PLN SKRIPSI SIMULASI DAN ANALISIS STABILITAS ...

INSTITUT TEKNOLOGI – PLN

SKRIPSI

SIMULASI DAN ANALISIS STABILITAS TRANSIEN AKIBAT

PELEPASAN BEBAN DAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT

UNIT 1 PLTU PT. INDONESIA POWER SURALAYA PGU

DISUSUN OLEH :

AGUNG HERMAWAN

NIM : 2016 11 092

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI TERBARUKAN


JAKARTA, 2020

i

LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi dengan Judul

SIMULASI DAN ANALISIS STABILITAS TRANSIEN AKIBAT

PELEPASAN BEBAN DAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT

UNIT 1 PLTU PT. INDONESIA POWER SURALAYA PGU

Disusun Oleh :

AGUNG HERMAWAN

NIM : 2016 11 092

Diajukan untuk memenuhi

persyaratan

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI TERBAHARUKAN


Jakarta, 17 juli 2020

ii

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI

Nama : Agung Hermawan

NIM : 2016 -11-092

Jurusan : S1 Teknik Elektro

Judul : Simulasi dan analisis stabilitas transien akibat pelepasan beban

dan gangguan hubung singkat unit 1 PLTU PT. Indonesia Power

Suralaya PGU

Telah disidangkan dan dinyatakan Lulus Sidang Skripsi pada Program Sarjana

Strata 1. Program Studi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknik – PLN pada

tanggal 25 Agustus 2020.

Nama Penguji Jabatan Tanda Tangan

Ir. Sampurno SP, M.T. Ketua Penguji

Adri Senen, S.T., M.T. Sekretaris Penguji

Andi Junaidi, S.T., M.T. Anggota Penguji

Mengetahui,

Kepala Program Studi

(Tony Koerniawan, S.T., M.T.)

iii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI


NIM : 2016 -11-092


Judul : Simulasi dan analisis stabilitas transien akibat pelepasan beban

dan gangguan hubung singkat unit 1 PLTU PT. Indonesia Power

Suralaya PGU

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar Sarjana baik di lingkungan Institut

Teknologi PLN maupun di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan

saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan

disebutkan dalam daftar pustaka. Pernyataan ini dibuat dengan penuh kesadaran

dan rasa tanggung jawab serta bersedia memikul segala resiko jika ternyata

pernyataan ini tidak benar.


Agung Hermawan

iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan ini saya menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang

sebesar - besarnya kepada yang terhormat:

Bapak Ir. Aloysius Agus Yogianto, M.T. Selaku Dosen Pembimbing I

Bapak Andi Makkulau, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing II

Yang telah memberi petunjuk, saran – saran serta bimbingannya sehingga

laporan kerja magang ini bisa diselesaikan.

Terima kasih yang sama, saya sampaikan kepada :

1. Bapak Alex Fernandes selaku Manager Pemeliharaan unit 1-4 PLTU

Suralaya.

2. Bapak Heru Setyo Nugroho selaku supervisor senior pemeliharaan listrik

unit 1-4 PLTU Suralaya.

3. Bapak Dindin Baharudin selaku Supervisor Pemeliharaan Elektro Mekanik


4. Bapak Subkhan Sadzali selaku Supervisor Pemeliharaan Relay Proteksi


5. Seluruh teknisi di bagian HAR Listrik unit 1-4 PLTU Suralaya

6. Seluruh Staff PT. Indonesia Power Suralaya PGU khususnya divisi

HUMAS.

Dan nama-nama lainnya yang tidak dicantumkan, yang telah memberikan

bantuan moril maupun materil sehingga membantu penulis dalam proses

penulisan skipsi hingga selesai.


Agung Hermawan

v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS


NIM : 2016 -11-092

Program Studi : S1 Teknik Elektro

Fakultas : Simulasi dan analisis stabilitas transien akibat

pelepasan beban dan gangguan hubung singkat unit 1

PLTU PT. Indonesia Power Suralaya PGU

Jenis Karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan

kepada Institut Teknologi - PLN Hak bebas Royalti Non eksklusif (Non-

exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul: Simulasi

dan analisis stabilitas transien akibat gangguan hubung singkat dan pelepasan

beban di unit pembangkit pltu suralaya PT. Indonesia power pgu Beserta

perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non ekslusif ini

Institut Teknologi – PLN berhak menyimpan, mengalih media/formatkan,

mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan

mempublikasikan Tugas Akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan

ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal : 17 juli 2020

Yang Menyatakan

(Agung Hermawan)

vi

SIMULASI DAN ANALISIS STABILITAS TRANSIEN AKIBAT PELEPASAN

BEBAN DAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT UNIT 1 PLTU PT.

INDONESIA POWER SURALAYA PGU

AGUNG HERMAWAN, 2016 11 092

Dibawah bimbingan A. Agus Yogianto Ir., M.T dan Andi Makkulau, S.T., M.T.

ABSTRAK

PLTU suralaya merupakan salah satu unit pembangkit terbesar di

Indonesia dengan suplai daya 3400 MW. Apabila pembangkit mengalami

gangguan berupa gangguan internal maupun eksternal bisa menyebabkan

pembangkit keluar dari sistem. Oleh sebab itu perlu dilakukan serangkain

pengujian pelepasan beban dan hubung singkat untuk mengetahui kesiapan unit

pembangkit terkait kontrol turbin dan generator dalam menghadapi gangguan

pada sistem tenaga. Metode pada penelitian ini menggunakan pendekatan

penelitian kuantitatif. Penelitian terkait stabilitas transien ini menggunakan

simulasi dengan program aplikasi Matlab Simulink yang memakai model unit 1

PLTU Suralaya. Hubung singkat dan pelepasan beban terjadi pada bus 500 kV.

Pada pelepasan beban 25%,50%,75%, dan 100% pembangkit tetap berada pada

batas kestabilan. Waktu pemutusan gangguan frekuensi tidak aman pada 0.5

detik dan waktu pemutusan aman adalah 90 mili detik berdasarkan standar SPLN

No 52-1 Tahun 1983 pada sistem tegangan 500 kV. Tegangan generator tidak

aman saat CB open 0.5 detik dan aman pada saat CB open 0.09 detik terjadi

kenaikan tegangan pada range yang masih diijinkan. Sudut rotor tidak aman

pada CB open 0.5 detik dan aman pada CB open 0.09 detik dengan sudut rotor

berosilasi disekitar nilai sudut rotor awal dan kembali stabil.

Kata kunci : Kestabilan, frekuensi, tegangan, sudut rotor.

vii

SIMULATION AND ANALYSIS OF TRANSIENT STABILITY DUE TO SHORT CIRCUIT AND LOAD REJECTION ON UNIT 1 PLTU PT. INDONESIA

POWER SURALAYA PGU

AGUNG HERMAWAN, 2016 11 092

Under the Guidance A. Agus Yogianto Ir., M.T dan Andi Makkulau, S.T., M.T.

ABSTRACT

PLTU Suralaya is one of the largest generator units in Indonesia with a

3400MW power supply, when the generator system is faulted due to fault or

mechanisms of network systems such as load addition and load Rejection will

have a large impact on network stability. Transient stability is the ability of the

power system to maintain synchronization when a transient electrical fault occurs.

The method This study uses qualitative research approaches. The research

related to the transient stability is using models and simulations with the Matlab

Simulink application program that uses the unit 1 Suralaya PGU model. Short-

circuited occurred on the Bus 500 KV, the timing of the disconnection of

frequency fault is unsafe at 0.5 seconds and the safe disconnection time is 90

mili sec based on the standard SPLN No 52-1 1983 on a 500 KV voltage system.

Generator voltage is unsafe when CB is open 0.5 second and safe at the time of

CB Open 0.09 sec as a result voltage increase at the range is still permitted. The

rotor angle is not secure on the CB open 0.5 s and secured on the CB Open 0.09

s the rotor angle oscillates around the initial rotor angle value at the allowable

limit.

Keyword: Stability, Frequency, Voltage, Rotor Angle

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ........................................................ ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................................. iii

UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. v

ABSTRAK ....................................................................................................... vi

ABSTRACT .................................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi

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

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

1.2 Permasalahan Penelitian ................................................................... 2

1.2.1 Identifikasi Masalah ........................................................................... 2

1.2.2 Ruang Lingkup Masalah .................................................................... 2

1.2.3 Rumusan Masalah .............................................................................. 2

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian .......................................................... 3

1.3.1 Tujuan Penelitian : ............................................................................. 3

1.3.2 Manfaat Penelitian .............................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 4

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 4

2.2 Teori Pendukung ................................................................................ 4

2.2.1 Prinsip Kerja Generator Sinkron ....................................................... 4

ix

2.2.2 Kestabilan Transien (Kundur & Paserba, 2004.) .............................. 5

2.2.3 Standar Kestabilan Transien (IEEE, IEEE Std, 2003) ...................... 6

BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................... 8

3.1 Perancangan Penelitian ..................................................................... 8

3.2 Teknik Analisis ................................................................................. 11

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................. 12

4.1 Pengolahan Data .............................................................................. 12

4.2 Simulasi dan Analisis ...................................................................... 17

4.2.1 Kestabilan Unit Pembangkit pada Kondisi Normal ....................... 17

4.2.2 Kestabilan Unit Pembangkit Dalam Kondisi Pelepasan Beban ... 19

4.2.3 Kestabilan Unit Pembangkit Dalam Kondisi Hubung Singkat ..... 25

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 33

5.1 Simpulan ........................................................................................... 33

5.2 Saran ................................................................................................. 33

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 34

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... 35

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Standar frekuensi Pembangkit WECC untuk frekuensi 60 Hz,

IEEE Std C37.106-2003 (IEEE, IEEE Std, 2003) ............................................. 7

Tabel 2.2 Konversi frekuensi 60 Hz ke frekuensi 50 Hz (Rizky, 2017) ........ 7

Tabel 4.1 Variasi Daya Output Generator PLTU Suralaya ......................... 14

Tabel 4.2 Data parameter Steam Turbin dan Governor ............................. 15

Tabel 4.3 Data parameter Sistem Eksitasi .................................................. 15

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Klasifikasi Power System Stability (Kundur & Paserba, 2004.,

p. 1390) ............................................................................................................ 6

Gambar 2.2 Standar Kestabilan Frekuensi Pembangkit Berdasarkan IEEE

Std C37.106-2003 ............................................................................................ 6

Gambar 3.1 Diagram Alir .............................................................................. 10

Gambar 4.1 Blok Diagram Steam Turbin Generator Matlab Simulink ...... 12

Gambar 4.2 Frekuensi Generator pada kondisi normal ............................. 17

Gambar 4.4 Sudut rotor generator pada kondisi normal ........................... 18

Gambar 4.5 Frekuensi generator pada saat pelepasan beban 100% ....... 19

Gambar 4.6 Tegangan generator pada saat pelepasan beban 100% ....... 20

Gambar 4.7 Kenaikan Tegangan generator pada t=10+ saat pelepasan

beban 100% ................................................................................................... 21

Gambar 4.8 Sudut rotor generator pada saat pelepasan beban 100% ..... 21

Gambar 4.9 Penurunan daya aktif akibat pelepasan beban 100% ............ 22

Gambar 4.10 Respon frekuensi generator akibat pelepasan beban secara

bertahap ......................................................................................................... 22

Gambar 4.11 Respon sudut rotor generator akibat pelepasan beban secara

bertahap ......................................................................................................... 23

Gambar 4.12 Respon Tegangan generator akibat pelepasan beban secara

bertahap ......................................................................................................... 24

Gambar 4.14 Frekuensi range tidak aman, CB Open 0.544 detik ............. 26

Gambar 4.15 Frekuensi range aman, CB Open 0.09 detik ......................... 26

Gambar 4.16 Tegangan generator pada saat hubung singkat .................. 27

Gambar 4.17 Tegangan generator tidak aman CB Open 0.5 detik ............ 28

Gambar 4.18 Tegangan generator aman CB Open 0.09 detik ................... 28

Gambar 4.19 Sudut rotor generator saat terjadi hubung singkat ............. 29

xii

Gambar 4.20 Sudut rotor generator aman CB open 0.5 detik ................... 30

Gambar 4.21 Sudut rotor generator aman CB open 0.09 detik ................. 30

Gambar 4.22 Respon frekuensi generator akibat hubung singkat ........... 31

Gambar 4.23 Respon Sudut Rotor generator akibat hubung singkat ...... 32

Gambar 4.24 Respon Tegangan generator akibat hubung singkat .......... 32

1

BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

PLTU Suralaya merupakan salah satu unit pembangkit terbesar di

Indonesia dengan suplai daya 3400MW. Sistem Pembangkit PLTU Suralaya

selain harus dapat menghasilkan daya ke sistem jaringan tenaga listrik, juga

harus dapat menjaga sistem tetap stabil. Sistem tenaga listrik membutuhkan data

kondisi unit pembangkit terkait dengan respon kontrol turbin dan kontrol

generator. Hal ini dibutuhkan untuk melihat kesiapan pembangkit dalam memikul

beban-beban listrik dengan tetap menjaga supplai listrik unit pembangkit masih

dalam batas yang diijinkan.

Gangguan dapat berupa gangguan internal dan eksternal yang bisa

menyebabkan pembangkit keluar dari sistem. Dalam hal unit pembangkit harus

siap terhadap gangguan eksternal, misalnya hubung singkat di bus transmisi,

switching dan lain lain, maka unit pembangkit bisa keluar dari sistem atau lepas

dari sistem, tetapi harus tetap kondisi stabil dalam hal tegangan dan frekuensi

dan siap kembali sinkron bila gangguan sistem sudah dipulihkan. Sebuah

generator yang tidak stabil akan dilepas dari sistem dan pelepasan ini dapat

berpengaruh terhadap kestabilan sistem secara keseluruhan.

Kinerja unit dari sisi kestabilan di sisi unit pembangkit tergantung kepada

kondisi kinerja sistem kontrol turbin dan sistem kontrol generator. Untuk

memastikan bahwa sistem kontrol tersebut bekerja optimal dapat diketahui dari

kondisi transien pada perubahan putaran/frekuensi, perubahan tegangan dan

perubahan sudut rotor. Tahapan pertama untuk memeriksa kesiapan unit, bila

terjadi gangguan bisa dilakukan dengan pelepasan beban, sehingga dapat

diketahui kinerja kontrol turbin dan kontrol generator dalam menangani

perubahan beban generator secara mendadak.

Setelah didapat informasi terkait kestabilan sudut rotor, tegangan dan

frekuensi unit pembangkit pada pengujian pelepasan beban, selanjutnya pada

unit pembangkit bisa dilakukan uji stabilitas dengan gangguan hubung singkat.

Ketika terjadi gangguan hubung singkat diharapkan pembangkit tidak boleh trip

2

hanya breaker generator saja yang lepas dan dalam waktu singkat breaker

generator dimasukkan lagi, bila gangguan sudah pulih kembali. Oleh karena itu

pada penelitian ini dilakukan simulasi hubung singkat untuk mengetahui kesiapan

pembangkit dalam menghadapi gangguan hubung singkat pada sistem tenaga

listrik.

1.2 Permasalahan Penelitian

1.2.1 Identifikasi Masalah

Sistem tenaga listrik menjadi lebih besar dan lebih rumit, jadi penting untuk

menganalisis dan memahami fenomena dinamis dari sistem tenaga. Gejala

transien adalah perwujudan dari perubahan yang mendadak karena kondisi

berbeban dan pelepasan beban. Saat terjadi gejala transien peralatan-peralatan

mengalami perubahan berupa tegangan dan arus sebelum mencapai keadaan

steady-state.

1.2.2 Ruang Lingkup Masalah

Agar sesuai dan terarah mengenai pembahasan penelitian maka penulis

merumuskan ruang lingkup hanya pada pembahasan mengenai parameter

generator yaitu:

1. Membahas tentang stabilitas generator sinkron (single machine) Unit 1

PLTU Suralaya dengan sistem interkoneksi infinite bus 500 kV.

2. Pelepasan beban terjadi pada bus 500 kV dilakukan dengan simulasi

mengunakan program aplikasi Matlab Simulink.

3. Gangguan hubung singkat terjadi adalah hubung singkat 3 fasa, 2 fasa

(fasa-fasa) dan 1 fasa ke tanah pada bus 500 kV disimulasi dengan

program aplikasi Matlab Simulink.

1.2.3 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana rancangan blok diagram dari sistem turbin uap-generator

PLTU unit 1?

2. Bagaimana respon transien tegangan, frekuensi dan sudut rotor hasil

simulasi pelepasan beban ?

3

3. Bagaimana respon transien tegangan, frekuensi dan sudut rotor hasil

simulasi hubung singkat 3 fasa, 2 fasa (fasa-fasa) dan 1 fasa ke tanah ?

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian

1.3.1 Tujuan Penelitian :

1. Membuat rancangan simulasi blok diagram sistem steam turbin generator

unit 1 PLTU Suralaya.

2. Mengetahui respon transien tegangan, frekuensi dan sudut rotor hasil

simulasi pelepasan beban.

3. Mengetahui respon transien tegangan, frekuensi dan sudut rotor hasil

simulasi hubung singkat 3 fasa, 2 fasa (fasa-fasa) dan 1 fasa ke tanah.

1.3.2 Manfaat Penelitian

1. Manfaat Teoritis

Secara teoritis hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk

Memberikan sumbangan ilmiah dalam ilmu pengetahuan tentang stabilitas

generator sinkron dan Sebagai pijakan dan referensi pada penelitian-

penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan penelitian ini.

2. Manfaat Praktis

Blok diagram turbin generator PLTU yang sesuai dan data parameter

generator dan exciter dari manual book, dapat simulasikan respon

transien tegangan, frekuensi generator. Sehingga dapat dilihat secara

prediktif apabila terjadi perubahan dinamik baik hubung singkat maupun

pelepasan beban.

4

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka

Prabha Kundur dan John Paserba dalam Definition and Classification of

Power System Stability membahas tentang definisi dari stabilitas dan klasifikasi

dari sistem tenaga secara mendasar.

Baghazta Akbar A, Margo Pujiantara, Daniar Fahmi dalam penelitiannya

Analisis Kestabilan Transien Dan Mekanisme Pelepasan Beban Di PT. Pusri

Akibat Penambahan Generator Dan Penambahan Beban membahas tentang

stabilitas yang terjadi Ketika terjadi pada PT. Pusri Ketika terjadi lepas

pembangkit, dan starting motor.

Anizar Rizky dalam penelitiannya, membahas tenang stabilitas pada

interkoneksi Jamali Ketika terjadi gangguan hubung singkat dan pelepasan

saluran dengan mengunakan program aplikasi Etap tahun 2019 dengan

menentukan waktu pemutusan gangguan.

2.2 Teori Pendukung

2.2.1 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Prinsip kerja generator sinkron adalah :

1. Prime mover atau turbin uap dihubungkan dengan poros generator, yang

berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik (Pm) dengan kecepatan

putaran yang konstan.

2. Rotor generator sinkron dihubungkan dengan catu daya DC yaitu sumber

eksitasi dari Exciter. Exciter berfungsi untuk menghasilkan medan megnet

pada kumparan medan yaitu rotor generator sinkron.

3. Ketika pada motor timbul medan magnet dan berputar dengan kecepatan

yang konstan dengan kecepatan putaran turbin, maka berdasarkan hukum

induksi faraday akan diinduksikan tegangan ke stator. Sehingga timbul ggl

induksi pada kumparan armature yaitu stator generator sinkron. Sesuai

dengan persamaan dibawah :

𝑒 = − 𝑁 𝑑𝜙

𝑑𝑡 (2.2)

5

𝑒 = − 𝑁 𝑑ϕ𝑚𝑎𝑘𝑠 𝑆𝑖𝑛𝜔𝑡

𝑑𝑡

𝑒 = − 𝑁 𝜔 𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠𝐶𝑜𝑠 𝜔𝑡

Dengan mengacu

𝜔 = 2𝜋𝑓 (2.3)

𝑒 = −𝑁(2𝜋𝑓)𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠𝐶𝑜𝑠 𝜔𝑡

Berdasarkan persamaan (2.1)

𝑒 = −𝑁 (2𝜋𝑛𝑝

120) 𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠𝐶𝑜𝑠 𝜔𝑡

𝑒𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑁 (2𝜋𝑛𝑝

120) 𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠 (2.4)

Jadi

𝑒𝑒𝑓𝑓 =𝑒𝑚𝑎𝑘𝑠

√2=

𝑁(2𝜋𝑛𝑝

120)𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠

√2 (2.5)

𝑒𝑒𝑓𝑓 =4.44𝑁𝑝𝑛𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠

120 (2.6)

Jika,

𝐶 =4.44𝑁𝑝

120

Maka,

𝑒𝑒𝑓𝑓 = 𝐶𝑛𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠 (2.7)

Dimana:

𝑒 = 𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑖𝑘 (𝑣𝑜𝑙𝑡)

𝑁 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛

𝐶 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎

𝑛 = 𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑖𝑛𝑘𝑟𝑜𝑛 (𝑟𝑝𝑚)

ɸ = 𝑓𝑙𝑢𝑘𝑠 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑘 (𝑤𝑒𝑏𝑒𝑟)

2.2.2 Kestabilan Transien (Kundur & Paserba, 2004.)

Kestabilan Transien pembangkit pada umumnya dapat didefinisikan

sebagai kemampuan dari pembangkit untuk tetap sinkron ketika terjadi gangguan

transien (gangguan besar) yang mengakibatkan perubahan besaran listrik yang

besar mendadak. Respon pembangkit yang dilihat yaitu Frekuensi, Tegangan

dan sudut rotor pembangkit seperti pada gambar 2.1.

6

Gambar 2.1 Klasifikasi Power System Stability (Kundur & Paserba, 2004., p.

1390)

2.2.3 Standar Kestabilan Transien (IEEE, IEEE Std, 2003)

1. Standar Frekuensi

Gambar 2.2 Standar Kestabilan Frekuensi Pembangkit Berdasarkan IEEE Std

C37.106-2003

7

Tabel 2.1 Standar frekuensi Pembangkit WECC untuk frekuensi 60 Hz,

IEEE Std C37.106-2003 (IEEE, IEEE Std, 2003)

Batas kestabilan pembangkit berdasarkan standar seperti terlihat pada

gambar 2.2. Pada tabel di 2.1 diuraikan batas batas under frekuensi dan over

frekuensi dengan waktu maksimum nya. Karena di Indonesia standar frekuensi

adalah 50 Hz, jadi dikonversi 60 Hz ke frekuensi 50 Hz sesuai dengan table 2.2.

Tabel 2.2 Konversi frekuensi 60 Hz ke frekuensi 50 Hz (Rizky, 2017)

8

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Perancangan Penelitian

Metode pada penelitian ini mengunakan pendekatan penelitian kualitatif,

metode pengumpulan data yang utama adalah studi pustaka dan observasi.

Desain penelitian bersifat sementara karena model dari simulasi terus

berkembang seiring dengan perkembangan teknologi kelistrikan. Pada Gambar

3.1 flow chart metodologi yang dipakai untuk penelitian ini, dapat diuraikan

berikut ini:

1. Studi Kepustakaan

Dilaksanakan dengan mencari dan mengumpulkan informasi baik teori

maupun data teknik dari perpustakaan ataupun internet seperti jurnal ilmiah,

buku-buku, dan laporan penelitian sebelumnya untuk mendapatkan materi yang

dapat digunakan sebagai bahan referensi dalam penulisan dan pembahasan

penelitian ini seperti yang terlihat dalam daftar pustaka.

2. Observasi

Metode observasi adalah suatu cara pengumpulan data dengan cara

melakukan pengamatan secara langsung ke lapangan bersama pembimbing dan

pihak teknisi atau operator team yang berwenang, untuk mendapatkan data

sekaligus pemahaman secara langsung terhadap objek yang akan diteliti.

Tujuannya untuk menguatkan teori dengan melihat objek penelitian dilapangan.

3. Diskusi dan konsultasi

Melakukan diskusi dan konsultasi baik dengan pembimbing skripsi

maupun pembimbing lapangan yang memahami bidang yang di bahas dalam

penelitian.

4. Simulasi

Untuk mengetahui apakah sistem stabil atau tidak dibuat blok diagram

simulasi kestabilan mengunakan software aplikasi pada penelitian ini. Analisis

kestabilan disimulasikan dengan mengunakan data pembangkitan dan beban

PLTU Suralaya. Pada simulasi kestabilan transien pada tugas akhir ini terdapat

9

dua gangguan untuk menguji kestabilan sistem yaitu pelepasan beban dan

gangguan hubung singkat sistem pembangkit PLTU Suralaya dengan sistem

infinite bus.

5. Analisis

Setelah dilakukan simulasi kestabilan transien pada sistem, dilihat dan

diamati hasil dari simulasi terkait frekuensi, tegangan dan sudut rotor. Pada saat

pelepasan beban dilihat kestabilan sistem berdasarkan batasan dan standar

sistem dikatakan stabil sebelum dan sesudah gangguan. Kemudian dilanjutkan

dengan melihat respon transien dari frekuensi, tegangan dan sudut rotor ketika

terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa pada bus 500kV. Kemudian dicari waktu

pemutusan kritis circuit breaker dan dilihat respon transiennya apakah stabil atau

tidak, sehingga didapat waktu pemutusan saat dimana sistem stabil dan tidak

stabil.

6. Penarikan kesimpulan

Pada saat pelepasan beban penuh pembangkit masih dalam keadaan

stabil dilihat dari respon frekuensi, tegangan dan sudut rotor. Ketika terjadi

gangguan hubung singkat 3 fasa CB harus membuka dengan cepat dan

memutus gangguan agar tidak menguncang kestabilan sistem.

10

Mulai

Pengumpulan Data dan Studi Literatur

Pembangkit PLTU Suralaya

Membuat Blok diagram sistem menggunakan program aplikasi

Simulasi Gangguan dan Analisis Transient Generator

(simulasi gangguan: Generator lepas beban, hubung

singkat, Analisis Transient: frekuensi, tegangan dan

sudut rotor

Simulasi kestabilan sistem

Respon Stabil (frekuensi,

tegangan dan sudut rotor

dalam batas yang

diijinkan)

Kesimpulan

Selesai

Critical Clearing Time

(CCT) digunakan untuk

gangguan hubung

singkat

Gambar 3.1 Diagram Alir

11

3.2 Teknik Analisis

Teknik analisis yang digunakan pada penelitian ini adalah teknik analisis

statistik deskriptif. Teknik ini berdasarkan studi literatur yang diperoleh dari buku

buku penunjang, jurnal dan tugas akhir terdahulu yang berhubungan dengan

Stabilitas generator sinkron serta data didapat dari manual book. Model blok

diagram yang dibutuhkan adalah blok diagram blok turbin, Generator, dan sistem

eksitasi. Kemudian dari blok diagram yang ada dimasukan nilai

konstanta/parameter generator untuk disimulasikan dengan program Matlab

Simulink. Dari hasil simulasi dilakukan analisis output tegangan generator,

frekuensi dan sudut rotor. Sehingga dapat dilakukan analisis apa bila terjadi

gangguan.

12

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengolahan Data

Gambar 4.1 Blok Diagram Steam Turbin Generator Matlab Simulink

Gambar 4.1 menunjukan blok diagram Sistem Pembangkit Tenaga Uap

tunggal tanpa kerja pararel. Blok diagram yang digunakan adalah Steam Turbin

dan Governor merupakan input dari generator yaitu daya mekanik (Pm) yang

didapat dari putaran turbin uap bertekanan yang terhubung satu shaft dengan

poros generator dan exciter. Untuk menghasilkan frekuensi sistem sebesar 50

Hz, rotor harus diputar dengan kecepatan 3000 RPM, dengan jumlah kutub 1

pasang (Rotor jenis Silindris/non salient pole). Dalam blok terdapat subsystem

governor untuk melakukan manipulasi apabila terjadi penurunan frekuensi pada

sistem.

Exciter dimodelkan sebagai sumber arus atau tegangan eksitasi untuk

membangkitkan medan magnet pada kumparan medan. Untuk memodelkan

generator 2 input ini harus ada, karena syarat timbul tegangan berdasarkan

hukum induksi faraday adalah harus ada medan magnet yang berputar disekitar

kumparan atau kumparan yang berputar disekitar medan magnet. Sehingga akan

diinduksikan tegangan dari kumparan medan ke kumparan armature.

Waktu generator diberikan beban, maka besaran generator akan berubah-

ubah sesuai dengan variasi beban sistem. Namun dengan pengaturan governor

13

dan avr exciter dapat menjaga kedua besaran ini dapat tetap pada kondisi

operasinya. Beban pada sistem pembangkit terbagi menjadi dua yaitu beban

sistem dan beban pemakaian sendiri. Beban pemakaian sendiri pembangkit

adalah berkisar antara 1-10% dari produksi energi yang dihasilkan pusat listrik.

Beban house load paling besar umumnya adalah pada pusat listrik tenaga uap

yang mengunakan bahan bakar batubara. Oleh karena itu beban pada simulasi

adalah sebesar 10% dari produksi energi PLTU. Data beban generator dapat

dilihat pada table 4.1. (Marsudi, 2011)

Generator terhubung dengan infinite bus yaitu sistem interkoneksi dengan

tegangan jaringan transmisi 500kV. Pada sistem interkonesi terdapat banyak

pusat listrik dan pusat beban (gardu induk) yang dihubungkan satu sama lain

oleh sistem transmisi. Karena operasi antar pusat listrik saling mempengaruhi

satu sama lain, maka diperlukan koordinasi yang meliputi pengaturan frekuensi,

pengaturan tegangan, prosedur mengatasi gangguan, pembagian beban dan

koordinasi pemeliharaan. (Marsudi, 2011) Gangguan yang terjadi adalah

gangguan hubung singkat dan pelepasan beban pada sistem 500kV.

Daya output Generator diambil data beban terbesar generator, data yang

disimulasikan diambil dengan pertimbangan daya aktif paling besar yang disuplai

generator, yaitu pada beban puncak pukul 18.00 dengan daya yang disuplai

380,2316 MW dan 69,02501 MVAR dengan faktor daya 0.989845 dan tegangan

generator pada saat itu adalah 23.119 Volt terlihat pada table 4.1.

14

Tabel 4.1 Variasi Daya Output Generator PLTU Suralaya

pNO Tanggal

Gen Voltage

Gen Active Power

Gen Reactive Power

Power Factor

KV MW MVAR COS

01GN046E 1EI3863-1 1EI3864-1 1EI3865

1 2020-03-26 00:00:00 22,72782 256,9107 9,220275 0,984435

2 2020-03-26 01:00:00 22,73296 262,3329 15,5806 0,98669

3 2020-03-26 02:00:00 22,68479 257,268 7,470017 0,983535

4 2020-03-26 03:00:00 22,69445 262,4753 6,07585 0,982291

5 2020-03-26 04:00:00 22,68591 263,0618 1,935706 0,982043

6 2020-03-26 05:00:00 22,69061 255,4461 4,594169 0,982048

7 2020-03-26 06:00:00 22,68541 255,9203 10,69971 0,984566

8 2020-03-26 07:00:00 22,99885 279,5535 62,27768 0,978937

9 2020-03-26 08:00:00 23,58096 328,913 117,1386 0,947378

10 2020-03-26 09:00:00 23,80348 329,144 160,1075 0,907603

11 2020-03-26 10:00:00 23,79323 333,687 163,3758 0,901157

12 2020-03-26 11:00:00 23,79706 339,5017 175,1123 0,892414

13 2020-03-26 12:00:00 23,81825 327,0569 161,2299 0,901701

14 2020-03-26 13:00:00 23,80277 335,6287 167,1235 0,900974

15 2020-03-26 14:00:00 23,81607 365,9315 182,2049 0,900488

16 2020-03-26 15:00:00 23,81375 361,3924 173,2521 0,904989

17 2020-03-26 16:00:00 23,12087 361,3675 88,58614 0,977195

18 2020-03-26 17:00:00 23,12808 354,4687 74,35751 0,983704

19 2020-03-26 18:00:00 23,11932 380,2316 69,02501 0,989845

20 2020-03-26 19:00:00 23,12172 348,4533 62,45249 0,989397

21 2020-03-26 20:00:00 22,71511 352,9809 18,88395 0,990223

22 2020-03-26 21:00:00 22,53252 323,6419 -15,726 0,986

23 2020-03-26 22:00:00 22,52361 306,5091 -23,9018 0,981047

24 2020-03-26 23:00:00 22,72362 300,6059 5,588104 0,989491

15

Tabel 4.2, 4.3 dan 4.4 adalah data parameter dari steam turbine governor,

sistem exsitasi dan generator sinkron unit 1 PLTU Suralaya. Dari didapat dari

buku manual book dan data dari penelitian sebelumnya. Parameter pada sebuah

mesin seperti ciri-ciri dan karakteristik dari mesin itu sendiri. Kontanta ini meliputi

gain, konstanta waktu, reaktansi dan konstanta waktu sumbu direct dan

quadrature pada kondisi steady state, transient maupun kondisi subtransient,

Tabel 4.2 Data parameter Steam Turbin dan Governor

No Parameter Steam Turbine Governor Nilai

1 Regulator gain Kp 1

2 Permanent droop Rp (pu) 0.05

3 dead zone Dz (pu) 0

4 Speed relay Tsr (s) 0.001

5 Servo-motor time constants Tsm (s) 0.15

6 Gate opening limits Vgmin/Vgmax (pu/s) -0.1/0.1

7 Gate opening limits Gmin/Gmax (pu) 0/0.4492

8 Steam turbine time constants T2,T3,T4,T5 (s) 0,0,0.19,11

9 Turbine torque fractions F2,F3,F4,F5 0.5,0.5,0,0

Tabel 4.3 Data parameter Sistem Eksitasi

No Parameter Sistem Eksitasi Nilai

1 Low-pass filter time constant Tr(s) 0.015

2 Voltage regulator gain Ka 250

3 Time constant Ta(s) 0.03

4 Voltage regulator output limits Vrmin/Vrmax (pu) -7.6/7.6

5 Damping filter gain Kf 0.06

6 Time constants Tf(s) 1

7 Exciter gain Ke 1

8 Time constant Te(s) 0.98

9 Field voltage values Efdmax(pu) 6.6

16

Tabel 4.4 Data Parameter Generator Sinkron

Unit no #1

Rated Capacity [MVA] 471

Rated Output [MW] 400.35

Reactance

Direct-Axis Saturated Substransient Xd"s [%] 25.2

Quadrature-Axis Saturated Substransient Xq"s [%] 25.9

Direct-Axis Saturated Transient Xd's [%] 29.4

Quadrature-Axis Saturated Transient Xq's[%] 48.7

Direct-Axis Saturated Synchroneous Xds [%] 189

Quadrature-Axis Saturated Synchroneous Xqs [%] 131

Leakage Xl [pu] 0.213

Saturated Negative-squance X2s [pu] 0.255

Zero-sequence X0 [pu] 0.134

Time Constant

Direct-Axis Short circuit Subtransient Td"[s] 0.023

Quadrature-Axis Short circuit Subtransient Tq"[s] 0.015

Direct-Axis Satureted Short circuit Transient Td'[s] 1.01

Quadrature-Axis Satureted Short circuit Transient Tq'[s] 0.184

Direct-Axis Open circuit Subtransient Tdo"[s] 0.017

Quadrature-Axis Open circuit Subtransient Tqo"[s] 0.028

Direct-Axis Short circuit Transient Tdo'[s] 7.46

Quadrature-Axis Open circuit transient Tqo'[s] 0.829

Saturated Armature Tas [s] 0.531

17

4.2 Simulasi dan Analisis

4.2.1 Kestabilan Unit Pembangkit pada Kondisi Normal

Gambar 4.2 Frekuensi Generator pada kondisi normal

Pada gambar 4.2 kondisi normal frekuensi yang dihasilkan sistem

pembangkit adalah 50,05. Nilai ini didalam dari besarnya daya mekanik dan

kecepatan primemover yaitu 3000 rpm dan juga kutup non salient pole/silinder

pada generator sinkron berjumlah 2. Sehingga frekuensi pembangkit dapat

sinkron dengan frekuensi jaringan sistem tenaga listrik. Frekuensi haruslah

dijaga kestabilannya karena apabila terjadi gangguan yang mengguncang

kestabilan frekuensi dapat membuat generator out of synchronous dari sistem

tenaga listrik artinya generator dapat lepas dari jaringan.

Dampaknya tidak hanya terjadi pada sistem pembangkit namun juga ke

jaringan karena suplai daya ke jaringan akan berkurang, dan membuat jaringan

interkoneksi sendiri menjadi tidak stabil. Penurunan frekuensi dapat terjadi

karena beban naik, sehingga terjadi speed drop. Jika kecepatan rotor turun maka

frekuensi sistem pem juga akan turun. Prinsip kerja governor mirip seperti keran

dengan membuka lebih banyak ruang akan mempercepat aliran uap bertekanan

masuk ke turbin, sehingga bisa memback-up penurunan kecepatan turbin.

18

Gambar 4.3 Tegangan terminal Generator pada kondisi normal

Tegangan terminal adalah hasil dari besarnya tegangan induksi (Eind)

atau tegangan armature (Ea) dikurangi dengan jatuh tegangan (Ia.Ra), reaktansi

bocor (Ia.Xl) dan jatuh tegangan karena reaksi jangkar sebesar (Ia.Xa).

(Berahim, 1991) Besarnya tegangan Ea adalah dijaga sesuai dengan persamaan

2.7 dimana Ea tergantung pada Fluks maksimal yang dihasilkan oleh tegangan

eksitasi dan daya mekanik (Pm) yang bervariasi dengan perubahan beban. Oleh

karena itu karakteristik generator sinkron adalah tegangan stabil walaupun terjadi

perubahan beban seperti terlihat pada gambar 4.3 pada nilai 1.005 pu atau

23.234 volt.

Gambar 4.4 Sudut rotor generator pada kondisi normal

19

Pada gambar 4.4 dilihat pada kondisi normal sebelum gangguan sudut

rotor adalah konstan atau stabil, tidak ada penyimpangan sudut pada rotor. Sudut

rotor yang konstan ini menandakan tidak ada penyimpangan sudut antara torsi

mekanik steam turbin dan torsi elektromagnetik (Tm dan Te). Saat terjadi

perubahan beban listrik mengakibat kan kecepatan dan sudut rotor berubah

berdasarkan besarnya beban yang berubah. Apabila kontrol pembangkit tidak

siap untuk menahan gangguan dapat menyebabkan pembangkit lepas.

4.2.2 Kestabilan Unit Pembangkit Dalam Kondisi Pelepasan Beban

Gambar 4.5 Frekuensi generator pada saat pelepasan beban 100%

Pelepasan beban pada penelitian ini digunakan untuk menguji kesiapan

unit pembangkit dalam merespon perubahan yang mendadak dari sistem tenaga

listrik. Pelepasan beban merupakan salah satu fenomena yang terjadi disuatu

sistem tenaga listrik yang mengijinkan adanya beberapa beban keluar dari sistem

sehingga menghasilkan kestabilan sisem tenaga listrik. Hal ini biasanya

disebabkan oleh beban lebih pada sistem, sehingga untuk dapat mengembalikan

kondisi sistem seperti sedia kala diperlukan pelepasan beberapa beban tertentu.

(Irfan, 2004).

Dari hasil simulasi diatas dapat dilihat bahwa terjadi osilasi pada saat

pelepasan beban saat 10 detik. Osilasi mencapai nilai maksimum pada 50.15 Hz

20

berdasarkan standar IEEE Std C37.106-2003 Tabel 2.2 besarnya overshot masih

berada pada batas continuous operation yang artinya berada pada kondisi yang

diijinkan. Generator lepas beban dan membutuhkan selang waktu 10 detik

sampai frekuensinya kembali pada kondisi setpoint.

Gambar 4.6 Tegangan generator pada saat pelepasan beban 100%

Gambar 4.6 saat beban lepas pada 10s maka arus akan turun drastis, hal

ini mengakibatkan tegangan generator naik dari tegangan nominalnya 23.119 V

menjadi 24.390 V (1,055pu). Batas operasi yang aman ketika kondisi transien

adalah 110% dari tegangan nominal yaitu sekitar 25.430 V. (zHannett, 1981)

Pada nilai 105.5% tidak membuat relay overvoltage bekerja. Sehingga respon

tegangan transien generator masih dalam batas yang diijinkan seperti terlihat

pada gambar 4.7 kenaikan dari tegangan hanya sepersekian detik, sehingga

tidak membahayakan peralatan unit pembangkit. Setelah itu tegangan turun dan

berosilasi untuk mencapai kondisi steady state membutuhkan waktu 5-12 detik.

21

Gambar 4.7 Kenaikan Tegangan generator pada t=10+ saat pelepasan beban

100%

. (Rizky, 2017) Pada gambar 4.9 karena pada saat lepas beban terjadi terjadi

Gambar 4.8 Sudut rotor generator pada saat pelepasan beban 100%

Kestabilan transien merupakan kemampuan pembangkit untuk dapat

kembali pada kondisi stabil dengan keadaan kerja yang baru atau berada pada

batas operasi yang diijinkan. Penurunan suplai daya membuat perubahan sudut

rotor, sehingga generator bekerja pada sudut rotor yang baru namun mengalami

osilasi pada kondisi transien pada sudut 66 derajat. Sehingga terjadi

22

penyimpangan sudut 6 derajat sebelum terjadi pelepasan beban seperti terlihat

pada gambar 4.8.

Gambar 4.9 Penurunan daya aktif akibat pelepasan beban 100%

Dalam pengujian pelepasan beban biasanya dilakukan dengan beberapa

langkah yaitu beban dilepas 25% kemudian dilihat apakah kestabilan generator

dalam kondisi baik. Setelah itu beban yang dilepas dinaikan menjadi 50%, 75%

sampai dengan lepas beban penuh. Apabila langsung dilakukan pelepasan

beban penuh, dikhawatirkan kontrol generator dan turbin tidak siap dalam

merespon perubahan yang signifikan dari gangguan sistem tenaga listrik.

Gambar 4.10 Respon frekuensi generator akibat pelepasan beban secara

bertahap

23

Karena beban berkurang atau hilang maka arus akan turun dengan

signifikan, hal ini akan menyebabkan frekuensi generator ketika beban lepas naik

dan berisolasi seperti terlihat pada gambar 4.10. Berdasarkan IEEE Std C37.106-

2003 sistem stabil bila kenaikan frekuensi tidak lebih dari 51.4 Hz dan tidak lebih

rendah dari 47 Hz. Ketika beban lepas 25% frekuensi naik mencapai nilai puncak

atas dan bawah sebesar 50,05 Hz dan 50 Hz. Semakin besar beban generator

dilepas 50%, 75% dan 100%, lonjakan frekuensi menjadi semakin besar. Dari

hasil simulasi dapat dilihat bahwa unit pembangkit dapat menahan perubahan

sistem yang mendadak.

Gambar 4.11 Respon sudut rotor generator akibat pelepasan beban secara

bertahap

Respon sudut rotor generator hasil simulasi pelepasan beban

menunjukkan semakin besar presentase beban dilepas maka pergeseran sudut

rotor menjadi semakin besar. Beban mempunyai besar dan sudut, apabila beban

berkurang maka load angle juga akan berubah mengakibatkan sudut rotor

bergeser. Pelepasan beban 25% akan mengakibatkan sudut rotor bergeser

sekitar 2 derajat, 50% sebesar 3 derajat dan 75% sebesar 4 derajat serta beban

penuh 6 derajat.

24

Berdasarkan gambar 4.12 seperti dijelaskan sebelumnya karena beban

lepas berarti tegangan akan naik. Berdasarkan Standar besarnya kenaikan

tegangan tidak boleh mencapai setting kerja relay under voltage 90% dan relay

overvoltage 110% dari tegangan nominal (IEEE, IEEE Guide for AC Generator

Protection, 2006). Berdasarkan hasil simulasi menunjukan bahwa semakin besar

presentase beban dilepas mengakibatkan kenaikan tegangan semakin besar dari

tegangan nominal. Namun kenaikan maksimal dari tegangan adalah 105,5 % dan

drop tegangan sekitar 98% dari tegangan nominal. Sehingga perubahan

tegangan tidak mengakibatkan relay berkerja.

Gambar 4.12 Respon Tegangan generator akibat pelepasan beban secara

bertahap

25

4.2.3 Kestabilan Unit Pembangkit Dalam Kondisi Hubung Singkat

Gambar 4.13 Frekuensi generator pada saat hubung singkat

Dari gambar 4.13 saat terjadi hubung singkat pada bus 500kV

menyebabkan frekuensi generator naik hingga mencapai nilai kritis sekitar 62 Hz

sehingga harus dilakukan pemutusan gangguan. Frekuensi pada gambar diatas

sudah jelas membuat generator lepas dari jaringan, karena melebihi batas

kestabilan pembangkit berdasarkan IEEE Std C37.106-2003 yaitu 51.4 Hz.

Apabila frekuensi melebihi dari batas frekuensi yang dilarang maka akan

menyebabkan adanya potensi keretakan bilah turbin dari generator. (Rizky,

2017) Sehingga perlu dicari waktu pemutusan kritis atau critical clearing time

yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat.

26

Gambar 4.14 Frekuensi range tidak aman, CB Open 0.544 detik

Dari Gambar 4.14 frekuensi pada generator terjadi osilasi yang besar dan

mencapai nilai kritis sebesar 57.5 Hz. Nilai ini melebihi batas frekuensi yang

diijinkan berdasarkan standar frekuensi IEEE Std C37.106-2003 yaitu 51.417 Hz.

Ini menandakan pembangkit bisa lepas dari jaringan jika CB membuka 0.544

detik dari waktu gangguan.

Gambar 4.15 Frekuensi range aman, CB Open 0.09 detik

27

Standar SPLN No 52-1 1983 menuliskan bahwa sistem tegangan 500 kV,

ketika adanya gangguan diharapkan pemutus tenaga yang dimaksud disini

adalah CB dapat bekerja dengan cepat pada sistem kelistrikan pada periode

waktu 90 mili detik. Pada gambar 4.15 dapat dilihat bahwa terjadi osilasi

maksimumnya sebesar 50.6 Hz masih berada pada batas frekuensi yang

dilarang oleh standar frekuensi IEEE Std C37.106-2003 yaitu 51.417 Hz. Dari

hasil simulasi ini dapat ditarik kesimpulan bahwa frekuensi berada pada daerah

yang tidak aman.

Gambar 4.16 Tegangan generator pada saat hubung singkat

Dari gambar 4.16 saat terjadi hubung singkat pada bus 500kV

menyebabkan tegangan terminal generator Drop hingga mencapai nilai kritis

sekitar 0.05 pu dan mencapai kondisi steady pada 0,2916 pu atau 6,741 kV. Drop

voltage yang terjadi adalah sebesar 70,84% atau sebesar 16,377 kV sedangkan

batas drop voltage berdasarkan SPLN No.72. Tahun 1987 adalah -10% sehingga

harus dilakukan pemutusan gangguan. Kondisi ini harus segera diatasi secepat

mungkin karena dapat menyebabkan komponen peralatan listrik pembangkit

berada pada kondisi Undervoltage sehingga relay akan bekerja dan mentripkan

peralatan listrik dan akan menggangu/memutus produksi daya listrik pembangkit.

28

Gambar 4.17 Tegangan generator tidak aman CB Open 0.5 detik

Pada gambar 4.17 tegangan generator mengalami osilasi pada nilai kritis

selama 20 detik sebelum mencapai nilai setpoint tegangan yaitu 1 pu. Tegangan

melewati batas drop voltage yang diijinkan berdasarkan SPLN No.72. Tahun

1987 yaitu -10%, sehingga tegangan generator tidak dalam kondisi aman

Gambar 4.18 Tegangan generator aman CB Open 0.09 detik

29

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya tentang batas kestabilan

tegangan pembangkit. Diharapkan bahwa Ketika terjadi hubung singkat hanya

CB generator saja yg membuka, dan begitu gannguan dihilangkan pembangkit

bekerja pada kondis normal lagi. Pada gambar 4.18 dapat dilihat bahwa drop

tegangan terminal generator yang melewati standar tegangan operasi, hanya 0.1

detik seperti terlihat pada gambar 4.18 sehingga tidak membahayakan peralatan

unit pembangkit. Setelah itu tegangan naik dan berosilasi untuk mencapai kondisi

steady state 1 pu. Sehingga dapat disimpulkan tegangan generator berada pada

range yang aman.

Gambar 4.19 Sudut rotor generator saat terjadi hubung singkat

Pada gambar 4.19 dapat dilihat bahwa sudut rotor generator terus

meningkat melebihi batas kestabilan 90º sehingga generator akan lepas sinkron

dengan sistem. Jadi dapat disimpulkan sudut rotor tidak stabil. Apabila generator

lepas dari sistem maka suplai daya akan berkurang khususnya apabila yang

terganggu adalah sistem pembangkit yang besar seperti PLTU suralaya.

Kehilangan daya yang besar akan membuat sistem manjadi tidak stabil.

30

Gambar 4.20 Sudut rotor generator aman CB open 0.5 detik

Gambar 4.20 menunjukan sudut rotor mengalami kenaikan terus,

pemutusan arus gangguan pada selang waktu 0.5 detik tidak dapat meredam

kenaikan sudut rotor. Sehingga dari nilai perubahan sudut rotor yang

menyimpang jauh dari nilai kestabilan, dapat disimpulkan sudut rotor tidak stabil.

Gambar 4.21 Sudut rotor generator aman CB open 0.09 detik

31

Pada gambar 4.21 dapat dilihat bahwa sudut rotor Kembali pada nilai

sudut awal Ketika berosilasi selama 5 detik pada osilasi terbesar 5 derajat

sebelum mencapai kondisi steady statenya Kembali. Sehingga dapat

disimpulkan sudut rotor generator dalam range yang aman. Ketika CB membuka

pada 90 mili detik tidak membuat sudut rotor mengalami osilasi yang besar dan

cepat Kembali pada kondisi normal ketika gangguan dihilangkan.

Gambar 4.22 Respon frekuensi generator akibat hubung singkat

Gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi adalah hubung singkat 3

fasa, hubung singkat 2 fasa (fasa ke fasa) dan gangguan hubung singkat 1 fasa

ketanah. Ketika terjadi hubung singkat akan mengalir arus yang besar pada

generator sehingga mengakibatkan frekuensi turun dan berosilasi. Pada hasil

simulasi 4.22 warna merah adalah gangguan 1 fasa ketanah nilai puncak atas

dan bawah adalah sekitar 50.2 Hz dan 49.8 Hz. Sedangkan hubung singkat 2

fasa sekitar 50.3 Hz dan 49.7 Hz. Penyimpangan paling besar terjadi saat hubung

singkat 3 fasa karena besarnya arus gangguan tiap fasanya sama sehingga lebih

besar mencapai 50.6 Hz dan 49.55 Hz. Namun kestabilan sistem masih terjaga

dalam batas yang aman.

32

Gambar 4.23 Respon Sudut Rotor generator akibat hubung singkat

Dari ketiga jenis gangguan, yang paling berdampak besar adalah

gangguan tiga fasa karena lonjakan arus yang besar didekat saluran pembangkit

sehingga mengeser sudut rotor generator 20 derajat. Pergeseran sudut lebih

besar dari hubung singkat 2 fasa dan 1 fasa ketanah. Yang terjadi penyimpangan

sudut sekitar 6-10 derajat seperti terlihat pada gambar diatas. Ketika terjadi

hubung singkat CB generator akan trip dikarenakan relay under voltage berkerja.

Dari hasil simulasi dapat dilihat dari gambar 4.24 tegangan drop melewati setting

relay yaitu 110% dan 90% (IEEE, IEEE Guide for AC Generator Protection, 2006)

Gambar 4.24 Respon Tegangan generator akibat hubung singkat

33

BAB V

PENUTUP

5.1 Simpulan

Dari hasil simulasi dan analisis dapat ditarik kesimpulan pada penelitian

ini adalah:

1. Simulasi unit pembangkit unit 1 PLTU suralaya dengan output daya dan

tegangan sesuai dengan beban puncak dari data variasi beban generator

pukul 18.00 dengan daya yang disuplai 380,23 MW dan 69,02 MVAR

dengan faktor daya 0.98 dan tegangan generator pada saat itu adalah

23.119 Volt.

2. Unit pembangkit tetap stabil saat terjadi pelepasan beban pada detik ke

10. Frekuensi berosilasi dengan nilai puncak 8% dari frekuensi nominal.

Nilai tegangan generator naik menjadi 24.390 V atau 105.5% dari

tegangan nominal. Sedangkan perubahan sudut rotor hanya sekitar 6

derajat dari sudut awal.

3. Hubung singkat terjadi pada bus 500 kV, waktu pemutusan gangguan

tidak aman pada 0.5 detik dan waktu pemutusan gangguan aman pada 90

mili detik sehingga hanya breaker generator saja yang trip dan kembali

pulih ketika gangguan dihilangkan.

5.2 Saran

Pada penelitian ini hanya dilakukan dua jenis kasus untuk masalah

kestabilan transien, maka untuk melakukan analisa kestabilan transien yang lebih

baik lagi, dapat menambahkan lebih banyak jenis kasus masalah kestabilan

transien, sehingga hasil analisis kestabilan transien yang didapatkan lebih akurat

34

DAFTAR PUSTAKA

PLN Persero (2014). Buku Pedoman Pemeliharaan Pemutus Tenaga (PMT).

Jakarta: PT PLN.

Berahim, H. (1991). Pengantar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta: Andi Offset

Yogyakarta.

IEEE. (2003). IEEE Std. IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for

Power Generating Plants, C37.106.

IEEE. (2006). IEEE Guide for AC Generator Protection. IEEE Standart.

Irfan, H. F. (2004). Simulasi Pelepasan Beban Pada Sistem Tenaga Listrik.

Depok.

Kundur, P., & Paserba, J. (2004.). IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability

Terms and Definitions. “Definition and Classification of Power System

Stability”IEEE Transactions on Power system, 19, no. 2.

Marsudi, D. ( 2011). Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Erlangga.

Rizky, A. (2017). ANALISIS STABILITAS TRANSIEN AKIBAT GANGGUAN

(GENERATOR TRIP, HUBUNG SINGKAT DAN LINE TRIP) DENGAN

MENENTUKAN CRITICAL CLEARING TIME (CCT) DAN SINGLE POLE AUTO

RECLOSING TIME, SISTEM TRANSMISI JAMALI 500 KV PADA TAHUN 2019.

Surabaya.

Soeprijanto, R. d. (2015). Penentuan batas kestabilan steady state generator

dengan konsep rei-dimo . Seminar Nasional “Inovasi dalam Desain dan

Teknologi” - IDeaTech 2015.

zHannett, F. P. (1981). Validation of Synchronous Machine Models and

Derivation of Model Parameters from Tests. Power Technologies, Inc.,

Schenectady, NY, 662.

35

RIWAYAT HIDUP

A. Data Personal


NIM : 201611092

Tempat,Tanggal Lahir : Cilacap, 5 Februari 1998

Agama : Islam

Status Perkawinan : Belum Kawin

Program Studi : S1 Teknik Elektro

Alamat Rumah : Jl. Butsi RT 5 RW 2 Desa Sidayu,

Binangun, Cilacap, Jawa Tengah

HP : 081211478076

Email : [email protected]

B. Pendidikan

Jenjang Nama Lembaga Jurusan Tahun Lulus

SD SDN 1 Sidayu - 2010

SMP SMPN 1

Binangun - 2013

SMA SMAN 1 Kroya IPA 2016

Demikianlah daftar riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya.

Jakarta, 17 Juli 2020

Agung Hermawan

38

INSTITUT TEKNOLOGI PLN

LEMBAR BIMBINGAN SKRIPSI


NIM : 2016 -11-092


Jenjang : Sarjana

Pembimbing 2 : Andi Makkulau, S.T., M.Ikom.,M.T.

Judul :Simulasi dan analisis stabilitas transien akibat

pelepasan beban dan gangguan hubung singkat di PT.

Indonesia Power Suralaya PGU

PLN SKRIPSI SIMULASI DAN ANALISIS STABILITAS ...

Documents

Transcript of PLN SKRIPSI SIMULASI DAN ANALISIS STABILITAS ...