ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN DENGAN PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK PT. INDO BHARAT RAYON SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN DENGAN PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK PT. INDO BHARAT RAYON SKRIPSI diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik YOGA YUNARTO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO AGUSTUS 2016 i

2 ii

3 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS iii

4 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : YOGA YUNARTO NIM : Prodi Fakultas Universitas : Teknik Elektro : Teknik : Universitas Muhammadiyah Purwokerto Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri (ASLI) bukan hasil penjiplakan dari hasil karya orang lain dan tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademis di Institusi Pendidikan. Demikian surat pernyataan ini saya buat, dan apabila kelak dikemudian hari terbukti ada unsur penjiplakan maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku. Purwokerto, Agustus 2016 Yang menyatakan iv

5 INTISARI Pada sistem tenaga listrik, frekuensi merupakan indikator dari keseimbangan antara daya yang dibangkitkan dengan total beban sistem. Pada skirpsi ini akan membahas dan mempelajari mengenai kestabilan transien akibat adanya pelepasan beban pada sistem tenaga listrik PT.Indo Bharat Rayon yang memiliki pembangkit listrik tenaga uap. Pelepasan beban dilakukan sebagai usaha memperbaiki kestabilan sistem yang terganggu akibat beban lebih. Pelepasan beban diharapkan dapat memulihkan frekuensi dengan cepat. Terdapat tahapantahapan yang dapat ditentukan dalam pelepasan beban. Untuk membuktikan kefektifan dari skema pelepasan beban, dibuatlah simulasi generator lepas yang menghasilkan ketidakseimbangan daya aktif antara daya yang dibangkitkan dengan daya yang dibutuhkan beban. Simulasi ini akan dilakukan menggunakan perangkat lunak ETAP Dari simulasi, frekuensi sistem dapat pulih sekitar 2-9 detik setelah terjadi gangguan tegantung pada besar kelebihan beban pada sistem tenaga listrik. Kata Kunci : kestabilan transien, pelepasan beban, frekuensi, pembangkit, ETAP. v

6 ABSTRACT In power system, the frequency is an indicator of the balance between the power generated by the system load. This final report will discuss and learn about transient stability due to the release of the load shedding on the power system PT.Indo Bharat Rayon which has a steam power plant. Load shedding is carried out as an effort to restore disturbance system stablity because of overload condition. load shedding frequency is expected to restore generator quickly. There are steps that can be specified in load shedding. To prove the effectiveness of under frequency load shedding scheme, the final report makes some simulation generators shed to make unbalance active power generation distric and load distric. These simulations will be performed using ETAP From the simulation, the system frequency is able to recover about 2-9 seconds after disturbance depends on magnitude of overload on the power system. Keywords : transient stability, load shedding, frequency, power plant, ETAP. vi

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat serta kuasa-nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Mulai dari proses pembelajaran dan analisa yang telah dijalani. Shalawat serta salam semoga selalu tercurah kepada Baginda Besar Nabi Muhammad SAW. Penulisan skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto. Judul yang penulis ajukan adalah Analisa dan Simulasi Stabilitas Transien dengan Pelepasan Beban pada Pembangkit Tenaga Listrik PT. Indo Bharat Rayon. Tak lupa penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah serta inayah-nya, sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Purwokerto. 2. Kedua orang tua dan keluarga, yang senatiasa mendukung dan mendoakan selama skipsi dilaksanakan. 3. Bapak Winarso selaku ketua program studi dan pembimbing yang selalu mengarahkan mahasiswanya untuk menjadi pribadi yang sukses. vii

8 4. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan sebagai pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini. 5. Bapak Hendra Ardyansyah Selaku Eletrician engineering power plant PT. Indo Bharat Rayon yang telah mengijinkan saya untuk melakukan penelitian serta memberikan arahan saat pengambilan data. 6. Seluruh keluarga besar Program studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Purwoketo yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu Akhir kata saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Purwokerto, Agustus 2016 Yoga Yunarto viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iii INTISARI... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... ixiv DAFTAR TABEL... ixvii BAB I... 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan masalah Faedah Yang Diharapkan Tujuan Penelitian Batasan Masalah... 3 ix

10 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II... 6 LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Sistem Tenaga Listrik Generator Sinkron Mekanisme Kerja PLTU Gangguan Beban Lebih Penanggulangan Untuk Beban Lebih Hubungan Antara Frekuensi dan Daya Aktif Kestabilan Transien Pada Sistem Tenaga Pelepasan Beban Akibat Beban Lebih pada Sistem Tenaga Listrik Pelepasan Beban Akibat Penurunan Frekuensi Syarat Pelepasan Beban Penurunan Frekuensi Akibat Beban Lebih Laju Penurunan Frekuensi Pengaruh Konstanta Inersia Terhadap Penurunan Frekuensi Pengaruh Kelebihan Beban Standar Frekuensi Kerja Generator Turbin Uap x

11 2.7 Pengaturan Under Frequency Relay Perkiraan Tahapan Frekuensi Acuan Koordinasi Under Frequency Relay dan Pemutus Tenaga Pengaturan waktu tunda Prioritas Beban Jenis Beban yang Dilepaskan Etap (Electrical Transient and Analysis Program) Analisa Kestabilan Kondisi Transien BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu Penelitian Objek Penelitian Metode penelitian Medote Kepustakaan Simulasi Skenario Analisa sistem Alat dan bahan Alat penelitian Bahan Penelitian xi

12 3.5 Jalan Penelitian Sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon Unit Bisnis PT.Indo Bharat Rayon Sistem Tenaga Listrik Sistem Pembangkit Listrik Sistem Transmisi Dan Distribusi Jenis Beban Pada sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon Peracangan Skenario Pelepasan Beban Desain Diagram Satu Garis Skenario Kombinasi Generator Lepas Beban Yang Dilepas Tahap Frekuensi kerja Pengaturan Under Frequency Relay Pada Perangkat Lunak ETAP BAB IV SIMULASI DAN ANALISA Hasil Simulasi Skenario Pelepasan Beban TG-1 Lepas TG-3 Lepas Suplai PLN Lepas TG-1 dan TG-2 Lepas xii

13 4.1.5 TG-2 dan TG-3 Lepas TG-2 dan Suplai PLN Lepas TG-3 dan Suplai PLN Lepas TG-2, TG-3 dan Suplai PLN Lepas TG-1, TG-2 dan Suplai PLN Lepas BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangkaian ekuivalen generator sinkron Gambar 2.2 Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap Gambar 2.3 ANSI/IEEE C standar frekuensi kerja Gambar 2.4 User interface perangkat Etap Gambar 3.1 Diagram alir jalan penelitian Gambar 3.2 Diagram Alir Simulasi Pelepasan Beban Menggunakan perangka ETAP Gambar 3.3 Peta Substation PT. Indo bharat rayon Gambar 4.1 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-1 lepas Gambar 4.2 Perubahan daya aktif generator TG-2,dan TG-3 sebelum dan setelah gangguan TG-1 lepas Gambar 4.3 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator TG-1 lepas Gambar 4.4 Suplai daya aktif sebelum terjadi gangguan Gambar 4.5 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban Gambar 4.6 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-3 lepas xiv

15 Gambar 4.7 Perubahan daya aktif generator TG-1,dan TG-2 sebelum dan setelah gangguan TG-3 lepas Gambar 4.8 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator TG-3 lepas Gambar 4.9 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban Gambar 4.10 Datar aksi stabilitas transien saat suplai PLN lepas Gambar 4.11 Perubahan daya aktif Generator TG-1, TG-2,dan TG-3 sebelum dan setelah gangguan Suplai PLN Lepas Gambar 4.12 Perubahan Frekuensi Sebelum dan setelah gangguan Suplai PLN lepas Gambar 4.13 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1 dan TG-2 lepas. 75 Gambar 4.14 Perubahan daya aktif generator TG-3 sebelum dan setelah gangguan TG-1 dan TG-2 lepas Gambar 4.15 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-1 dan TG-2 lepas Gambar 4.16 Suplai PLN Setelah Adanya Pelepasan Beban Gambar 4.17 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali Gambar 4.18 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali Gambar 4.19 Perubahan suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali Gambar 4.20 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali Gambar 4.21 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan TG-3 lepas xv

16 Gambar 4.22 Perubahan daya aktif generator TG-1 sebelum dan setelah gangguan TG-2 dan TG-3 lepas Gambar 4.23 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-2 dan TG-3 lepas Gambar 4.24 Perubahan frekuensi sistem setelah beban dihubungkan kembali.. 83 Gambar 4.25 Perubahan Suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali Gambar 4.26 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali Gambar 4.27 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali Gambar 4.28 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan suplai PLN lepas Gambar 4.29 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-3 sebelum dan setelah gangguan generator TG-2 dan suplai PLN lepas Gambar 4.30 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator TG-2 dan suplai PLN lepas Gambar 4.31 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-3 dan suplai PLN lepas Gambar 4.32 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-2 sebelum dan setelah gangguan generator TG-3 dan suplai PLN lepas Gambar 4.33 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator TG-3 dan suplai PLN lepas xvi

17 Gambar 4.34 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2, TG-3 dan suplai 1PLN lepas Gambar 4.35 Perubahan daya aktif Generator TG-1 sebelum dan setelah gangguan generator TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas Gambar 4.36 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas Gambar 4.37 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1, TG-3 dan suplai PLN lepas Gambar 4.38 Perubahan daya aktif generator TG-3 Sebelum dan setelah gangguan generator TG-1, TG-2 dan suplai PLN lepas Gambar 4.39 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator TG-2, TG-1 dan suplai PLN lepas Gambar 4.40 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali Gambar 4.41 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali Gambar 4.42 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali xvii

18 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Kapasitas Generator PT. Indo Bharat Rayon Tabel 3.2 Skenario Generator Lepas Tabel 3.3 Skema Beban yang dilepas PT.Indo Bharat Rayon Tabel 3.4 Hasil Perkiraan Frekuensi Trip Tabel 3.5 Frekuensi Acuan Skema Pelepasan Beban Akibat Frekuensi Rendah Hasil Perhitungan Tabel 3.6 Pengaturan Under Frequency Relay pada ETAP Tabel 4.1 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 Lepas Tabel 4.2 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 Lepas Tabel 4.3 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Suplai PLN Lepas Tabel 4.4 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 dan TG2 Lepas Tabel 4.5 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik KetikaTG-2 dan TG-3 Lepas Tabel 4.6 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2 dansuplai PLN Lepas xviii

19 Tabel 4.7 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 suplai PLN Lepas Tabel 4.8 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2,TG-3 suplai PLN Lepas Tabel 4.9 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1,TG-2 suplai PLN Lepas xix