Proposal Arief - Copy.docx

PENGARUH MASUKNYA PLTB SIDRAP PADA SISTEM INTERKONEKSI TERHADAP KESTABILAN SUDUT ROTOR

TUGAS AKHIR Disusun dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan Program Strata Satu Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar Oleh:

MOCH. ARIEF AMRAN D411 14 520

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR

2018

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Stabilitas pada sistem tenaga listrik merupakan hal yang penting untuk menjamin kontinuitas dan keandalan operasi dari suatu sistem tenaga listrik, terlebih untuk sistem kelistrikan skala besar yang terdiri lebih dari dua generator dan menyuplai beban yang banyak dalam waktu bersamaan. Kerugian besar dapat terjadi apabila kontinuitas daya tidak terpenuhi. Dalam operasi yang stabil pada sistem tenaga listrik, akan terjadi keseimbangan antara daya input mekanik pada prime over dengan daya output elektris yang disalurkan ke beban. Pada kondisi ini, semua generator pada sistem akan beoperasi pada kecepatan sinkron. Daya output elektris sangat dipengaruhi oleh kenaikan dan penurunan beban, dimana saat hal tersebut terjadi maka prime over harus mampu menyesuaikan masukan daya input mekanik. Apabila prime over tidak mampu menyesuaikan dengan kondisi beban, hal ini akan mengakibatkan ketidakstabilan pada sistem.Dalam keadaan seimbang, daya mekanik dan daya elektrik bergerak secara bersamaan dengan kecepatan konstan. Ketika terjadi gangguan, maka terjadi perbedaan daya elektrik dan mekanik dari generator. Kelebihan daya elektrik membuat perlambatan putaran rotor generator, hal ini disebebakan semakin terbebaninya generator. Namun kelebihan daya mekanik membuat percepatan putaran rotor, hal ini disebabkan semakin ringan beban yang ditanggung generator. Bila gangguan tidak segera dihilangkan, maka perlambatan atau percepatan putaran rotor generator mengakibatkan hilangnya sinkronisasi dalam suatu sistem. Maka dari itu diperlukan analisis kestabilan agar pembangkit yang terganggu tidak lepas dari sistem. Suatu kestabilan sistem daya listrik berhubungan dengan perilaku dinamis generator yang dipengaruhi oleh perilaku dinamis sudut rotor generator dan hubungan terhadap sudut dayanya. Pada jaringan transmisi, lepasnya generator akan berpengaruh pada stabilitassistem salah satunya adalah kestabilan sudut rotor. Sistem yang andal harus bisa menahan gangguan tersebut dan kembali stabil. Perilaku dinamis sudut rotor dapat mempengaruhi daya maksimum yang disalurkan dalam sistem interkoneksi.

Dalam sistem interkoneksi, semua pembangkit perlu dikordinir agar dapat dicapai biaya pembangkitan yang minimum, tentunya dengan tetap memperhatikan mutu serta keandalan sistem. Mutu dan keandalan menyangkut frekuensi, tegangan, dan gangguan. Pembangkit Tenaga Listrik Bayu di Kabupaten Sidrap dan Jeneponto akan di interkoneksi dengan pembangkit-pembangkit lain yang telah ada dan kemudian akan terhubung oleh saluran transmisi ke pusat beban. Tujuan dari sistem interkoneksi antara lain adalah untuk menjaga kontinuitas penyediaan tenaga listrik karena apabila salah satu pusat pembangkit mengalami gangguan masih dapat disupai dari pembangkit lain yang terhubung secara interkoneksi. Tujuan yang lainnya adalah saling meringankan beban yang harus ditanggung oleh suatu pusat listrik. Dengan mesimulasikan adanya pembangkit baru dengan memanfaatkan tenaga angin di Kabupaten Sidrap dan Jeneponto dan penambahan pasokan listrik untuk sistem Sulsel, maka kita ingin menegetahui bagaimana pengaruh pasokan listrik baru ini terhadap kestabilan sistem interkoneksi terkhusus pada kestabilan sudut rotor Sulawesi Selatan. Selain itu juga kita akan menganalisa karakteristik yang perlu diperhatikan dalam pengoperasian

PLTB. Dan untuk

mempermudah menganalisanya kami menggunakan software MATLAB .

I.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut: 1.

Bagaimanakah kestabilan sudut rotor system inrekoneksi apabila PLTB Sidrap masuk pada sistem?

2.

Bagaimana tegangan bus di daerah Pembangkitan Tenaga Listrik Bayu apabila terjadi gangguan dan sebelum terjadi gangguan?

I.3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1.

Mengetahui respon sudut rotor apabila PLTB Sidrap masuk dalam sistem interkoneksi sulbagsel

2.

Mengetahui tegangan pada bus Pembanggkitan Tenaga Listrik Bayu apabila terjadi gangguan dan sebelum terjadi gangguan

I.4. Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang terarah, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada tugas akhir ini adalah : 1. Analisis yang dilakukan hanya pada sistem interkoneksi sulbagsel saja dengan menggunakan software MATLAB dengan memerhatikan kestabilan sudut rotor saja. 2. Menganalisis kondisi tegangan pada bus daerah Pembangkitan Tenaga LIstrik Bayu di Sidrap saja setelah terjadi gangguan dan sebelum terjadi gangguan. I.5. Manfaat Penelitian Dengan adanya tugas akhir ini, diharapkan mahasiswa dapat mengaplikasikan ilmunya pada bangku kuliah. Selain itu, tugas akhir ini dapat juga dijadikan referensi dan sumber informasi bagi setiap orang yang membutuhkan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1. Sistem Tenaga Listrik Rangkaian proses dan sistem penghasil energi listrik hingga energi tersebut dapat dimanfaatkan banyak orang secara aman disebut sistem tenaga listrik. Energi listrik mulamula dibangkitkan oleh generator yang memanfaatkan berbagai macam penggerak utama (prime mover). Dalam hal ini yang dihasilkan oleh generator adalah suatu tegangan dan arus yang nantinya yang akan ditransmisikan dan kemudian didistribusikan ke beban. Kemudian, tahap yang harus dilalui tegangan tersebut sebelum dimanfaatkan oleh konsumen adalah transmisi tenaga listrik. Komponen penting yang terdapat dalam transmisi tenaga listrik adalah transformator penaik tegangan (step up) dan saluran transmisi. Hal ini penting dilakukan karena pada umumnya letak pembangkit cukup jauh dari konsumen, untuk

mengurangi rugi-rugi daya ketika penyaluran listrik ini maka tegangan sistem dinaikkan sehingga arus transmisi kecil. Untuk dapat dimanfaatkan oleh peralatan listrik yang dimiliki oleh konsumen, tegangan dari sistem transmisi masuk ke sistem distribusi tenaga listrik. Pada sistem ini komponen yang dibutuhkan adalah transformator penurun tegangan (step down) dan saluran distribusi. Penurunan tegangan yang dilakukan disesuaikan dengan kebutuhan peralatan listrik konsumen. Untuk menghasilkan energy listrik yang andal dan aman bagi alat dan pemakainya, rangkaian sistem ini dilengkapi dengan sistem proteksi. Pada sistem pembangkit tenaga listrik, komponen utama yang dibutuhkan adalah generator dan penggerak utama (prime mover). Generator merupakan suatu mesin listrik yang mampu mengubah energy kinetik menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip induksi electromagnet. Sedangkan penggerak utama (pime mover) dalam hal ini membantu memutar bagian rotor generator. Penggerak utama (prime mover) merupakan suatu alat dalam hal ini turbin yang dikopel dengan rotor generator dan bekerja dengan memanfaatkan berbagai macam sumber energi, baik tenaga air, uap, gas, angin maupun diesel (mesin berbahan bakar minyak). Generator yang pada umumnya digunakan oleh pembangkit listrik adalah generator sinkron. Pemilihan generator sinkron sebagai penbangkit tenaga listrik disebabkan oleh karakteristik mesinnya yang mampu menghasilkan tegangan relatif konstan. Selain itu, pada generator sinkron meskipun bebannya berubah-ubah akan tetapi putarannya akan tetap sama. Pemberian tegangan yang tidak stabil atau fluktuatif akan memberikan efek negatif kepada komponen dari peralatan listrik yang digunakan konsumen. Dengan suplai tegangan yang tidak stabil, usia pakai dari peralatan listrik semakin lama akan semakin berkurang. Tentu hal ini merugikan konsumen. Pada dasarnya, untuk menjaga hal tersebut terjadi maka keandalan suatu sistem tenaga lisrtik harus baik.

II.2 Kestabilan Sistem Tenaga Listrik

Kestabilan sistem tenaga listrik secara luas dapat didefinisikan sebagai kemampuan dari satu sistem tenaga listrik untuk tetap berada dalam kondisi seimbang dalam operasi normal dan dapat memperoleh kembali kondisi seimbang setelah sistem mengalami gangguan. Oleh karena itu, perlu

pengklasifikasian kestabilan sistem tenaga berdasarkan faktor kontribusi yang menyebabkan ketidakstabilan.

Gambar 2.1 Klasifikasi Sistem Tenaga

Tujuan dari kestabilan sistem tenaga itu sendiri ialah untuk menentukan rotor mesin yang terganggu agar dapat kembali kekadaan normal degan kecepatan konstan. Artinya, pada kondisi ini kecepatan rotor harus menyimpang dari kecepatan sinkron, paling tidak untuk beberapa waktu. Penyeimbangan kecepatan rotor yang terlalu lama dapat membuat mesin menjadi rusak. Analisis kestabilan biasanya digolongkan kedalam 3 jenis, tergantung pada sifat dan besarnya gangguan yaitu : 1. Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability) 2. Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability) 3. Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

1.1.1

Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability)

Kestabilan Keadaan Tetap didefinisikan sebagai suatu kemampuan sistem tenaga listrik untuk menerima gangguan kecil yang bersifat gradual, yang terjadi disekitar titik keseimbangan pada kondisi tetap. Kestabilan ini tegantung pada karakteristik komponen yang terdapat pada sistem tenaga listrik antara lain: Pembangkit, Beban, Jaringan Transmisi, dan Kontrol Sistem itu sendiri. Model pembangkit yang digunakan adalah pembangkit yang sederhana (aumber tegangan konstan) karena hanya menyangkut gangguan kecil disekitar titik keseikmbangan. Saat daya yang dikirim generator meningkat, rotor akan mendahului sumbu referensi medan putarnya dan akibat adanya inertia bagian yang berputar maka akan terjadi overshoot dari posisi keseimbagan. Saat kondisi sistem stabil, terjadi osilasi rotor yang terendam. Jika osilasi ini tidak terendam, msein akan kehilangan sinkronisasinya. Hal ini mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Pada Gambar 2.2, dapat dilihat grafik hubungan kestabilan dan ketidakstabilan sudut rotor terhadap waktu. Dikatakan kondisi stabil , apabila terjadi gangguan osilasi rotor terendam. Sedangkan, dapat dikatakan pada kondisi tidak stabil, apabila osilasi ini tidak terendam saat terjadi gangguan yang mengakibatkan mesin akan kehilangan sinkronisasinya.

Tidak Stabil

Sudut Rotor

Stabil

Waktu

Gambar 2.2 Kondisi Stabil dan Tidak Stabil

1.1.2

Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)

Kestabilan Dinamis didefinisikan sebagai Kemampuan sistem tenaga listrik untuk kembali ketitik keseimbangan setelah timbul gangguan yang relative kecil secara tiba-tiba dalam waktu yang lama. Analisa kestabilan dinamis lebih kompleks karena memasukkan komponen kontrol otomatis dalam perhitungannya. Setelah terjadi gangguan, governer penggerak awal akan bereaksi untuk menaikkan atau menurunkan daya input guna mengembailakn keseimbangan antara daya masuk dengan beban listrik yang ada. Perioda antara saat governer mulai bereaksi sampai dengan terjadinya kondisi keseimbangan inilah yang disebut kestabilan dinamis. Pada periode ini, governer membukan atau menutup katup untuk menaikkan atau menurunkan daya masuk pada penggerak mula. Ketika governer mendeteksi penurunan kecepatan, maka katup uap akan terbuka untuk menaikkan kecepatan. Akan tetapi, saat menaikkan kecepatan terjadi ketidakseimbangan dimana daya mekanik akan melebihi beban. Berbuhung kecepatan melebihi batas normal, maka governer akan berusaha untuk menurunkan kecepatan. Sebagai hasilnya, terjadi osilasi pada daya masuk dan putaran rotor. Apabila osilasi ini terendam, maka sistem akan menjadi stabil.

1.1.3

Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

Kestabilan Peralihan didefinisikan sebagai kemampuan sistem untuk mencapai suatu titik keseimbangan atau sinkronisasi setelah mengalami gangguan yang besar sehingga sistem kehilanbgan stabilitas karena gangguan terjadi diatas kemampuan sistem. Analisa kestabilan peralihan adalah analisa yang utama untuk menelaah perilaku sistem daya seperti gangguan yang berupa : 1. Perubahan beban yang mendadak karena terputusnya unit pembangkit 2. Perubahan pada jaringan transmisi misalnya gangguan hubung singkat atau pemutusan saklar. Setelah hilangnya pembangkitan, tidak ada keseimbangan antara daya mekanik dengan bban listrik. Pada kondisi daya mekanik yang kurang, inertia rotor yang berputar memberikan energy

tersimpannya yang mengakibatkan putaran generator akan menurun begitu pula frekuensinya. Apabilan beban yang lepas maka kecepatan mesin akan bertambah atau frekuensinya meningkat. Respon eksitasi juga sangat mempengaruhi kestabilan sistem. Gangguan pada sistem, biasanya diikuti dengan turunya tegangan dan pengembalian tegangan ke kondisi normal secara cepat. Hal itu sangat penting untuk menjaga stabilitas.

II.3Bagian - Bagian Turbin Angin

Gambar 2.3 Bagian-bagian turbin angin

a)

Nacelle : merupakan elemen utama karena berfungsi melindungi elemen – elemen vital seperti

gearbox dan electrical generator. Dapat dikatakan nacelle ini sebagai badan

pembungkusnya. Di depan nacelle terdapat turbin, rotor blade, dan hub. b)

Rotor Blade : merupakan elemen yang berfungsi untuk menangkap energi angin dan energi yang diperoleh akan di transfer melalui hub. Untuk kincir angin modern dengan kapasitas daya 600kW, panjang dari rotor blade mencapai 20 meter (66 feet) dan umumnya di desain seperti desain sayap pesawat terbang.

c)

Hub : Dihubungkan dengan low speed shaft dari kincir angin itu sendiri.

d)

Low Speed Shaft : elemen ini menghubungkan antara rotor hub dengan gearbox. Pada kincir angin dengan kapasitas daya 600 kW, kecepatan dari rotor relatif rendah yaitu sekitar 19 – 30 rotasi

per menit (RPM). Elemen shaft mengandung pipa yang berfungsi sebagai system hidrolik dari kincir untuk mengaktifkan pengereman aerodinamis (aerodynamic brakes). e)

Gearbox : memiliki low speed shaft pada saat ke arah kiri dan mengakibatkan high speed shaft berputar lebih cepat ke arah kanan dengan besar 50 kali lebih cepat.

f)

High Speed Shaft : berputar dengan kecepatan sekitar 1500 RPM untuk kemudian membangkitkan generator. Elemen ini diperlengkapi dengan mechanical disk brake yang digunakan untuk mengatasi kegagalan pengereman aerodinamis atau pada saat turbin sedang diperbaiki.

g)

Electrical Generator : mempunyai nama lain generator induksi atau generator asinkron. Pada kincir angin yang modern daya listrik maksimum yaitu sekitar 500 – 1500 kW.

h)

Electronic Controller : berfungsi untuk memonitor keadaan dari kincir angin guna menjaga bila terdapat kesalahan seperti gearbox ataupun rotor yang kepanasan. Secara otomatis kincir akan berhenti berputar dan segera menghubungi petugas operator melalui modem link.

i)

Cooling Unit : instrumen yang terdapat pada cooling unit yaitu kipas elektris yang berfungsi untuk mendinginkan electrical generator. Selain kipas juga terdapat oil cooling unit yang berfungsi untuk mendinginkan gearbox. Pada beberapa jenis kincir terdapat juga instrumen water – cooled generator.

j)

Tower : merupakan bagian yang vital karena berfungsi menyangga turbin angina itu sendiri. Pada kincir angin modern tinggi tower biasanya mencapai 40 – 60 meter. Tower dapat dibedakan menjadi bentuk tubular seperti gambar di atas dan bentuk lattice. Keuntungan dari bentuk tubular yaitu aman sedang untuk lattice mempunyai biaya yang murah.

k)

Anemometer and wind vane : anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan dan arah angin, sinyal elektronis dari anemometer ditangkap oleh electronic controller yang kemudian digunakan untuk memulai memutar kincir. Kincir akan berputar jika kecepatan angin paling tidak 5 m/s atau 10 knots dan akan berhenti secara otomatis pada kecepatan 25 m/s atau 50 knots. Ini dilakukan untuk melindungi turbin dan lingkungan sekitar.

BAB III METODE PENELITIAN

III.1. Tempat Dan Waktu Pengambilan Data Penelitian ini dilakukan di PT. CEPA (Consolidated Electric Power Asia), dengan pengambilan data di Department Operation Pembangkit Sektor Sengkang, Kabupaten Wajo, Makassar, Sulawesi Selatan. Dimulai pada tanggal Maret - April 2018.

III.2 Pengambilan Data Data penelitian ini adalah data

primer yang diperoleh dari PLTGU Sengkang,

khususnya data yang ada hubungannya dengan penelitian berupa data berikut: 1. Data jaringan sistem kelistrikan PLTGU (Single Line Diagram) 2. Data peralatan kelistrikan PLTGU (Generator, transformator, beban, dan data pendukung lainnya).

III.3. Jenis Penelitian Penelitian ini diawali dengan perumusan masalah dan melakukan kajian studi pustaka, lalu melakukan pengumpulan data, menganalisis data, menginterpretasi hasil dan menarik kesimpulan dengan uraian sebagai berikut: 1. Study Literatur, meliputi studi pustaka, buku-buku dan referensi lainnya terkait dengan proteksi, stabilitas frekuensi dan pelepasan beban. 2. Pengumpulan data, meliputi data primer (single line diagram, data pembebanan, pembangkitan, dll) dan melakukan diskusi pada karyawan PT.CEPA (Consolidated Electric Power Asia). 3. Pengolahan data, data tersebut diolah dan dimodelkan dalam bentuk simulasi pada software ETAP 12.6.

III.4 Diagram Alir Penelitian MULA I

STUDI LITERATUR

ALAT & BAHAN

TINJAU LAPANGAN

RANCANGAN SIMULINK

MULAI SIMULASI

PENGOLAHAN DATA

ANALISIS & PEMBAHASAN

KESIMPULAN

SELESAI

PERBAIKAN