BAB II DASAR TEORI. 2 dengan kapasitas maksimum 425MW, unit 3 dan 4 dengan kapasitas maksimum

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Kelistrikan Suralaya PLTU Suralaya terdiri dari 7 buah unit pembangkit, diantaranya unit 1 dan 2 dengan kapasitas maksimum 425MW, unit 3 dan 4 dengan kapasitas maksimum 400MW dan unit 5-7 dengan kapasitas maksimum 600MW. Ditambah dengan pembangkit baru PLTU Suralaya 8 dengan kapasitas maksimum 625MW. Gambar 2.1 Sistem kelistrikan Suralaya 500KV dan 150KV 6

2 7 Pada Bus Suralaya terhubung dengan sistem 500KV menuju ke Balaraja dan cilegon baru, sedangkan sistem 150KV terbubung dengan Cilegon, salira, dll. Pada proses kinerja suatu pembangkit dibutuhkan Pemakaian sendiri (PS) untuk proses operasi peralatan-peralatannya, pada kondisi start-up kebutuhan daya disuplai dari SST (Station Service Transformer) yang diambil dari sistem jaringan luar, disuplai dari sistem 150KV Cilegon kemudian tegangan di step-down menjadi 10,5KV/6KV. Setelah normal operasi, pemakaian sendiri dapat disuplai dari daya yang dibangkikan unit itu sendiri melalui UST ( Unit Station Transformer) yang berasal dari Generator sebesar 23 KV di step-down menjadi 10,5KV/6KV Pemakaian Sendiri (PS) Pemakaian Sendiri merupakan konsumsi daya yang dibutuhkan pembangkit untuk mengoperasikan peralatan-peralatan utama maupun bantu, untuk mengoperasikan suatu unit. Pemakaian sendiri suatu unit pembangkit di ambil dari daya yang dibangkitkan unit tersebut, sehingga Daya Netto (Daya bersih) suatu unit pembangkit adalah daya yang dibangkitkan dikurangi dengan Pemakaian sendiri. Maka daya netto itulah yang di suplai ke jaringan luar Unit Protection System Unit Protection System merupakan bentuk dari gabungan relairelai proteksi yang saling berhubungan dengan solid, guna memberikan proteksi pada Main Generator, UST, SST Interconecting Phase Bus dan

3 8 Medium voltage switch gear. Input ke relai proteksi berasal dari Current Transformer (CT) dan Power Transformer (PT) yang terpasang pada peralatan proteksi, sedangkan output dari relai proteksinya digunakan sebagai tripping signal pada : Generator circuit breaker, Generator Exitation, Turbin serta boiler untuk menghindari timbulnya kerusakan pada sistem tersebut. Tipe dari relai trip dibagi menjadi dua class trip, yaitu class Y dan class W. a. Trip class Y akan mengakibatkan trip unit atau off peralatan : Boiler Turbin Exciter 500KV Breaker Transfer Power dari UST ke SST (Auto Fast Transfer) b. Trip class W akan mengakibatkan kejadian sebagai berikut : Generator unit terpisah dari system (PMT lepas) Turbin by pass system operasi Turbin run back to house load 2.2 Sistem Transmisi Pembangunan Pusat Pembangkit dengan kapasitas produksi energi listrik yang besar: PLTA, PLTU, PLTGU, PLTG, PLTP memerlukan banyak persyaratan, terutama masalah lokasi yang tidak selalu bisa dekat dengan pusat beban seperti kota, kawasan industri dan lainnya. Akibatnya tenaga listrik tersebut harus disalurkan melalui sistem transmisi yaitu :

4 9 - Saluran Transmisi - Gardu Induk - Saluran Distribusi Apabila salah satu bagian sistem transmisi mengalami gangguan maka akan berdampak terhadap bagian transmisi yang lainnya, sehingga Saluran transmisi, Gardu induk dan Saluran distribusi merupakan satu kesatuan yang harus dikelola dengan baik seperti menyalurkan tenaga listrik berskala besar dari Pembangkit ke pusat-pusat beban dengan menggunakan tegangan tinggi maupun tegangan eksta tinggi. SUTT/SUTET merupakan jenis Saluran Transmisi Tenaga Listrik yang banyak digunakan di PLN daerah Jawa dan Bali karena harganya yang lebih murah dibanding jenis lainnya serta pemeliharaannya mudah. Pembangunan SUTT/SUTET sudah melalui proses rancang bangun yang aman bagi lingkungan serta sesuai dengan standar keamanan internasional, diantaranya: - Ketinggian kawat penghantar - Penampang kawat penghantar - Daya isolasi - Medan listrik dan Medan magnet - Desis corona Macam Saluran Udara yang ada di Sistem Ketenagalistrikan PLN seperti : a. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 6-30 kv b. Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) kv c. Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) kv.

5 Pemutus Tenaga (PMT) PMT merupakan alat listrik yang berfungsi untuk pemutus tenaga. Konstruksinya berbentuk saklar dan khususnya untuk pemutus tenaga pada tegangan tinggi yang mengandung teknik pemutusan busur listrik dan teknik pembersihan kontak-kontaknya sendiri. PMT memiliki beberapa jenis, yaitu : Pemutus Tenaga Udara Bentuknya runcing, busur listrik akan timbul (meloncat) pada bagian yang runcing terlebih dahulu pada saat kontak-kontak saklar terpisah. Karena berat jenis busur listrik lebih kecil dari pada berat jenis udara, maka busur listrik ini akan mengapung keatas sehingga busur listrik tersebut memanjang dan akhirnya putus. Ini adalah salah satu teknik memutus busur listrik dengan memanjangkannya terlebih dahulu. Gambar 2.2 Pemutus Tenaga dengan isolasi udara Pemutus Tenaga Minyak PMT minyak ataiu disebut bulk oil circuit breaker. Kontak-kontak direndam dalam minyak yang berfungsi sebagai media pemutus busur listrik. Minyak diletakkan dalam tangki, sehingga dimensi pemutus tenaga minyak dalam minyak menjadi besar.

6 11 Gambar 2.3 Peredam busur api pada PMT isolasi minyak Pada bagian PMT ada yang menghasilkan minyak bertekanan untuk disemprotkan pada busur listrik, baik pada saat PMT terbuka maupun pada saat tertutup. Dengan menggunakan minyak bertekanan, maka dimensi PMT minyak sedikit menjadi lebih kecil. Tabel 2.1 karakteristik pada minyak pada PMT

7 Pemutus Tenaga Gas SF6 Pemutus tenaga gas SF6 prinsip kerjanya mirip dengan PMT minyak, namun perbedaannya terletak pada media pemutus busur yang digunakan yaitu gas SF6. Gas SF6 mempunyai sifat isolasi yang baik selain itu juga sifatnya sebagai pendingin yang baik. Gambar 2.4 PMT SF6 Pada PMT gas SF6 timbul masalah pada perapat (sealing) antara bagian PMT yang bergerak dengan bagian yang diam, karena sifat gas yang dapat bocor melalui celah di antara dua bagian yang bergesekan. Untuk itu diperlukan sealing yang baik agar dapat meminimalkan kebocoran gas SF6. Pada PMT gas SF6 terdapat pengukuran tekanan gas sehingga bila tekanan gas berkurang, maka dapat dilakukan pengisian gas kembali. Dibanding dengan PMT minyak, PMT dengan gas SF6 pemeliharaannya lebih mudah Pemutus Tenaga Vakum Pemutus tenaga vakum merupakan PMT yang menggunakan teknologi mutakhir. Dalam PMT vakum tidak ada media pemutus busur

8 13 listrik. Oleh sebab itu, teknik memutuskan busur listrik dalam PMT vakum semata-mata tergantung kepada teknik memperpanjang busur listrik. Gambar 2.5 Konstruksi PMT Vakum Pelaksanaan memperpanjang busur listrik ini dilakukan dengan cara membuat berbagai bentuk kontak dimana setiap pabrik mempunyai bentuk kontaknya masing-masing. Berbeda dengan PMT gas SF6, apabila terjadi kebocoran pada PMT vakum, maka tidak dapat dilakukan pengisian kembali karena proses membuat vakum tidak dapat dilakukan di lapangan. Oleh karena itu sangat tidak dikehendak kebocorannya karena dapat mengurangi kevakumannya. Kontruksi PMT vakum menghindari adanya celah udara sehingga pergeseran bagian yang bergerak dengan bagian yang tidak bergerak (statis) yang dapat menimbulkan celah udara dapat dihindari dan sebagai penggantinya digunakan logam fleksible berbentuk gelombang yang dapat diperpanjang dan diperpendek. 2.4 Over Current Protection Overcurrent protection atau relai arus lebih adalah relai pengaman yang bekerja berdasarkan kenaikan arus hingga melewati nilai arus settingannya. Karena kesederhanaan, kehandalan, dan juga murah sehingga relai jenis ini sangat

9 14 luas penggunannya sebagai pengaman hubung singkat. Relai arus lebih memiliki beberapa jenis : 1. Relai arus lebih sekitika (instantaneous over current relay) 2. Relai arus lebih waktu tertentu (definite-time over current relay) 3. Relai arus lebih berbanding terbalik ( inverse-time over current relay) Relai arus lebih seketika Jangka waktu kerja relai sangat singkat yakni sekitar milli second. Relai tipe ini memiliki karakteristik : - Bekerja tanpa waktu tunda - Setelan arus sangat besar - Terdapat disisi primer atau sekunder trafo (a) (b) Gambar 2.6 (a) Rangkaian relai, (b) Karakteristik relai Keterangan : P : Pegas R : Relai CT : Current transformator

10 15 TC : Triping Coil A : Alarm Relay arus lebih waktu tertentu ( definite time ) Karakteristik relai : - Waktu kerja relai tidak dipengaruhi besar arus gangguan - Dilengkapi dengan relai kelambatan waktu (time lag relay). - Kerja relai tergantung pada penyetelan / setting relay kelambatan waktu. Gambar 2.7 (a). Rangkain Relai, (b). Karakteristik relai Relai arus lebih berbanding terbalik (invers) Relai arus lebih dengan karateristik waktu-arus berbanding terbalik adalah jenis relai arus lebih dimana waktu relai mulai pick-up sampai dengan selesainya kerja relai tergantung dari besarnya arus yang melewati kumparan relainya, maksudnya relai tersebut mempunyai sifat terbalik untuk nilai arus dan waktu bekerjanya.

11 16 Gambar 2.8 (a). Rangkain Relai, (b). Karateristik relai 2.5 Persamaan Aliran Daya Dalam analisa aliran daya terdapat Bus-bus yang menyusun sebuah sistem tenaga listrik. Pada Bus ke-i, daya komplek netto yang diinjeksikan ke Bus dinyatakan oleh persamaan berikut ini : S i = P i + jq i = (P Gi - P Li ) + j (Q Gi - Q Li ) (2.1) Dengan : G = Generator (S Gi = P Gi + jq Gi ) P = Load (S Li = P Li + jq Li ) Secara umum, untuk tiap Bus dari sistem tenaga listrik dengan n Bus berlaku : P i jq i = V i * V k. Y ik Atau Si = V i Y ik * V k. (2.2) Untuk I, k = 1,2, n Misalkan suatu sistem Bus terdiri dari lima Bus. Dari persamaan (2.2), pada saluran transmisi antara Bus ke-2 dan Bus ke-3 berlaku persamaan : P 23 + jq 23 = V 2 I 23

12 17 P 23 + jq 23 = V 2 ( ) (2.3) Metode Newton-Raphson Metode Newton-Raphson dikembangkan dari Deret Taylor dengan mengabaikan derivative pertama fungsi dengan satu variabel dari persamaan Deret Taylor berikut ini. (2.4) Maka persamaannya menjadi : (2.5) Untuk i, k = 1,2,3,,n G = Konduktansi B = Suseptansi Y = Admitansi Daya pada Bus ke-i adalah : (2.6) Untuk i, k = 1,2,3,,n Besaran per unit (p.u) didefinisikan sebagai perbandingan harga yang sebenarnya dengan harga dasar (base value) dengan persamaan berikut :

13 18 p.u = (2.7) Metode Algoritma Genetika Dalam metode Algoritma Genetika, ada sekumpulan individu (disebut Populasi) untuk suatu permasalahan. Dalam hal ini perhitung analiran daya dinyatakan dalam bentuk bilangan real, yang menyusun gengen pembentuk kromosom tersebut. Populasi dibentuk dari pembangkitan secara acak dan selanjutnya dipilih melalui prosedur operasi Genetika yang terdiri dari Seleksi, Crossover, Mutasi. Hasil dari Mutasi dievaluasi menggunakan fungsi fitness untuk menentukan kromosom mana yang terpilih diikutkan proses perulangan hingga mencapai nilai yang diinginkan sekaligus menghentikan perulangan pada nilai tertentu pada suatu kriteria berhenti yang telah ditetapkan sebelumnya (dapat berupa suatu nilai tertentu atau pada generasi tertentu). Secara umum metode Algoritma Genetika dapat dinyatakan melalui blok diagram berikut ini. Gambar 2.9 Blok Diagram Metode Algoritma Genetika

14 19 Dalam penelitian ini urutan langkah penyelesaian perhitungan dengan menggunakan metode Algoritma Genetika adalah sebagai berikut : 1. Inisisalisasi Populasi. Kromosom tersusun atas gen-gen yang merupakan bilangan komplek yang dibangkitkan secara acak, merepresentasikan besarnya tegangan komplek setiap Bus (V n = a n ± b i n, n=1, 2, 3,, n). 2. Evaluasi Populasi Awal. Kita menghendaki supaya P n dan Q n mendekati nol (minimasi), sehingga populasi awal yang terbentuk dievaluasi nilainya menggunakan fungsi fitness yang didefinisikan sebagai berikut: Fitness = (2.8) n: 1, 2, 3,, jumlah_bus 3. Seleksi. Proses seleksi adalah proses pemilihan kromosom. Proses seleksi menggunakan metode Roullete Wheel. Kromosom yang memiliki nilai fitness besar memiliki probabilitas akumulatif besar pula sehingga mempunyai peluang yang besar untuk terpilih. Pada perhitungan aliran daya, kromosom terpilih adalah yang mempunyai nilai fitness kecil karena perhitungan aliran daya berkaitan dengan minimasi. 4. Crossover. Proses crossover menggunakan arithmatic crossover yang dikerjakan untuk kondisi bilangan real pada kedua parent. Prosedurnya sebagai berikut: - Bangkitkan bilangan random antara 0 dan 1

15 20 - Offspring1 = (parent1 x random) + (parent2 x (1-random)) - Offspring2=(parent1x(1random))+(parent2 x random) 5. Mutasi. Proses mutasi menggunakan prosedur mutasi dengan arah bebas (Free Direction Mutation to mutate chromosome in a free direction). Sebagai contoh, parent v = [x1, x2,, xn] arah mutasi dibangkitkan secara random d sehingga offspring v yang terbentuk ditentukan oleh rumus sebagai berikut: v = v + M. d (2.9) Apabila nilai offspring yang terbentuk tidak berada pada range yang dikehendaki, set M secara random sebagai bilangan real dalam (0 M) sedemikian sampai v + M.d berada pada range yang dikehendaki. 6. Evaluasi Hasil Mutasi. Populasi yang dihasilkan dari mutasi dievaluasi kembali untuk menghitung fitness dari masing-masing kromosom. 7. Pembentukan Generasi Baru. Pembentukaan generasi baru dilakukan secara Steady State yaitu populasi dibentuk sebanyak MaxKromosom. Populasi yang terbentuk dari evaluasi hasil mutasi digabungkan dengan populasi generasi sebelumnya. Keuntungan metode Steady State adalah kromosom-kromosom dengan nilai fitness yang lebih kecil dari generasi sebelumnya tidak akan terbuang. Langkah selanjutnya adalah melakukan evaluasi terhadap generasi baru. Demikian proses ini diulangi terus sampai tercapai kriteria berhenti yang diinginkan.