian dimana frekuensi berubah – ubah alias tidak stabil. Gangguan ini dapat menyebabkan hilangnya data pada suatu PC, sistem menjadi crash dan rusaknya peralatan

Gangguan – gangguan yang terjadi pada sistem frekuensi:1. Penyimpangan terus – menerus (continous deviation), yaitu frekuensi berada di luar

batasnya pada saat yang lama (secara terus – menerus), frekuensi standar 50 Hz dengan toleransi 0,6 Hz

2. Penyimpangan sementara (Transient deviation), yaitu penurunan atau penaikan frekuensi secara tiba – tiba dan sesaat.

KELOMPOK 5


BAB II

FENOMENA

Fenomena berasal dari bahasa yunani yaitu phainomenon yang berarti apa yang terlihat. Dalam bahasa indonesia, fenomena ini bisa berarti gejala, hal – hal yang dirasakan atau kejadian nyata.

Dalam hubungannya frekuensi variation, gejala – gejala ini sebenarnya tidak begitu dapat dirasakan. Bahkan gangguan ini pun jarang sekali orang yang sadar akan kedatangannya. Biasanya orang mengetahui kalau ada gangguan berupa frekuensi variation ketika perlatannya sudah rusak. Peralatan – peralatan seperti PC sangat rentan terhadap gangguan ini. Akibat yang paling fatal adalah peralatan tiba – tiba shut down, akibatnya banyak data yang hilang, sistem menjadi crash dan akhirnya peralatan rusak.

Jika kita memperhatikan lebih dalam lagi, sebenarnya fenomena yang dapat terlihat adalah bertambahnya atau berkurangnya kecepatan putar suatu motor. Jika tiba – tiba kita menemukan motor berputar lebih cepat atau lebih lambat dari seharusnya, maka ini adalah indikasi terjadinya freqwency variation.

KELOMPOK 5


BAB III

KARAKTERISTIK (PARAMETER)

3.1 Keseimbangan Daya

Pada sistem tenaga listrik, daya aktif harus dibangkitkan sebesar beban yang membutuhkannya. Daya yang dibangkitkan harus diatur agar seimbang dan konstan dengan beban pelanggan, jika tidak seimbang dapat mengakibatkan deviasi daya. Gangguan akibat ketidakseimbangan daya yang dibangkitkan dengan beban ini menyebabkan frekuensi sistem berubah dari nilai nominalnya. Hal ini karena ada perbedaan energi kinetik dari putaran generator dan motor yang terhubung.

Sebenarnya keseimbangan daya ini dapat dikontrol dengan cara mengatur energi listrik yang tersimpan seperti pada batubara, minyak, dan air untuk membangkitkan energi listrik dalam jumlah besar, dan yang tersimpan pada energi kimia (seperti baterai) untuk energi listrik yang kecil. namun keberadaan sumber – sumber yang dapat menyimpan energi listrik tersebut sangatlah terbatas, sehingga kita kesulitan dalam mengatur keseimbangan daya ini. Akibatnya, sumber – sumber ini pun tidak cukup untuk memenuhi permintaan agar daya seimbang pada real-time, sehingga sistem produksi harus cukup fleksibel dalam mengubah level pembangkitan yang digunakan untuk melayani pelanggan (beban).

3.2 Frekuensi Sistem

Frekuensi listrik pada jaringan menggambarkan putaran dari generator sinkron. Sehingga dapat dijelaskan bahwa dengan meningkatnya beban (permintaaan pelanggan), maka putaran generator akan melambat, akibatnya frekuensi sistem akan turun, begitu pula sebaliknya, jika beban (permintaan pelanggan turun, maka putaran generator akan meningkat, akibatnya frekuensi sistem akan turun. Unit pengaturan kemudian akan memainkan primary conttrol dan keseimbangan antara beban dan pembangkitan akan disusun ulang.

Deviasi frekuensi atau frequency variation dipengaruhi oleh total inersia dari beban dan sistem pembangkitan, dan kecepatan dari primary control. Pada kondisi tidak terganggu, frekuensi sistem akan diatur secara teliti untuk memastikan penyebaran dapat dilakukan secara penuh dan cepat pada fasilitas kontrol sebagai respon terhadap gangguan. Sebagai koreksi waktu sinkron, frekuensi diatur pada titik nominal 50 Hz.

KELOMPOK 5


Gambar 3.1 Sistem frekuensi

Bahkan jika terjadi frekuensi variation, masing – masing control area/block akan memperbaiki interkoneksi dengan adjoining control areas, sehingga dihasilkan keamanan operasi dan tidak membahayakan sistem itu sendiri.

3.3 Droop Generator

Drop generator (SG) adalah perbandingan (tanpa dimensi) yang secara umum mengambarkan suatu presentase;

SG=−∆ f / f n

∆ PG/ PGn

x100 %

Frekuensi variasi didefinisikan sebagai berikut, dengan fn merupakan frekuensi nominal;

∆ f =f −f n

Sedangkan relative variation pada output daya didefinisikan sebagai hasil bagi antara

variasi output daya ∆ PG dari generator dan nilai daya aktif output PGn.

Kontribusi pembangkit pada koreksi akan gangguan pada jaringan tergantung dari drop generator dan primary control reserve dari pembangkit itu. Gambar berikut menunjukkan diagram variasi output pembangkitan dari dua pembangkit a dan b yang berbeda droop generatornya tetapi mempunyai primary control reserves yang identik.

KELOMPOK 5


Gambar 3.2 Diagram variasi output

Jika terjadi gangguan kecil (offset frekuensi < ∆ f b), kontribusi pembangkit a (yang

mempunyai controller dengan droop yang lebih kecil) pada koreksi gangguan akan lebih besar daripada generator b,yang mempunyai controller dengan droop besar.

Jika terjadi gangguan besar (offset frekuensi < ∆ f a), kontribusi dari kedua generator

kepada primary control pada kondisi quasi-steady-state adalah sama.

3.4 Karakteristik Jaringan Frekuensi Daya

Karakteristik jaringan frekuensi daya pada synchronous area/block adalah hasil bagi

antara deviasi daya ∆ Pa yang bertanggung jawab atas gangguan dengan deviasi frekuensi

quasi-steady-state yang disebabkan karena adanya gangguan (nilai negatif menunjukkanadanya defisit daya):

λu=∆ Pa

∆ f (MW/Hz)

Karakteristik jaringan frekuensi daya λ i adalah ukuran untuk control area/block i yang

diberikan.

KELOMPOK 5


BAB IV

SUMBER

Pemakaian tenaga listrik oleh konsumen berubah-ubah setiap waktu, maka Pusat-pusat Listrik

membangkitkan daya sesuai dengan permintaan yang berubah-ubah tersebut. Perubahan beban dan perubahan pembangkitan daya juga menyebabkan aliran daya dalam saluran-saluran transmisi berubahubah sepanjang waktu. Apabila daya nyata yang dibangkitkan oleh Pusat-pusat Listrik lebih kecil daripada daya yang dibutuhkan oleh para pelanggan, maka frekuensi akan turun, sebaliknya apabila lebih besar, frekuensi akan naik. Pusat Listrik berkewajiban menyediakan tenaga listrik yang frekuensinya tidak menyimpang dari 50 Hertz.

KELOMPOK 5


BAB VEFECT

Efek yang dapat dirasakan dengan adanya variasi frekuensi ini diantaranya adalah:

5.1 Pengaruh Frekuensi Variation Terhadap Actuation Motor

Motor asinkrondan motor sinkron yang dihubungkan langsung dengan jaringan sumber daya dan digunakan secara extensiv di industri mempunyai karakteristik frekuensi-daya sebagai;

P=T . Ω

Bergantung pada karakteristik mekanis dari beban, yaitu;

T=f (Ω)

Dimana T adalah Torsi kopling dari poros motor dan Ω adalah kecepatan putar motor.

Pn

fmin f0 fmax

Gambar di atas menunjukkan kurva variasi daya sebagai fungsi frekuensi pada beberapa jenis pelanggan. Kurva 1 menunjukkan consumption independent, sedangkan kurva 2 adalah untuk peralatan yang digunakan untuk mengangkat atau mengangkut, seperti lift, conveyor dan sebagainya. Pada kurva 2 ini terlihat bahwa konsumsi daya dari peralatan itu proporsional terhadap kenaikan frekuensi. Kurva 3 adalah karakteristik untuk beban viskositas, seperti calender pada pabrik kertas, mesin plastik proses panas, mesin industri textil, dan sebagainya. Sedangkan kurva 4 menunjukkan kenaikan daya konsumsi bersifat kubik, atau orde tiga. Contohnya adalah pada ventilation pump.

Kecepatan motor sinkron dan motor asinkron yang dihubungkan langsung dengan sumber daya akan bervariasi sebanding dengan frekuensi tegangan yang diterima. Jadi dapat disimpulkan bahwa turunnya frekuensi listrik dapat menyebabkan penurunan kemampuan motor untuk melayani beban.

5.2 Bank kapasitor dan Filter Harmonis

KELOMPOK 5

4321


Daya reaktif Q yang dibangkitkan oleh bank kapasitor sebanding dengan frekuensi tegangan supply sessuai dengan persamaan;

Q=2.π . f .C .U 2

Dimana C adalah bank kapasitor dan U adalah tgangan di terminal.

Dari persamaan diatas dapat kita lihat bahwa frequensi variation akan mempengaruhi daya reaktif yang diakibatkan oleh baterai kapasitor, sehingga dapat mempengaruhi nilai power factor pada busbar supply. Efek dari Frequency variation akan terasa ketika baterai kapasitor adalah bagian dari filter harmonis.

2 . π . f h . Lh−1

2. π . f h .Ch

≅ 0

Pada kondisi normal, dimana frekuensi juga berada pada nilai nominal, impedansi sirkuit akan menjadi nol. Namun, ketika kondisi frekuensi bervariasi, filter akan mempunyai impedansi tidak sama dengan nol yang akan mengakibatkan terjadinya discord. Dengan menurunnya frekuensi, impedansi imput akan bersifat kapasitif dan dapat menyebabkan overloading pada orde harmonis h karena rendahnya orde harmonis yang tidak seluruhnya terfilter.

5.3 Transformers dan Koil pada Power Network

Nilai maksimum magnetic flux Φu ditentukan oleh penggunaan tegangan U pada

terminal

Φu≅√2. U

2.π . f . w

Dimana U adalah nilai aktual dari tegangan yang digunakan untuk terminal lilitan, f adalah frekuensi dan w adalah jumlah coil pada lilitan.

Persamaan diatas menunjukkan bahwa frekuensi berpengaruh pada flux magnetic sehingga induksi magnetik yang terjadi memungkinkan untok operasi pada zona non linear dari karakteristik magnetis.

5.4 Pengaruh Frequency Variation pada motor asinkron

Pengaruh frequency variation terhadap motor asinkron dapat dijelaskan sebagai

berikut;

KELOMPOK 5


Rangkaian diatas adalah rangkaian listrik sederhana dari motor asinkron, dimana; U1 adalah tegangan suplai per fase R1 adalah tahanan listrik pada lilitan stator Lσ1 adalah induktivitas bocor pada lilitan stator I1 adalah arus listrik pada lilitan stator Uh adalah celah udara yang ekivalen dengan tegangan Lh adalah induktivitas yang sesuai dengan flux magent mesin I’2 adalah arus rotor yang terhubung dengan tegangan stator L’s2 adalah induktivitas bocor pada lilitan rotor R’2 adalah tahanan lilitan rotor yang terhubung pada tegangan stator s adalah slip mesin

dengan mengasumsikan bahwa arus magnetis I1 + I’2 dapat diabaikan, torsi Mel yang dikembangkan oleh mesin dapat dituliskan sebagai;

M el=3.R ' 2 . U1

2 . p

s .ω.[ω. Lσ2+(R1+

R's

s)

2]Lσ = Lσ1 + Lσ2 adalah induktivitas bocor mesin

p adalah jumlah pasangan kutub

ω = 2.π . f

Ciri dari mesin mekanis adalah bahwa torsi adalah fungsi dari kecepatan (Tel = f(Ω))

KELOMPOK 5


Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa perubahan frekuensi akan mempengaruhi besarnya torsi starting mesin dan kecepatan. Semakin tinggi frekuensi, maka torsi starting dan kecepatan putar motor akan semakin tinggi pula.

5.5 Pengaruh Frequency Variation pada kondensator dan koil yang terhubung seri

Pada rangkaian variabel frekuensi motor asinkron sering menggunakan filter yang terdiri dari kondensator yang terhubung paralel dan koil yang terhubung seri.

Daya reaktif Q yang dibangkitkan oleh kondensator yang dihubungkan paralel dapat dituliskan sebagai;

Q=C . ω.U 2=C .ω3 .U 2

ω2

BAB VI

MITIGASI

Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekuensi yang praktis konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi dalam sistem, sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun daya reaktif selalu berubah sepanjang waktu. Sehubungan dengan hal ini harus ada penyesuaian antara daya aktif yang dihasilkan dalam sistem pembangkitan harus disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator.

Menurut hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanis penggerak generator dengan perputaran generator

TG – TB = H x dw/dt … (1)Dimana :

TG = Kopel penggerak generatorTB = Kopel beban yang membebani generatorH = Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknyaw = kecepatan sudut perputaran generator ,

dimana f = w/2pi …(2)Secara mekanis dengan melihat persaman (1) dan (2) maka :

TG – TB = ∆T < 0 , maka w< 0 frekeunsi turunTG – TB = ∆T> 0 , maka w> 0 frekeunsi naik

KELOMPOK 5


Dari persamaan di atas terlihat bahwa besarnya frekeunsi tergantung dari besarnya selisih antara kopel generator dengan kopel yg membebani generator, sehingga untuk mengatur frekeunsi dalam sistem tenaga listrik dapat diatur dari dua sisi yaitu sisi generator maupun sisi beban

Cara pengaturan frekeunsi1. Pengaturan daya aktif ( sisi generator)2. Load shedding (sisi beban)3. Pengalihan daya pada saluran

1. Pengaturan daya aktif (sisi generator)Frekuensi pada sistem tenaga listrik dapat diatur dengan melakukan pengaturan daya

aktif yang dihasilkan generator. Pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan kenaikan jumlah bahan bakar yang digunakan untuk menaikkan daya aktif. Pada PLTU adalah berapa laju batu bara yang ditambah untuk dibakar sedangkan pada PLTA adalah berapa besar debit air yang dinaikkan untuk menggerakkan turbin sehingga menghasilkan kenaikan daya aktif. Pengaturan bahan bakar ini dilakukan dengan menggunakan governor. Sehingga pada pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan kerja governor pada sistem pembangkit thermal maupun air.

2. Load shedding (pelepasan beban)Jika terdapat gangguan dalam sistem yang menyebabkan daya tersedia tidak dapat

melayani beban, misalnya karena ada unit pembangkit yang besar jatuh (trip), maka untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan beban. Keadaan yang kritis dalam sistem karena jatuhnya unit pembangkit dapat dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat.

Pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan karena lepasnya (trip) unit generator yang besar dapat mengurangi aliran daya aktif yang mengalir ke beban, sehingga menyebabkan generator-generator yang lain dipaksa bekerja. Jika hal ini berlangsung terus menerus dapat menyebabkan kerusakan mekanis pada batang kopel generator karena dipaksa bekerja. Untuk itu diperlukan relay under frequency yang berfungsi untuk mendeteksi penurunan frekeunsi sistem secara tiba-tiba akibat adanya unit pembangkit besar yang lepas dari sistem. Salah satu cara untuk menaikkan frekeunsi tersebut adalah dengan melepas beban

Gambar 1 grafik perubahan frekuensi sebagai fungsi waktu dengan adanya pelepasan beban

KELOMPOK 5


Turunnya frekeunsi dapat menurut garis 1 , garis 2, atau garis 3. Makin besar unit pembangkit yang jatuh (makin besar daya tersedia yang hilang) makin cepat frekeunsi menurun. Kecepatan menurunnya frekuensi juga bergantung pada besar kecilnya inersia sistem. Semakin besar inersia sistem, makin kokoh sistemnya, makin lambat turunnya frekuensi.

Dalam grafik 1 dimisalkan bahwa frekuensi menurun menurut garis 2. Setelah mencapai titik B dilakukan pelepasan beban tingkat pertama oleh under frequency control relay (UFR) yang bekerja setelah mendeteksi frekuensi sebesar Fb dengan adanya pelepasan beban tingkat pertama maka penurunan frekuensi berkurang kecepatannya. Sampai di titik C UFR mendeteksi frekeunsi sebesar Fc dan akan melakukan pelepasan beban tingkat kedua dst sampai frekeunsi sistem kembali normal ke frekeunsi Fo

Gambar 2 Grafk turunnya frekuensi sebagai akibat gangguan unit pembangkit

Gambar 3 Grafik naiknya frekuensi setelah adanya pelepasan beban3.Pengalihan daya pada saluranCara lain untuk mengatur frekuensi sistem yaitu dengan mengatur pengiriman daya

aktif pada daerah yang memiliki kerapatan beban yang tinggi.

KELOMPOK 5


BAB VII

STANDARD

Sesuai dengan ketentuan standard PLN, Frekuensi nominal adalah 50 Hz. Frekuensi nominal ini diusahakan untuk tidak lebih rendah dari 49,5 Hz atau lebih tinggi dari 50,5 Hz. Selama keadaan darurat (emergency) dan gangguan, frekuensi sistem diizinkan turun hingga 47,5 Hz atau naik hingga 52,0 Hz sebelum unit pembangkit diizinkan keluar dari operasi.

Sedangkan menurut parameter Standard ANSI (American National Standard Institute), frequency variation yang diizinkan adalah + 0,5 Hz - + 1 Hz.

KELOMPOK 5


BAB VIII

PENGUKURAN

Pembacaan frekuensi biasamya setiap 10 detik, dan biasanya tidak tepat 50 HZ setiap 10 detik, rasio fundamental frekuensi yang dihasilkan merupakan nilai siklus yang dihasilkan :

Gambar 1. Penilaian kualaitas frekuensi dalam sistem

Selama interval 10 s, dibagi dalam durasi komulativ dan bilangan bulat komulativ,dalam rangka menghindari kesalahan pengukuran, dibutuhkan mitigasi harmonik dan interharmonik, sehingga membatasi tegangan yang tidak diinginkan, sehingga pengukuran selama 10 s tidak overlap.

Nilai pengukuran yang dilakukan diharapkan tidak melebihi 50 mHz dan ini tidak efektif untuk variasi Total harmonic distortion (THD), untuk tegangan 20% keatas.

Evaluasi dari sistem frekuensi dapat dilakukan dengan cara berikut:

Menghitung durasi setiap minggu (1 kali seminggu) berdasarkan data yang diperoleh dari pengukuran setipa 10 detik.

KELOMPOK 5


Menghitung nilai N (nilai dari interval 10s) yang mana supply tegangan mempunyai deviasi yang tidak melebihi 15 % dari tegangan yang ditentukan

Menghitung nilai N1 (nilai dari interval 10s) dimana frekuensinya berbeda lebih dari 0,5 Hz

dari nilai tegangan yang ditentukan

Menghitung nilai N2 (nilai dari interval 10s) dimana frekuensinya berada dibawah 47Hz atau

diatas 52 Hz yang mana supply tegangan mempunyai deviasi yang tidak melebihi 15 % dari tegangan yang ditentukan

Cek kondisi N 1

N≤ 0.05 dan N 2=0

Klasifikasi Frekuensi variasi :

Frequency deviation : Penyimpanagan terjadi terhadap nilai tertentu (sontohnya frekuensi untuk 60 Hz atau 50 Hz)

Kategori frekuensi variasi berdasarkan IEEE 1159 :

Penghitungan dilakukan delam waktu 10 S

KELOMPOK 5


BAB IX

EVALUASI

Dalam melakukan kontrol terhadap frekuensi ini dapat dilakukan melaui metoda teknis sebagai berikut :

4.1 Evaluasi Kecepatan Turbin :

Variasi frekeuensi yang terjadi dapat ditentukan melaui daya yang aktiv pada sistem, terutama disebabkan oleh daya yang dikonsumsi oleh pengguna. Kestabialn frekuensi sesuai dengan setingan yang diinginkan sangat dibutuhkan oleh generator.

Kontrol frekuensi (putaran generator) dilakuakn memakai ASR (automated speed regulator), Fungsi utama dari ASR ini adalah menyediakan kecepatan konstan untuk generator dengan mengunakan katup pengatur putaran turbin.

Ini dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :

Gamabr 4.1. Sistem operasi putaran sentrifugal

Kecepatan regulator dapat menentukan peningkatan aliran uap (air) pada turbin inlet.

KELOMPOK 5


Putaran pertama regulator dimana dengan menggunakan tipe penggerak hidrolik dan mengganti dari putaran poros menjadi kemiringan kearah negatif pada variasi putaran pada aktuasi putaran poros.

4.3 Pengaturan Frekuensi

Variasi frekuensi ditentukan dari variasi daya aktiv disistem, berdasarkan dari variasi konsumsi konsumen terakhir. Pengesetan kestabilan frekuensi dibutuhkan nilai seting tetap dari generator listrik yang terjadi akibat pemakaian putaran mekanis poros.

Gamabr 4.2. Pengaruh daya aktiv terhadap putaran poros

Daya aktif meningkat dari nilai P1 menjadi nilai P2 menjadi pemacu penurunan kecepatan putaran . regulator harus memimpin peningkatan uap (air) aliran pada turbin inlet yang akan mengakibatkan peningkatan tenaga mesin dan kemudian rotasi kecepatan sampai dengan kecepatan set 0.

Frekuensi sistem ditentukan oleh kecepatan rotasi dari generator disinkronisasi. Dalam kondisi mapan semua generator terhubung akan disinkronisasi, yaitu semua generator rotor memiliki kecepatan rotasi yang sama dan memutar dalam arah yang sama. frekuensi secara langsung berkaitan dengan keseimbangan kekuasaan yang dihasilkan dan dikonsumsi dalam sistem

Gambar 4. Hubungan frekuensi dengan parameter lain

frekuensi secara langsung berkaitan dengan keseimbangan kekuasaan yang dihasilkan dan dikonsumsi dalam sistem.

Untuk beban komposit khas, terdiri dari industri, komersial dan residensial beban, yang cf nilai faktor yaitu dari urutan 1-6% per 1 Hz.

KELOMPOK 5


DNS primer terdiri dari mengubah unit pembangkit listrik versus frekuensi, sesuai dengan karakteristik generasi statis sebagai ditentukan oleh pengaturan kecepatan gubernur. Untuk membangun kembali keseimbangan antara generasi dan permintaan di dalam wilayah sinkron diyang berbeda dari nilai nominal frekuensi, dengan mengorbankan dari energi kinetik rotasi massa perangkat pembangkit tenaga listrik dan dihubungkan motor.

DNS sekunder yang menggunakan sebuah pusat regulator, mengubah daya aktif mengatur poin menghasilkan set.

Kontrol Tersier ini adalah perubahan otomatis atau manual dalam poin kerja; mengubah set poin operasi pembangkit listrik termal set generasi, sekitar yang sambungan primer dan tindakan kontrol sekunder; / pemutusan pompa hydro stasiun penyimpanan listrik dioperasikan modus intervensi; mengubah pertukaran daya program; dan kontrol beban.

• darurat tersandung beban (load sistem shedding) dalam kasus penurunan frekuensi utama• pemutusan generator darurat di kasus meningkatkan frekuensi besar.

4.2 Evaluasi Ekonomi

Evaluasi ekonomi yang dilakukan disini menyakut biaya yang dikeluarkan power quality secara umum.

Biaya instrumen Power Quality secara umum dan menyangkut frekuensi pada khusunya digerakkan oleh lima faktor:

Biaya pengembangan instrumen Jumlah instrumen diproduksi – diproduksi, makin rendah biaya pembangunan di masing-

masing instrumen Biaya manufaktur instrumen Biaya instalasi, terutama biaya infrastruktur komunikasi Biaya yang mendukung instrumen, khususnya biaya mendukung tujuan khusus perangkat

lunak, seluruh kehidupan instrumen.

Sedangkan dampak ekonomi dari power quality dapat berupa dampak langsung dan dampak tidak langsung :

1. Dampak langsung yang diakibatkan oleh Power Quality aadalah : Penurunan produksi Menimbulkan masalah dalam penyedian bahan baku dan modal Proses biaya awal jadi meningkat Rusaknya peralatan Kebutuhan perawatan jadi bertambah Kerusakan peralatan Biaya tambahan untuk kesehatan dan keamanan sanksi keuangan yang terjadi melalui pemenuhan non kontrak

KELOMPOK 5


Sanksi kerusakan lingkungan Biaya kegunaan

2. Sedangkan dampak tidak langsung dari Power Quality adalah : biaya untuk sebuah organisasi dari pendapatan yang ditangguhkan biaya yang ditimbulkan akibat kehilangan pangsa pasar biya yang diakibatkan penurunan brand image dari sebuah produksi

3. Sedangkan dampak sosial ekonomi adalah: Temperatur ruangan yang tidak nyaman sehingga mengkibatkan penurunan efektivitas kerja Ketakutan akan keselamatan pribadi yang mengakibatkan penurunan efeltiviatas kerja

Resiko bisnis yang ditimbulkan oleh masalah Power Quality listrik sangat besar bahakan dengan industri yang menggunakan teknologi rendah sekalipun. Di sisi lain, pencegahan adalah relatif murah dimulai dari praktek teknik sederhana desain yang baik untuk instalasi peralatan penunjang tersedia secara luas.

KELOMPOK 5


BAB X

STUDI KASUS

Contoh kasus 1.

Masalah :Salah satu permasalahan di sistem Jawa Bali saat ini adalah frekuensi sistem yang

naik turun dengan cepat. Penyebabnya sering disebut sebagai generation-load mismatch.

Jawa Bali Control Center (JCC) adalah control center yang dimiliki PT PLN (Persero) P3B JB yang berfungsi untuk mengendalikan dan memonitor jaringan 500 kV, mengendalikan dan memonitor pembangkit listrik berskala besar, memonitor jaringan 150 kV dan 70 kV melalui komunikasi dengan Regional Control Center (RCC), dan menjalankan fungsi Energy Management System (EMS). Dalam pengoperasian sistem Jawa Bali JCC melakukan pengaturan frekuensi. Jika tegangan dipengaruhi oleh daya reaktif (Q), maka frekuensi akan dipengaruhi oleh daya aktif (P) yaitu load demand yang terjadi pada sistem. Saat ini permasalahan terjadi karena frekuensi sistem dapat bervariasi secara cepat yang disebabkan ketidaksetimbangan antara pembangkitan dan beban.

Ketidaksetimbangan tersebut dapat disebabkan beberapa faktor, antara lain perilaku konsumen, cuaca, dan event khusus. Jika ketidaksetimbangan ini terjadi maka akan terjadi deviasi frekuensi dari frekuensi nominal 50 Hz.

Efek:

Pada saat beban naik, jika tidak ada regulasi yang dilakukan pada sistem maka frekuensi akan turun terus-menerus yang jika dibiarkan akan mengakibatkan terjadinya load shedding. Oleh karena itu untuk mengatasi variasi frekuensi yang terjadi setiap saat maka diperlukan pengaturan secara manual oleh dispatcher dan pengaturan secara otomatis berdasarkan regulasi.P3B menyebutkan, hal hal yang mempengaruhi beban adalah hari2 dalam seminggu, jam2 dalam sehari, cuaca, event khusus, dll. Mismatch dari perkiraan beban ada yang merupakan variasi lambat yang deterministik dan variasi cepat yang acak. Ketidakseimbangan ini menyebabkan deviasi frekuensi dari frekuensi nominal.

KELOMPOK 5

http://scada.pln-jawa-bali.co.id/

http://scada.pln-jawa-bali.co.id/


Mitigasi :

Dispatcher dapat melakukan pengaturan frekuensi secara manual dengan melakukan pengendalian melalui peralatan komunikasi yang ada di JCC. Namun pengaturan manual memerlukan waktu yang lama sehingga diperlukan pengaturan secara otomatis yang disebut dengan regulasi. Regulasi ada 2 (dua) macam, yaitu regulasi primer dan regulasi sekunder. Regulasi primer yang digunakan adalah governor free yang berada di sisi pembangkit. governor free berfungsi untuk merespon secara cepat jika terjadi ketidaksetimbangan. Governor free akan dipengaruhi oleh speed drop pembangkit. Aturan jaringan Jawa Bali tahun 2007 telah menetapkan speed drop pembangkit minimal 5%, namun sampai awal tahun 2009 masih terdapat beberapa pembangkit yang belum menerapkan aturan tersebut. PLTA memiliki speed drop hingga 2,5%, PLTG atau PLTGU dapat mencapai 4%, sedangkan PLTU batubara sulit untuk memenuhi ketentuan karena beberapa masalah seperti kualitas batubara dan kondisi boiler.

Regulasi yang kedua adalah regulasi sekunder, berupa Load Frequency Control (LFC) yang dikendalikan dari control center. LFC berkaitan dengan Automatic Generation Control (AGC), terdiri dari beban referensi pembangkit (Po) dan rentang perubahan beban yang akan berubah jika frekuensi berubah (Pr). LFC bertugas untuk mengembalikan frekuensi ke nilai nominal. LFC dipengaruhi oleh nilai N level. Pada frekuensi rendah, nilai N akan semakin tinggi (maksimal 1) sehingga frekuensi akan berusaha dinaikkan. Pada frekuensi tinggi, nilai N semakin rendah (minimal -1) sehingga frekuensi akan berusaha diturunkan. Kedua regulasi tersebut berjalan bersama. regulasi primer akan menahan frekuensi dalam waktu kurang dari 20 detik. Jika demand masih lebih besar daripada frekuensi maka deviasi frekuensi tetap terjadi dan cenderung semakin besar. Hal ini diatasi oleh LFC. LFC akan berusaha untuk mengembalikan frekuensi ke nilai nominal dalam waktu sekitar 1-2 menit. Pada kenyataannya belum semua pembangkit mengaktifkan governor free dan berpartisipasi dalam LFC, sehingga pada awal tahun 2009 dilakukan pertemuan antara PT PLN (Persero) P3B JB dengan semua unit pembangkit di Jawa Bali yang menghasilkan kesepakatan bersama untuk menjaga frekuensi pada nilai nominal.

Sumber : http://imadudd1n.wordpress.com/2009/02/13/load-frequency-control/

Contoh kasus 2.

Masalah :

Variasi frekuensi sistem tenaga listrik di India Utara sangat lebar (48,5 – 50,2 Hz) dengan batas toleransi 49 – 50,5 Hz dalam kondisi tanpa free governor mode of operation (FGMO). Apakah ada pengaruh variasi frekuensi yang lebar tersebut terhadap daya reaktif di sistem, dan apa rekomendasinya untuk mencapai manajemen daya reaktif yang lebih baik.

Efek :

Studi kasus di sistem India Utara untuk menganalisa pengaruh frequency variations terhadap daya reaktif sistem.

Mitigasi :

Dalam studi yang dilakukan di sistem tenaga listrik India Utara, melibatkan 2 parameter utama dalam sistem pembangkitan yaitu SVC dan beban radial daerah perkotaan. Dalam studi kasus ini (berdasarkan data real time) dilakukan dengan beberapa cara:

KELOMPOK 5


- Melakukan pendataan dan menggambarkannya dalam grafik continuous dan scatter untuk respons frekuensi dan daya reaktif pada pembangkit listrik Rihand-I. Ditemukan data bahwa kebutuhan daya reaktif sistem mengikuti perubahan frekuensi.

- Trending pengukuran daya aktif dan reaktif terhadap frekuensi pada beban industri yang radial di daerah Okhla selama satu minggu. Ditemukan bahwa daya aktif sebanding dengan frekuensi dan daya reaktif (MVAR) berbanding terbalik dengan frekuensi (f). Kenaikan f 1% menyebabkan penurunan MVAR 6-12%, dan sebaliknya.

- Respon SVC terhadap frekuensi, lokasinya di Kanpur. Ditemukan bahwa respon SVC terhadap variasi tegangan dan frekuensi memiliki pola yang sama, misalnya penyerapan MVAR lebih tinggi saat tegangan/frekuensi naik, dan sebaliknya.

Berdasakan studi tersebut dapat disimpulkan bahwa hubungan antara frekuensi dengan daya reaktif adalah berbanding terbalik. Kenaikan frekuensi sebesar 1% menyebabkan penurunan daya reaktif sebesar 6 s/d 12%, dan sebaliknya penurunan frekuensi sebesar 1% menyebabkan kenaikan daya reaktif 6 s/d 12%.

Dalam sistem tenaga listrik di India Utara, lebar range frekuensi sistem mancapai 48,5 s/d 50,2 Hz dimana batasan toleransinya pada range 49 s/d 50,5 Hz. Dengan adanya variasi frekuensi dalam range yang lebar menyebabkan fluktuasi daya reaktif yang lebih lebar.

Untuk meminimalisir lebarnya variasi terhadap daya reaktif tersebut, yang pada akhirnya dapat memperbaiki manajemen daya reaktif termasuk memperbaiki stabilitas sistem dan pengaturan tegangan, maka batasan toleransi atau lebar range variasi frekuensi harus dikurangi atau lebih diminimalisir lagi. Selain itu, peranan bidang perencanaan sistem dan bidang operasi sistem sangat diperlukan untuk menjaga realisasi frekuensi agar tetap bertahan dalam range yang ditetapkan.

Sumber : Paper Reactive Power and System Frequency Relationship: A Case Study

Contoh kasus 3.

Masalah :

Variasi frekuensi terjadi saat pembangkitan yang tidak sesuai dengan beban yang ada. Apabila beban lebih tinggi dibanding pembangkitan maka frekuensi akan turun dan apabila pembangkitan lebih tinggi dibandingkan dengan beban maka frekuensi akan naik. Interval fluktuasi frekuensi yang dijinkan umumnya ±0.1 Hz. Di Amerika dan Eropa ±0.1 Hz banyak digunakan dan dalam sistem interkoneksi yang besar, interval ±0.04 Hz sampai ±0.08 Hz diijinkan. Sistem tenaga di Jepang memakai interval ±0,1 Hz.

Efek :Berikut ini adalah variasi frekuensi saat sebuah pembngkit trip atau lepas tiba-tiba dari sistem yang diambil dari data log SCADA di sistem Sulawesi Selatan. Pada saat pembangkit trip, maka daya beban lebih tinggi dibandingkan daya yang dibangkitkan sehingga frekuensi turun sampai 48,921 Hz. Saat frekuensi turun untuk mengembalikan kondisi sistem normal kembali ke frekuensi 50 Hz maka akan dilakukan pelepasan beban atau load shedding sehingga daya yang dibangkitkan sama dengan daya beban.

KELOMPOK 5


Gambar 1. Frekuensi disistem PLN Sulawesi Selatan

Pelepasan beban saat terjadi gangguan seperti di atas dapad dilakukan secara manual (manual Load Shedding) dan otomatis dengan menggunakan rele under frekuensi. Pola pengoperasian load shedding baik yang secara manual ataupun secara otomatis harus selalu di review setiap saat dan Kemudian melakukan modifikasi dan perbaikan yang mencerminkan perubahan dalam sistem saat ini sehingga membuat pola shedding menjadi lebih up to date.

Mitigasi

Pola load shedding untuk frekuensi rendah (under frekuensi) dilakukan dengan 3 cara, yakni tradisional; pola pelepasan beban saat terjadi under frekuensi pada setting frekuensi yang telah ditentukan. Cara kedua adalah semi-adaptive; pada cara pertama pelepasan beban dilakukan otomatis saat frekuensi sistem masuk daerah setting, pada semi-adaptive setting dibuat berdasarkan penurunan frekuensi terhadap waktu (df/dt), pelepasan beban dilakukan apabila laju frekuensi terhadap waktu masuk daerah setting. Sedangkan cara yang ketiga adalah cara adptive , pemodelan pola pelepasan beban mempertimbangkan semua unit pembangkit serta governor pembangkit.

Sumber : A Review of Under-frequency Load Shedding Scheme on TNB System : A.A. Mohd Zin, Senior Member, IEEE, H. Mohd Hafiz, Member, IEEE, and M.S. Aziz - Data gangguan PLN Sulawesi Selatan - Materi Diklat

KELOMPOK 5

1:55:001:55:581:56:561:57:541:58:521:59:502:00:482:01:462:02:442:03:422:04:4048.8

49

49.2

49.4

49.6

49.8

50

50.2

50.4

50.6

50.8

51

48.921

50.91


Contoh kasus 4.

Masalah :

Industri Baja di Taiwan memiliki lebih dari 20 Pabrik Baja besar dengan peralatan AC Electric Arc Furnace (EAF) dan Rolling Mills yang disuplai oleh Taipower System.

Efek :

Selain menyebabkan Voltage Fluctuation problem juga mengakibatkan Deviasi Frekuensi (frequency variation) yang mengakibatkan gangguan pada hasil produksi.

Mitigasi:

- Memasang static Var Compensator dan Menggunakan Cogenerator dalam Isolated Industrial Power System.

Bila terjadi gangguan yang parah pada suplai Utility Power System, maka tie line dari Utiliy akan dilepas oleh rele proteksi. Industrial power system yang sudah isolated ini akan dipertahankan oleh Cogenerator sehingga suplai listrik untuk beban kritis dari arc furnace masih dapat dilayani.Diketemukan bahwa Dynamic Load Behaviour dari Arc Furnace dalam isolated industrial power system dapat dikompensate oleh Cogenerator dengan adaptive control of exciter dan governor untuk membangkitkan sejumlah daya

reaktif dan daya nyata sesuai fluktuasi tegangan busbar dan frekuensi sistim. Deviasi frekuensi selama fluktuasi daya nyata arc furnace digunakan sebagai input sinyal Governor Control system dan mengatur katub gas hingga mencapai adaptive control input daya mekanik.

Sumber : Paper Mitigation of Voltage Fluctuation for an Industrial Customer With Arc Furnace, http://ir.lib.stut.edu.tw/bitstream/987654321/4383/2/mitigation-ieeecof.pdf

KELOMPOK 5


BAB XI

KESIMPULAN

Dari persoalan tersebut dapat kita ketahui bahwa banyak sekali efek yang ditimbulkan karena adanya frekuensi variasi ini, salah satunya adalah pengaruh antara frekuensi dengan daya reaktif adalah berbanding terbalik. Kenaikan frekuensi sebesar 1% menyebabkan penurunan daya reaktif. Selain itu pada saat saat pembangkit trip, daya beban akan lebih tinggi dibandingkan daya yang dibangkitkan sehingga frekuensi turun sehingga hal ini menyebabkan terganggunya produktivitas industri serta rasa nyaman di kalangan konsumen

Untuk itu diperlukan mitigasi yang efektif sehingga masalah yang terjadi dilapangan menyangkut adanya frekuensi variasi ini dapat diatasi. Pada pusat pengaturan beban (P3B) yang merupakan bagian dari perusahaan pengelola listrik di Indonesia. Mengeluarkan 2 macam regulasi :

Regulasi primer :menggunakan governor free yang berada di sisi pembangkit. governor free berfungsi untuk merespon secara cepat jika terjadi ketidaksetimbangan.

Regulasi sekunder, berupa Load Frequency Control (LFC) yang dikendalikan dari control center.

Mitigasi sangat diperlukan untuk mengatasi masalah pada Power Quality khusunya Frekuensi Variasi, baik secara teknis ataupun standar dan regulasi yang diterapkan untuk menjaga keandalan pasokan tenaga listrik dikalangan konsumen, sehingga diharapkan dapat meningkatkan produktifitas dan efiseiensi kerja diklangan konsumen.

KELOMPOK 5


DAFTAR PUSTAKA

Hamdani Deni, (2010): Bahan Kuliah Power Quality, ITB-Bandung

Angelo Baggini, (2008), Handbook of Power Quality, John Wiley & Son, West Sussex, England

Paper Mitigation of Voltage Fluctuation for an Industrial Customer With Arc Furnace,

http://ir.lib.stut.edu.tw/bitstream/987654321/4383/2/mitigation-ieeecof.pdf

Sumber : A Review of Under-frequency Load Shedding Scheme on TNB System : A.A. Mohd

Zin, Senior Member, IEEE, H. Mohd Hafiz, Member, IEEE, and M.S. Aziz - Data gangguan PLN Sulawesi Selatan - Materi Diklat

Sumber : http://imadudd1n.wordpress.com/2009/02/13/load-frequency-control

Sankaran C (2002), Power Quality, United States of America

KELOMPOK 5

http://ir.lib.stut.edu.tw/bitstream/987654321/4383/2/mitigation-ieeecof.pdf

Tugas Akhir Pak Deni Siap Cetak_iqbal

Documents

Transcript of Tugas Akhir Pak Deni Siap Cetak_iqbal