ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DAN LOAD SHEDDING PADA SAAT TERJADI GENERATOR OUTAGE PADA SISTEM TENAGA LISTRIK PT PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP

SKRIPSI

ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DAN

LOAD SHEDDING

PADA SAAT TERJADI GENERATOR

OUTAGE

PADA

SISTEM TENAGA LISTRIK PT PERTAMINA

(PERSERO) RU IV CILACAP

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh:

Slamet Setyo Utomo

20130120116

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

2017

i

PADA SAAT TERJADI GENERATOR

OUTAGE

PADA

SISTEM TENAGA LISTRIK PT PERTAMINA

(PERSERO) RU IV CILACAP

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh:

Slamet Setyo Utomo

20130120116

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

2017

ii

SURAT PERNYATAAN

Saya yang bertanggungjawab di bawah ini dengan sebenarnya menyatakan bahwa penelitian ini saya buat tanpa ada tindak plagiarisme sesuai yang berlaku pada Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Jika dikemudian hari ternyata saya melakukan plagiarisme, saya akan bertanggungjawab sepenuhnya dan menerima sanksi yang dijatuhkan oleh Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Yogyakarta, 13 Februari 2017

v

Lantunan Al-Fatihah beriring shalawat dalam silahku merintih, Menandakan doa dalam syukur yang tiada terkira,

Terima kasihku untukmu.

Kupersembahkan sebuah karya kecil ini untuk Ayahanda dan Ibunda tercinta, Yang tiada pernah hentinya selama ini memberiku semangat, doa, dorongan,

Nasehat dan kasih sayang serta pengorbanan yang tak tergantikan, Hingga aku selalu kuat menjalani setiap rintangan yang ada di depanku,

Ayah, Ibu, terimalah bukti kecil ini sebagai kado keseriusanku, Untuk membalas semua pengorbananmu,

Dalam hidupmu demi hidupku kalian ikhlas mengorbankan, Segala perasaan tanpa kenal lelah

Dalam lapar berjuang separuh nyawa hingga segalanya, Adekku, Nanik Setya Utami yang kakak banggakan, Harus menjadi pribadi yang lebih baik lagi dari kakakmu ini,

vi

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan

judul “Analisis Stabilitas Transien dan Load Shedding pada Saat Terjadi Generator

Outagepada Sistem Tenaga Listrik PT Pertamina RU IV Cilacap”.

Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa berkat bantuan dan bimbingan dari semua pihak, akhirnya skripsi ini dapat penulis selesaikan. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada yang terhormat:

1. Ir. Agus Jamal, M.Eng, selaku Kepala Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

2. Ir. Slamet Suripto, M.Eng, selaku dosen pembimbing I yang telah banyak membantu, mengarahkan, membimbing, dan memberi motivasi hingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Rahmat Adiprasetya, S.T., M.Eng, selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan skripsi ini.

4. Rama Okta Wiyagi, S.T., M.Eng, selaku dosen penguji yang telah banyak memberi masukan dan saran demi sempurnanya skripsi ini.

5. Semua dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang telah memberikan bimbingan dengan sabar dan wawasannya serta ilmu yang bermanfaat.

vii

6. Andikta Dwi Hirlanda, S.T., M.T, selaku Engineer PT Pertamina RU IV Cilacap yang telah sabar membimbing dan mengarahkan dalam pembuatan simulasi dalam penyusunan skripsi ini.

7. Kedua orangtua dan adik, yang telah memberikan dukungan spiritual, moril, semangat, dan motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini.

8. Diana Dyah Palupi, S.Tr.Kep, yang selalu memberikan semangat dan motivasi untuk selalu menjaga kondisi kesehatan dalam penyusunan skripsi ini.

9. Teman-teman Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang tidak dapat disebutkan satu-persatu, yang telah memberikan dukungan moril dan spiritual.

10.Seluruh teman-teman greenkos yang selalu memberikat motivasi dan semangat dalam penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang mendukung dan membangun demi perbaikan dari skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap agar skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Yogyakarta, Februari 2017

x

HALAMAN JUDUL... i

SURAT PERNYATAAN ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ...v

KATA PENGANTAR ... vi

ABSTRAK ... viii

ABSTRACT ... ix

DAFTAR ISI ...x

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR SIMBOL... xxi

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Tujuan Penelitian ... 5

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.1 Tinjauan Pustaka ... 7

2.2 Landasan Teori ... 11

xi

2.2.1.2 Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability) ... 16

2.2.1.3 Kestabilan Peralihan (Transient Stability) ... 16

2.2.2 Transien ... 17

2.2.2 Stabilitas Frekuensi ... 18

2.2.2.1 Hubungan Antara Frekuensi dan Daya Aktif ... 18

2.2.2.2 Pelepasan Beban ... 21

2.2.2.2.1 Akibat Beban Lebih ... 22

2.2.2.2.2 Akibat Penurunan Frekuensi ... 23

2.2.2.2.3 Syarat Pelepasan Beban ... 25

2.2.2.3 Penurunan Frekuensi Akibat Beban Lebih ... 26

2.2.2.3.1 Laju Penurunan Frekuensi ... 26

2.2.2.3.2 Pengaruh Konstanta Inersia Terhadap Penurunan Frekuensi ... 29

2.2.2.3.3 Pengaruh Kelebihan Beban ... 33

2.2.2.4 Prioritas Beban ... 34

2.2.2.4.1 Jenis Beban yang Dilepaskan ... 35

2.2.2.4.2 Perhitungan Beban yang Dilepaskan dan Frekuensi yang Diharapkan Setelah Pelepasan Beban ... 37

2.2.3 ETAP (Electrical Transient Analysis Program) ... 38

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...40

3.1 Lokasi Penelitian ... 40

3.2 Waktu Penelitian ... 40

3.3 Alat dan Bahan ... 41

xii

3.5.3 Sistem Pembangkit Tenaga Listrik ... 45

3.5.3.1 Mode Operasi Generator ... 48

3.5.3.2 Governor ... 50

3.5.3.3 Exciter ... 51

3.5.4 Sistem Transmisi dan Distribusi ... 51

3.5.5 Jenis Beban PT Pertamina RU IV Cilacap ... 51

3.5.6 Skema Pelepasan Beban PT Pertamina RU IV Cilacap ... 56

3.5.7 Pengaturan UFR (Under Frequency Relay) ... 58

3.5.8 Kombinasi Generator Lepas ... 60

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ...62

4.1 Studi Kasus Simulasi Stabilitas Transien ... 62

4.2 Simulasi Stabilitas Transien ... 64

4.2.1 Studi Kasus TS 1 ... 64

4.2.2 Studi Kasus TS 2 ... 67

4.2.3 Studi Kasus TS 3 ... 71

4.2.4 Studi Kasus TS 4 ... 78

4.2.5 Studi Kasus TS 5 ... 82

4.2.6 Studi Kasus TS 6 ... 89

4.2.7 Studi Kasus TS 7 ... 95

4.2.8 Studi Kasus TS 8 ... 103

4.2.9 Studi Kasus TS 9 ... 110

xiii

BAB V PENUTUP ...126

5.1 Kesimpulan ... 126

5.2 Saran ... 127

DAFTAR PUSTAKA ...128

xiv

Tabel 3.1 Pengaturan generator utilities I ... 45

Tabel 3.2 Pengaturan generator utilities II ... 46

Tabel 3.3 Pengaturan generator utilities IIA ... 47

Tabel 3.4 Daftar rata-rata beban tiap substation 13,8 kV/3,45 kV ... 53

Tabel 3.5 Skema pelepasan beban tahap pertama ... 56

Tabel 3.6 Skema pelepasan beban tahap kedua ... 57

Tabel 3.7 Skema pelepasan beban tahap ketiga ... 58

Tabel 3.8 Pengaturan UFR (Under Frequency Relay) ... 59

Tabel 3.9 Kombinasi generator lepas ... 61

Tabel 4.1 Studi kasus pembangkitan minimum dan generator trip ... 63

Tabel 4.2 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 51G2 trip... 64

Tabel 4.3 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 51G2 dan 51G3 trip ... 68

Tabel 4.4 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 51G2, 51G3, dan 51G301 trip ... 72

Tabel 4.5 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 051G101 trip... 79

Tabel 4.6 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 051G101 dan 051G102 trip ... 82

xv

051G102 trip ... 95 Tabel 4.9 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 51G2, 051G101, dan

051G103 trip ... 103 Tabel 4.10 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 51G2, 51G3, 51G301 dan

051G102 trip ... 110 Tabel 4.11 Kondisi sistem tenaga listrik saat generator 051G101, 051G102 dan

xvi

Gambar 2.1 Klasifikasi stabilitas sistem tenaga listrik ... 12 Gambar 2.2 Grafik penurunan frekuensi dengan parameter konstanta inersia dan

persen overload ... 32 Gambar 3.1 Lokasi penelitian tugas akhir ... 40 Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ... 42 Gambar 3.3 Single line diagram sistem tenaga listrik PT Pertamina RU IV

Cilacap ... 45 Gambar 4.1 Respon frekuensi pada saat generator 51G2 trip ... 65 Gambar 4.2 Perubahan daya aktif generator 51G3, 51G301, 51G201, 051G101,

051G102, dan 051G103 pada saat generator 51G2 trip ... 65 Gambar 4.3 Respon tegangan pada saat generator 51G2 trip ... 67 Gambar 4.4 Respon frekuensi pada saat generator 51G2 dan 51G3 trip ... 68 Gambar 4.5 Perubahan daya aktif generator 51G301, 51G201, 051G101,

051G102, dan 051G103 pada saat generator 51G2 dan 51G3 trip ... 69 Gambar 4.6 Respon tegangan pada saat generator 51G2 dan 51G3 trip ... 70 Gambar 4.7 Respon frekuensi pada saat generator 51G2, 51G3, dan 51G301 trip

xvii

051G103 pada saat generator 51G2, 51G3 dan 51G301 trip tanpa

pelepasan beban ... 74 Gambar 4.9 Respon tegangan pada saat generator 51G2, 51G3 dan 51G301 trip

tanpa pelepasan beban... 75 Gambar 4.10 Respon frekuensi pada saat generator 51G2, 51G3 dan 51G301 trip setelah pelepasan beban ... 76 Gambar 4.11 Perubahan daya aktif generator 51G201, 051G101, 051G102, dan

051G103 pada saat generator 51G2, 51G3 dan 51G301 trip setelah pelepasan beban ... 77 Gambar 4.12 Respon tegangan pada saat generator 51G2, 51G3 dan 51G301 trip setelah pelepasan beban ... 78 Gambar 4.13 Respon frekuensi pada saat generator 051G101 trip ... 79 Gambar 4.14 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G3, 51G301, 51G201,

051G102, dan 051G103 pada saat generator 051G101 trip ... 80 Gambar 4.15 Respon tegangan pada saat generator 051G101 trip ... 81 Gambar 4.16 Respon frekuensi pada saat generator 051G101 dan 051G102 trip

tanpa pelepasan beban... 83 Gambar 4.17 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G3, 51G301, 51G201, dan

051G103 pada saat generator 051G101, 051G102 trip tanpa pelepasan beban ... 83

xviii

Gambar 4.19 Respon frekuensi pada saat generator 051G101 dan 051G102 trip setelah pelepasan beban ... 85 Gambar 4.20 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G3, 51G301, 51G201, dan 051G103 pada saat generator 051G101, 051G102 trip setelah pelepasan beban ... 86 Gambar 4.21 Respon tegangan pada saat generator 051G101 dan 051G102 trip

setelah pelepasan beban ... 88 Gambar 4.22 Respon frekuensi pada saat generator 51G2 dan 051G103 trip tanpa

pelepasan beban ... 90 Gambar 4.23 Perubahan daya aktif generator 51G3, 51G301, 51G201, 051G101,

dan 051G102 pada saat generator 51G2 dan 051G103 trip tanpa

pelepasan beban ... 90 Gambar 4.24 Respon tegangan pada saat generator 51G2 dan 051G103 trip tanpa pelepasan beban ... 91 Gambar 4.25 Respon frekuensi pada saat generator 51G2 dan 051G103 trip

setelah pelepasan beban ... 92 Gambar 4.26 Perubahan daya aktif generator 51G3, 51G301, 51G201, 051G101,

dan 051G102 pada saat generator 51G2 dan 051G103 trip setelah

xix

setelah pelepasan beban ... 94 Gambar 4.28 Respon frekuensi pada saat generator 51G3, 51G301, dan 051G102 trip tanpa pelepasan beban ... 96 Gambar 4.29 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G201, 051G101, dan

051G103 pada saat generator 51G3, 51G301, dan 051G102 trip tanpa pelepasan beban ... 97 Gambar 4.30 Respon tegangan pada saat generator 51G3, 51G301, dan 051G102 trip tanpa pelepasan beban ... 98 Gambar 4.31 Respon frekuensi pada saat generator 51G3, 51G301, dan 051G102

trip dengan pelepasan beban ... 99 Gambar 4.32 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G201, 051G101, dan

051G103 pada saat generator 51G3, 51G301, dan 051G102 trip setelah pelepasan beban ... 99 Gambar 4.33 Respon tegangan pada saat generator 51G3, 51G301, dan 051G102 trip setelah pelepasan beban ... 102 Gambar 4.34 Respon frekuensi pada saat generator 51G2, 051G101, dan

051G103 trip tanpa pelepasan beban ... 104 Gambar 4.35 Perubahan daya aktif generator 51G3, 51G301, 51G201, dan

051G102 pada saat generator 51G2, 051G101, dan 051G103 trip tanpa pelepasan beban ... 104

xx

Gambar 4.37 Respon frekuensi pada saat generator 51G2, 051G101, dan

051G103 trip setelah pelepasan beban ... 106 Gambar 4.38 Perubahan daya aktif generator 51G3, 51G301, 51G201, dan

051G102 pada saat generator 51G2, 051G101, dan 051G103 trip setelah pelepasan beban ... 107 Gambar 4.39 Respon tegangan pada saat generator 51G2, 051G101, dan

051G103 trip setelah pelepasan beban ... 109 Gambar 4.40 Respon frekuensi pada saat generator 51G2, 51G3, 51G301 dan

051G102 trip tanpa pelepasan beban ... 111 Gambar 4.41 Perubahan daya aktif generator 51G201, 051G101 dan 051G103

pada saat generator 51G2, 51G3, 51G301 dan 051G102 trip tanpa

pelepasan beban ... 111 Gambar 4.42 Respon tegangan pada saat generator 51G2, 51G3, 51G301 dan

051G102 trip tanpa pelepasan beban ... 112 Gambar 4.43 Respon frekuensi pada saat generator 51G2, 51G3, 51G301 dan

051G102 trip setelah pelepasan beban ... 113 Gambar 4.44 Perubahan daya aktif generator 51G201, 051G101 dan 051G103

pada saat generator 51G2, 51G3, 51G301 dan 051G102 trip setelah pelepasan beban ... 114

xxi

051G102 trip setelah pelepasan beban ... 116 Gambar 4.46 Respon frekuensi pada saat generator 051G101, 051G102 dan

051G103 trip tanpa pelepasan beban ... 118 Gambar 4.47 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G3, 51G301 dan 51G201

pada saat generator 051G101, 051G102 dan 051G103 trip tanpa

pelepasan beban ... 118 Gambar 4.48 Respon tegangan pada saat generator 051G101, 051G102 dan

051G103 trip tanpa pelepasan beban ... 119 Gambar 4.49 Respon frekuensi pada saat generator 051G101, 051G102 dan

051G103 trip setelah pelepasan beban ... 120 Gambar 4.50 Perubahan daya aktif generator 51G2, 51G3, 51G301 dan 51G201

pada saat generator 051G101, 051G102 dan 051G103 trip setelah

pelepasan beban ... 122 Gambar 4.51 Respon tegangan pada saat generator 051G101, 051G102 dan

xxii f = Frekuensi nominal (Hz)

P = Daya yang dibangkitkan generator (Watt)

τ = Momen gaya / kopel mekanik generator (Nm) θ = Sudut rotasi (rad)

t = Waktu (s)

TG = Kopel penggerak mekanik generator (Nm)

TB = Torsi beban (Nm)

J = Momen inersia penggerak mekanik generator (kg.m2)

ω = Kecepatan sudut putar generator (rad/s) G = Rating MVA generator

H = Konstanta inersia generator (MJ/MVA)

δ = Sudut torsi generator

f0 = Frekuensi nominal generator (Hz)

PA = Daya percepatan (W)

PM = Daya mekanik generator (W)

PE = Daya elektrik permintaan beban (W)

r = Jarak partikel ke sumbu putar (m) m = Massa benda (kg)

Ekrot = Energi kinetik rotasi (J) I = Momen inersia (kg.m2)

xxiii ⅆf

ⅆt = Laju kenaikan frekuensi yang diharapkan (Hz/s) Pload shedding = Besar beban yang harus dilepaskan (W)

viii FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Skripsi, Februari 2017 Slamet Setyo Utomo

Analisis Stabilitas Transien dan Load Shedding pada saat Terjadi Generator Outage pada Sistem Tenaga Listrik

PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap

xxiii + 130 halaman + 20 tabel + 56 gambar + 5 lampiran

Abstrak

Stabilitas sistem tenaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga listrik untuk memberikan reaksinya terhadap gangguan dalam keadaan kerja normal serta kembali normal dalam keadaan semula. Stabilitas frekuensi bergantung pada kemampuan untuk mengembalikan keseimbangan antara sistem beban dan pembangkitan dengan meminimalisasi pelepasan beban. Sebagai perusahaan yang bergerak di bidang minyak bumi dan gas, PT Pertamina RU IV Cilacap memprioritaskan pelayanan listrik untuk kebutuhan proses produksi. Untuk menjaga keberlangsungan proses produksi diperlukan suatu sistem tenaga listrik yang handal. Untuk mempertahankan kestabilan sistem tenaga listrik akibat lepasnya generator dari sistem tenaga listrik, PT Pertamina RU IV Cilacap melakukan pelepasan beban, yaitu beban-beban yang apabila dilepas tidak mengganggu proses produksi kilang. Setelah dilakukan pelepasan beban dengan menggunakan UFR (under frequency relay), sistem tenaga listrik dapat kembali normal sesuai standar sistem tenaga listrik PT Pertamina RU IV Cilacap.

Daftar Pustaka: 2010 – 2016

ix Thesis, February 2017

Slamet Setyo Utomo

Transient Stability Analysis and Load Shedding When the Generator Outage on Power System of PT Pertamina

(Persero) RU IV Cilacap

xxiii + 130 pages + 20 table + 56 pictures + 5 attachment

Abstract

The stability of the power system is the ability of an electricity system to give his reaction against a disruption in normal working state as well as returning to normal in original state. Frequency stability depends on the ability to restore balance between load and generation system by minimizing load discharge. As a company angaged in the field of petroleum and gas, PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap prioritize service needs for the electricity productios process. To maintain the sustainability of the production process needed a reliable power system. To maintain the stability of the power system due to the loss of a generator of electric power system, PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap did the release of load, the load is a load which when removed do not interfere with the process of the production of the refinery. After the release of the load by using UFR (under frequency relay), power system can be back to normal according to the standard power system PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap.

Bibliography: 2010 – 2016

1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat listrik dan gardu induk atau pusat beban yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi. Komponen tersebut mempunyai fungsi yang saling berkaitan untuk menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke konsumen dengan kualitas yang baik. Beberapa gangguan yang terjadi pada sistem tidak akan berpengaruh pada sistem yang lain apabila didukung dengan proteksi yang memenuhi syarat (Marsudi, 2016).

Suatu sistem tenaga listrik dikatakan baik apabila memenuhi beberapa persyaratan yaitu, sistem harus mampu memberi pasokan listrik secara terus menerus dengan kualitas tegangan dan frekuensi sesuai dengan aturan yang berlaku, apabila terjadi gangguan sistem harus kembali normal. Untuk sistem jaringan yang sangat komplek dimana pembangkit yang saling terkoneksi satu sama lain, maka daya elektris besaran seperti tegangan dan frekuensi harus diperhatikan agar tidak ada pembangkit yang kelebihan beban (Nugroho, 2011).

Stabilitas sistem tenaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga listrik untuk memberikan reaksinya terhadap gangguan dalam keadaan kerja normal serta kembali normal dalam keadaan semula. Stabilitas sistem tenaga listrik digolongkan menjadi tiga jenis yaitu kestabilan transien, kestabilan dinamis, dan kestabilan keadaan tetap (Stevenson, 1983).

Stabilitas frekuensi terkait dengan kemampuan sebuah sistem tenaga listrik untuk mempertahankan frekuensi tunak dengan kisaran nominal mengikuti beberapa gangguan sistem yang menghasilkan ketidakseimbangan yang signifikan antara pembangkitan dan beban. Hal ini bergantung pada kemampuan untuk mengembalikan keseimbangan antara sistem beban dan pembangkitan dengan meminimalisasi pelepasan beban (Winanti, 2011).

Load Shedding merupakan suatu bentuk tindakan pelepasan beban yang terjadi secara otomatis atau manual untuk pengamanan operasi pembangkit dari kemungkinan terjadinya padam total (black out). Load Shedding perlu dilakukan untuk melindungi sistem maupun mencegah terjadinya pemadaman yang meluas atau bahkan pemadaman total (black out). Dengan melepaskan sebagian beban maka beban yang dipikul oleh sistem berkurang, sehingga kestabilan sistem tenaga listrik dapat kembali normal dan stabil sesegera mungkin.

PT Pertamina RU IV Cilacap memiliki sebuah sistem yang cukup besar dan komplek. PT Pertamina RU IV Cilacap memiliki 8 unit pembangkit. 4 unit pembangkit dengan kapasitas 20 MW dan 4 unit pembangkit sisanya dengan kapasitas 8 MW. Total substation di PT Pertamina RU IV Cilacap berjumlah 32 substation. Dimana masing-masing substation mempunyai beban statis dan motor. Sistem kelistrikan di PT Pertamina RU IV Cilacap dibagi menjadi 3 Utilities, yaitu Utilities I, Utilities II dan Utilities IIA (Nugroho, 2011).

Sebagai perusahaan yang bergerak di bidang minyak bumi dan gas, PT Pertamina RU IV Cilacap memprioritaskan pelayanan listrik untuk kebutuhan proses produksi. Untuk menjaga keberlangsungan proses produksi diperlukan suatu

sistem tenaga listrik yang handal. Untuk menjaga kehandalan sistem tenaga listrik tersebut dibutuhkan suatu sistem proteksi yang mampu mengisolir gangguan secepat mungkin. Gangguan sistem tenaga listrik yang ada di PT Pertamina RU IV Cilacap adalah gangguan hubung singkat, peralatan proteksi yang gagal bekerja, overhaul generator, turunnya temperatur steam, penurunan frekuensi sistem, dan lepasnya generator dari sistem. Lepasnya generator dari sistem tenaga listrik menyebabkan kestabilan frekuensi, tegangan, dan sudut rotor menjadi tidak stabil dan mengakibatkan suplai daya berkurang, sehingga kondisi sistem tenaga listrik menjadi tidak stabil.

Untuk mempertahankan kestabilan sistem tenaga listrik, PT Pertamina RU IV Cilacap melakukan pelepasan beban, yaitu beban-beban yang apabila dilepas tidak mengganggu proses produksi kilang. Dalam penelitian tugas akhir ini akan dibahas mengenai stabilitas transien dan load shedding pada saat terjadi generator outage pada sistem tenaga listrik PT Pertamina RU IV Cilacap. Sistem tenaga listrik disimulasikan dengan menggunakan software ETAP (Electric Transient and Analysis Program).

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan masalah yang ada di PT Pertamina RU IV Cilacap. Beberapa permasalahan yang muncul diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana stabilitas transien sistem tenaga listrik di PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap saat terjadi gangguan?

2. Bagaimana stabilitas transien sistem tenaga listrik di PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap setelah pelepasan beban?

1.3 Batasan Masalah

Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini batasan masalah yang ada di PT Pertamina RU IV Cilacap sebagai berikut:

1. Sistem tenaga listrik yang digunakan sebagai objek penelitian adalah sistem tenaga listrik PT Pertamina RU IV Cilacap.

2. Jenis gangguan yang digunakan dalam analisis stabilitas transien adalah lepasnya beberapa generator dari sistem tenaga listrik PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap.

3. Mekanisme pelepasan beban dilakukan secara otomatis dengan menggunakan UFR (Under Frequency Relay).

4. Mekasisme pelepasan beban secara manual ketika UFR (Under Frequency Relay) sudah bekerja secara maksimum, namun sistem masih dalam kondisi abnormal tidak disimulasikan dalam penelitian tugas akhir ini.

5. Tahapan pelepasan beban dilakukan tiga tahap pelepasan yaitu pelepasan tahap pertama ketika frekuensi mencapai nilai 49 Hz, tahap kedua 48,5 Hz, dan pelepasan beban tahap ketiga dilakukan ketika frekuensi mencapai nilai 47,5 Hz.

6. Frekuensi nominal sistem tenaga listrik yang menjadi objek penelitian tugas akhir ini adalah 50 Hz.

7. Rentang frekuensi yang diperbolehkan dalam sistem tenaga listrik sesuai dengan standar yang dimiliki PT Pertamina RU IV Cilacap adalah 49 Hz - 51 Hz.

8. Tegangan sistem tenaga listrik yang digunakan sebagai acuan kondisi normal sistem tenaga listrik adalah 13,8 kV.

9. Analilis stabilitas tegangan ketika terjadi gangguan dan setelah pelepasan beban berdasarkan penurunan frekuensi, hanya dilakukan analisis stabilitas tegangan untuk mengetahui respon tegangan tanpa dilakukan aksi apapun.

1.4 Tujuan Penelitian

Dalam laporan tugas akhir ini tujuan yang ingin dicapai adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui stabilitas transien sistem tenaga listrik di PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap pada saat terjadi gangguan.

2. Mengetahui stabilitas transien sistem tenaga listrik di PT Pertamina (Persero) RU IV Cilacap pada saat setelah pelepasan beban.

1.5 Manfaat Penelitian

Berdasarkan tujuan dari penulisan laporan tugas akhir ini, manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:

1. Manfaat teoritis

a. Bagi perkembangan ilmu pengetahuan, penelitian ini dapat dijadikan wacana keilmuan terutama untuk mengetahui kondisi stabilitas sistem

tenaga listrik pada saat sebelum terjadi gangguan, dan setelah terjadi pelepasan beban.

b. Bagi peneliti lanjut, hasil penelitian ini dapat dijadikan bahan pertimbangan dan acuan untuk penelitian lebih lanjut sehingga dapat menghasilkan penelitian yang lebih bermanfaat.

2. Manfaat Praktis

a. Bagi Mahasiswa, penelitian ini dapat dijadikan sebagai bahan wacana untuk meningkatkan wawasan dan pengetahuan dalam menganalisis kondisi sistem tenaga listrik pada saat terjadi gangguan sampai setelah pelepasan beban.

b. Bagi perusahaan, diharapkan penelitian ini dapat meningkatkan kehandalan sistem tenaga listrik dan kualitas produksi minyak bumi dan gas.

7

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka

Rujukan penelitian yang pernah dilakukan untuk mendukung penulisan tugas akhir ini antara lain:

a. Berdasarkan hasil penelitian Denny Yusuf Sepriawan (2014) tentang Analisis Stabilitas Transien dan Perancangan Pelepasan Beban pada Joint Operating Body Pertamina-Petrochina East Java (JOB P-PEJ) Tuban, dapat disimpulkan bahwa pada operasi sistem tenaga listrik, kestabilan sistem adalah hal yang sangat penting untuk melayani beban secara kontinyu dengan tegangan, frekuensi yang memenuhi standar. Jika terjadi gangguan pada sistem yang menyebabkan besarnya suplai daya yang dihasilkan oleh pembangkit tidak mencukupi kebutuhan beban misalnya karena adanya pembangkit yang lepas (trip), maka untuk mencegah terjadinya ketidakstabilan sistem perlu dilakukan pelepasan beban (load shedding). Keadaan yang kritis pada sistem dapat dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat. Standar yang digunakan untuk pengendalian frekuensi diatur oleh pemerintah melalui peraturan menteri energi dan sumber daya mineral nomor: 03 tahun 2007. Yang diatur dalam aturan operasi OC.3 tentang pengendalian frekuensi. Disebutkan bahwa, frekuensi sistem dipertahankan kisaran +/- 0,2 Hz atau 99,6% di sekitar 50 Hz, kecuali dalam periode singkat, dimana penyimpangan sebesar +/- 0,5 Hz atau 99% diizinkan selama kondisi darurat.

b. Menurut Ovi Eka Putri (2016) dalam penelitian tentang Evaluasi Mekanisme Pelepasan Beban Pada Sistem Tenaga Listrik PT Pertamina RU IV Cilacap. Berdasarkan penelitian tersebut disimpulkan bahwa, apabila terdapat generator lepas dari sistem dalam keadaan pembangkitan normal maupun pembangkitan minimum, maka suplai energi dari generator dan permintaan beban menjadi tidak seimbang dan frekuensi sistem akan turun. Bahkan, ketika tiap-tiap governor dari generator tidak mampu memulihkan frekuensi ke frekuensi normal, pemadaman total akan terjadi. Untuk mengatasi kondisi tersebut, pelepasan beban dapat melindungi sistem secara efektif dari penurunan frekuensi.

c. Menurut Chairy Wahyu Winanti (2011) dalam penelitian tentang Analisis Statis dan Dinamis Stabilitas Tegangan Sistem Tenaga Listrik CNOOC SES Ltd. Berdasarkan penelitian tersebut disimpulkan bahwa gangguan pada sistem tenaga listrik dapat memicu ketidakstabilan tegangan sistem. Ketidakstabilan tegangan sistem dapat menyebabkan runtuh tegangan yang kemudian berakhir dengan black out sebagian atau seluruh sistem. Sehingga penting untuk menjaga stabilitas tegangan sistem. Analisis statis dan dinamis stabilitas tegangan sistem tenaga listrik CNOOC SES Ltd. menggunakan skema pelepasan beban undervoltage.

d. Menurut Aryo Nugroho (2011) dalam penelitian tentang Analisa Transient Stability dan pelepasan beban pengembangan sistem integrasi 33 kV di PT Pertamina RU IV Cilacap, disimpulkan bahwa PT. Pertamina RU IV Cilacap merupakan salah satu unit pengolahan kilang minyak yang ada di PT

Pertamina. PT Pertamina RU IV Cilacap mengoperasikan pembangkit listrik dengan kapasitas 4 x 8 MW dan 4 x 20 MW. Akibat dari penambahan beban pada PT Pertamina RU IV Cilacap mengakibatkan adanya penambahan pembangkit baru dengan kapasitas 3 x 15 MW pada sistem kelistrikan di lingkungan PT Pertamina RU IV Cilacap, maka dari itu diperlukan pemodelan sistem yang dapat digunakan untuk menganalisa kinerja secara keseluruhan akibat adanya perubahan konfigurasi maupun pengembangan jaringan.

e. Menurut Gede Arjana Permana Putra (2012) dalam penelitiannya tentang Analisis Stabilitas Transient pada Sistem Tenaga Listrik Dengan Mempertimbangkan Beban Non-Linier, disimpulkan bahwa kestabilan menjadi hal yang utama dalam operasi sistem tenaga listrik. Banyak hal yang dapat mempengaruhi kestabilan sistem tenaga listrik, salah satunya adalah beban nonlinear yang mempengaruhi kestabilan transien. Dimana disini beban nonlinear memberikan dampak fluktuasi terhadap tegangan dan arus pada sistem tenaga listrik. Sehingga terjadi ketimpangan antara daya input mekanis (prime mover) dengan daya output elektris (beban), yang secara tidak langsung mempengaruhi putaran rotor generator, sehingga menyebabkan percepatan (acceleration) dan perlambatan (deceleration).

Berdasarkan penelusuran terhadap judul penelitian tugas akhir (skripsi) yang ada pada program studi teknik elektro tentang stabilitas sistem tenaga listrik dalam hal ini yang menjadi objek penelitian adalah sistem tenaga listrik PT

Pertamina RU IV Cilacap, ditemukan sedikitnya dua (2) judul penelitian tugas akhir (skripsi) yaitu:

1. Penelitian tugas akhir (Skripsi) atas nama Ovi Eka Putri (2016) dengan judul Evaluasi Mekanisme Pelepasan Beban Pada Sistem Tenaga Listrik PT Pertamina RU IV Cilacap.

2. Penelitian tugas akhir (Skripsi) atas nama Aryo Nugroho (2011) dengan judul tentang Analisa Transient Stability dan Pelepasan Beban Pengembangan Sistem Integrasi 33 kV di PT Pertamina RU IV Cilacap.

Penelitian tugas akhir (Skripsi) ini berbeda dengan penelitian tugas akhir (Skripsi) tersebut diatas. Penelitian tugas akhir (Skripsi) yang pertama fokus pada evaluasi mekanisme pelepasan beban berdasarkan penurunan frekuensi dan perbandingan skenario pembangkitan minimum dengan pembangkitan normal serta analisis penerapan standar IEEE C37-106 2003 pada mekanisme pelepasan beban sistem tenaga listrik PT Pertamina RU IV Cilacap, tetapi tidak membahas tentang analisis stabilitas transien dan load shedding pada sistem tenaga listrik PT Pertamina RU IV Cilacap dengan berbagai macam variasi pembangkit lepas dari sistem tenaga listrik. Sementara penelitian tugas akhir (Skripsi) yang kedua mengarah pada analisis stabilitas transien dan pelepasan beban pengembangan sistem integrasi 33 kV di PT Pertamina RU IV Cilacap dengan penambahan sistem integrasi 3 pembangkit yang berkapasitas masing-masing pembangkit 15 MW.

Oleh karena itu, keaslian penelitian tugas akhir ini dapat dipertanggungjawabkan dan sesuai dengan asas-asas keilmuan yang harus dijunjung tinggi yaitu kejujuran, rasional, objektif serta terbuka. Hal ini merupakan

implikasi etis dari proses menemukan kebenaran ilmiah sehingga dengan demikian penelitian ini dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya secara ilmiah, keilmuan, dan terbuka untuk kritisi yang sifatnya konstruktif (membangun).

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Stabilitas Sistem Tenaga Listrik

Suatu sistem tenaga listrik yang baik harus memenuhi beberapa syarat, seperti reliability, quality, dan stability (Rosalina, 2010).

Reliability adalah kemampuan suatu sistem tenaga listrik untuk menyalurkan daya atau energi secara terus menerus (Rosalina, 2010).

Quality adalah kemampuan sistem tenaga listrik untuk menghasilkan besaran-besaran standar yang ditetapkan untuk tegangan dan frekuensi (Rosalina, 2010).

Stabilitas sistem tenaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga listrik untuk memberikan reaksinya terhadap gangguan dalam keadaan kerja normal serta kembali normal dalam keadaan semula. Stabilitas sistem tenaga listrik digolongkan menjadi tiga jenis yaitu kestabilan transien, kestabilan dinamis, dan kestabilan keadaan tetap (Stevenson, 1983).

Sistem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat listrik dan gardu induk atau pusat beban yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi. Komponen tersebut mempunyai fungsi yang saling berkaitan untuk menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke konsumen dengan kualitas yang baik. Beberapa gangguan yang terjadi pada sistem

tidak akan berpengaruh pada sistem yang lain apabila didukung dengan proteksi yang memenuhi syarat (Marsudi, 2016).

Respon sistem tenaga listrik terhadap gangguan dapat mempengaruhi kondisi peralatan. Sebuah gangguan pada elemen yang kritis dapat menyebabkan variasi pada aliran daya, tegangan bus jaringan, dan kecepatan rotor mesin. Variasi tegangan akan mengaktifkan exciter pada generator, variasi beban akan mengaktifkan governor untuk menyesuaikan kecepatan generator, serta variasi tegangan dan frekuensi akan mempengaruhi beban sistem menjadi bervariasi bergantung pada karakteristik masing-masing. Divais yang digunakan untuk melindungi peralatan tertentu dapat memberikan respon pada variasi variabel sistem dan mempengaruhi unjuk kerja sistem tenaga listrik. Sehingga, ketidakstabilan pada sistem tenaga listrik mungkin terjadi dalam bentuk yang berbeda bergantung pada topologi sistem, mode operasi, dan bentuk gangguan (Winanti, 2011).

Gambar 2.1 menunjukkan sebuah kemungkinan klasifikasi stabilitas sistem tenaga listrik ke dalam tiga bagian, yaitu stabilitas sudut rotor, stabilitas frekuensi, dan stabilitas tegangan (Winanti, 2011).

Stabilitas sudut rotor dihubungkan dengan kemampuan mesin sinkron yang terinterkoneksi dalam sebuah sistem tenaga listrik untuk berada dalam keadaan sinkron di bawah kondisi operasi setelah mengalami gangguan. Hal ini bergantung pada kemampuan untuk mempertahankan atau mengembalikan kesetimbangan antara torsi elektromagnetik dan torsi mekanik masing-masing mesin sinkron pada sistem. Ketidakstabilan dapat menyebabkan terjadinya kenaikan sudut ayunan beberapa generator menuju kehilangan sinkronisasinya dengan generator lain. Kehilangan sinkronisasi dapat terjadi antara satu mesin dengan sistem, atau antara beberapa kelompok mesin, antara sinkronisasi yang dipertahankan dengan masing-masing kelompok setelah pemisahan satu sama lain. Kestabilan sudut rotor dibagi menjadi dua kategori, yaitu stabilitas gangguan kecil (keadaan tunak) dan stabilitas pada keadaan transien(Winanti, 2011).

Stabilitas tegangan berhubungan dengan kemampuan suatu sistem tenaga listrik untuk mempertahankan tegangan tunak pada seluruh bus dalam sistem yang berada di bawah kondisi operasi normal setelah mengalami gangguan. Ketidakstabilan mungkin terjadi dalam bentuk kenaikan atau penurunan tegangan pada beberapa bus secara progresif. Akibat dari ketidakstabilan tegangan adalah lepasnya beban pada area dimana tegangan mencapai nilai rendah yang baik dapat diterima atau kehilangan integritas sistem tenaga listrik (Winanti, 2011).

Faktor utama penyebab ketidakstabilan tegangan biasanya adalah jatuh tegangan yang terjadi ketika daya aktif dan reaktif mengalir melalui reaktansi induktif yang ada pada jaringan transmisi. Hal ini membatasi kemampuan jaringan transmisi untuk mengirim daya. Transfer daya akan semakin terbatas ketika beberapa generator mencapai batas kemampuan daya reaktifnya. Pemicu utama ketidakstabilan tegangan adalah beban. Dalam merespon sebuah gangguan, daya yang dikonsumsi beban dipulihkan oleh aksi dari regulator tegangan distribusi dan transformator on load tap changing. Pemulihan beban meningkatkan tekanan pada jaringan tegangan tinggi menyebabkan lebih banyak pengurangan tegangan. Situasi tersebut menyebabkan terjadi ketidakstabilan tegangan ketika beban dinamis berusaha memulihkan konsumsi daya di luar kemampuan sistem transmisi dan pembangkit yang terhubung (Winanti, 2011).

Stabilitas tegangan berkaitan dengan daerah beban dan karakteristik beban. Stabilitas sudut rotor berhubungan dengan pembangkit listrik kecil yang terintegrasi dengan sebuah sistem besar melalui saluran transmisi yang panjang. Stabilitas tegangan merupakan stabilitas beban, sedangkan stabilitas sudut rotor merupakan stabilitas generator. Sehingga apabila terjadi runtuh tegangan (voltage collapse) pada sebuah sistem transmisi yang jauh dari beban, hal itu merupakan ketidakstabilan sudut rotor. Jika runtuh tegangan terjadi pada daerah beban, hal tersebut sebagian besar disebabkan oleh masalah ketidakstabilan tegangan (Winanti, 2011).

Stabilitas frekuensi terkait dengan kemampuan sebuah sistem tenaga listrik untuk mempertahankan frekuensi tunak dengan kisaran nominal mengikuti

beberapa gangguan sistem yang menghasilkan ketidakseimbangan yang signifikan antara pembangkitan dan beban. Hal ini bergantung pada kemampuan untuk mengembalikan keseimbangan antara sistem beban dan pembangkitan dengan meminimalisasi pelepasan beban (Winanti, 2011).

Biasanya beberapa gangguan sistem menghasilkan pergeseran frekuensi, aliran daya, tegangan, dan variabel lainnya secara signifikan. Dengan demikian aksi dari proses, kendali, dan proteksi tidak dimodelkan dalam stabilitas transien konvensional atau studi stabilitas tegangan. Proses ini bisa sangat lambat atau hanya terpicu untuk kondisi sistem ekstrim, misalnya pemutusan proteksi volt/hertz generator. Dalam sistem tenaga listrik terinterkoneksi yang cukup besar, situasi jenis ini adalah yang paling umum berhubungan dengan sistem pulau (islanding). Umumnya, masalah stabilitas frekuensi berhubunngan dengan tidak memadainya respon peralatan, koordinasi yang buruk pada peralatan proteksi dan kendali, atau ketersediaan pembangkitan yang kurang (Winanti, 2011).

Menurut Stevenson (1983) analisis kestabilan biasanya digolongkan kedalam tiga jenis, tergantung pada sifat dan besarnya gangguan yaitu:

a. Kestabilan keadaan tetap (Steady State Stability) b. Kestabilan dinamis (Dynamic Stability)

2.2.1.1 Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability)

Kestabilan keadaan tetap adalah kemampuan sistem tenaga listrik untuk menerima gangguan kecil yang bersifat gradual, yang terjadi disekitar titik keseimbangan pada kondisi tetap (Rosalina, 2010).

Kestabilan ini tergantung pada karakteristik komponen yang terdapat pada sistem tenaga listrik antara lain: pembangkit, beban, jaringan transmisi, dan kontrol sistem. Model pembangkit yang digunakan adalah pembangkit yang sederhana (sumber tegangan konstan) karena hanya menyangkut gangguan kecil disekitar titik keseimbangan (Rosalina, 2010).

2.2.1.2 Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)

Kestabilan dinamis adalah kemampuan sistem tenaga listrik untuk kembali ke titik keseimbangan setelah timbul gangguan yang relatif kecil secara tiba-tiba dalam waktu yang lama. Analisis kestabilitas dinamis lebih komplek karena juga memasukkan komponen kontrol otomatis dalam perhitungannya (Rosalina, 2010).

2.2.1.3 Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

Kestabilan peralihan adalah kemampuan sistem untuk mencapai titik keseimbangan/sinkronisasi setelah mengalami gangguan yang besar sehingga sistem kehilangan stabilitas karena gangguan terjadi diatas kemampuan sistem (Rosalina, 2010).

Analisis kestabilan peralihan merupakan analisis yang utama untuk menelaah perilaku sistem daya misalnya gangguan yang berupa:

a. Perubahan beban yang mendadak karena terputusnya unit pembangkit.

b. Perubahan pada jaringan transmisi misalnya gangguan hubung singkat atau pemutusan saklar (switching).

Sistem daya listrik masa kini jauh lebih luas, ditambah interkoneksi antar sistem yang rumit dan melibatkan beratus-ratus mesin yang secara dinamis saling mempengaruhi melalui perantara jala-jala tegangan ekstra tinggi, mesin-mesin ini mempunyai sistem penguatan yang berhubungan. Kisaran masalah yang dianalisis banyak menyangkut gangguan yang besar dan tidak lagi memungkinkan menggunakan proses kelinieran. Masalah kestabilan peralihan dapat lebih lanjut dibagi kedalam kestabilan ayunan pertama (first swing) dan ayunan majemuk (multi swing). Kestabilan ayunan pertama didasarkan pada model generator yang cukup sederhana tanpa memasukkan sistem pengaturannya, biasanya periode waktu yang diselidiki adalah detik pertama setelah timbulnya gangguan pada sistem. Bila pada sistem, mesin dijumpai tetap berada dalam keadaan serempak sebelum berakhirnya detik pertama, ini dikatagorikan sistem masih stabil (Rosalina, 2010).

2.2.2 Transien

Transien atau peralihan merupakan suatu keluaran dari keadaan perubahan mendadak pada sistem tenaga listrik pada saat terjadi switching saluran atau timbulnya gangguan pada sistem tersebut. Waktu transien umumnya sangat singkat dibandingkan dengan waktu keadaan tunak. Masa transien menjadi sangat penting dalam sistem karena pada masa tersebut suatu perubahan mendadak akan termanifestasikan baik dalam bentuk arus maupun tegangan yang kadangkala dalam

hal ekstrim akan mengakibatkan kerusakan fatal pada sistem tenaga listrik (Winarsih, 2002)

2.2.3 Stabilitas Frekuensi

Stabilitas frekuensi terkait dengan kemampuan sebuah sistem tenaga listrik untuk mempertahankan frekuensi tunak dengan kisaran nominal mengikuti beberapa gangguan sistem yang menghasilkan ketidakseimbangan yang signifikan antara pembangkitan dan beban. Hal ini bergantung pada kemampuan untuk mengembalikan keseimbangan antara sistem beban dan pembangkitan dengan meminimalisasi pelepasan beban (Winanti, 2011).

2.2.3.1 Hubungan Antara Frekuensi dan Daya Aktif

Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekuensi yang praktis konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi dalam sistem, sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun reaktif selalu berubah sepanjang waktu. Untuk mempertahankan frekuensi dalam batas toleransi yang diperbolehkan, penyediaan/pembangkitan daya aktif dalam sistem harus disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan atas daya aktif, harus selalu disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator (Marsudi, 2016).

Menurut Nugraheni (2011) daya dalam gerak lurus dapat didefinisikan sebagai gaya yang dialami suatu benda yang bergerak pada jarak tertentu per satuan waktu. Hal ini juga berlaku bagi daya yang dihasilkan generator. Generator memiliki bagian yang berputar, sehingga tinjauan daya yang dihasilkan generator adalah daya yang dihasilkan oleh suatu benda berputar (rotasi) dan bukan merupakan benda statis. Oleh sebab itu, daya yang dihasilkan generator dapat didefinisikan sebagai momen gaya (torsi) yang dialami generator yang berputar sebesar sudut tertentu per satuan waktu.

P = � � (2.1)

Dengan P = daya yang dibangkitkan generator (Watt)

Dengan � = momen gaya / kopel mekanik generator (Nm)

Dengan θ = sudut rotasi (rad)

Dengan t = waktu (s)

Besarnya perubahan sudut rotasi dari bagian generator yang berputar per satuan waktu merupakan nilai dari kecepatan sudut generator tersebut.

P = �ω = �.2πf

P ≈ �

(2.2) (2.3)

Dari persamaan di atas terlihat bahwa perubahan daya aktif yang dibangkitkan generator akan menyebabkan perubahan pada torsi kerja. Perubahan torsi kerja ini akan mempengaruhi frekuensi sistem. Perubahan daya aktif yang dihasilkan generator terjadi apabila permintaan daya oleh beban berubah. Hal ini tidak boleh dibiarkan terjadi karena generator memiliki rentang frekuensi kerja tertentu. Ketika generator bekerja di luar rentang frekuensi kerja, maka generator

tersebut akan cepat mengalami kerusakan. Oleh sebab itu, untuk mempertahankan besarnya frekuensi sistem diperlukan pengaturan pada besarnya kopel mekanis penggerak generator (Nugraheni, 2011).

Menurut Nugraheni (2011) Kopel mekanis penggerak generator berkaitan dengan besarnya bahan bakar yang digunakan untuk menggerakkan prime mover atau turbin. Pengaturan ini dilakukan oleh governor. Untuk mendapatkan frekuensi konstan, besarnya kopel mekanis penggerak generator sama dengan besarnya torsi beban. Ketika kopel mekanis penggerak generator kurang dari torsi beban maka frekuensi generator semakin lama semakin menurun. Ketika kopel mekanis penggerak generator lebih besar daripada torsi beban maka semakin lama frekuensi generator semakin meningkat. Frekuensi yang diinginkan adalah konstan di rentang yang diijinkan, untuk mendapatkan keadaan tersebut, hal ini merupakan tugas dari governor untuk mengatur banyaknya bahan bakar yang digunakan. Hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut:

TG– TB = J � = J2π (2.4)

Dengan TG = kopel penggerak mekanik generator (Nm)

Dengan TB = torsi beban (Nm)

Dengan J = momen inersia penggerak mekanik generator (kg.m2₎ Dengan ω = kecepatan sudut putar generator (rad/s)

t = waktu (s)

a. Jika kopel penggerak mekanik generator lebih besar daripada torsi beban maka perubahan kecepatan sudut putar generator terhadap waktu bernilai positif, artinya frekuensi generator semakin meningkat.

b. Jika kopel penggerak mekanik generator bernilai sama dengan torsi beban maka perubahan kecepatan sudut putar generator terhadap waktu bernilai nol, artinya kecepatan sudut tetap setiap satuan waktu akibatnya frekuensi sistem konstan.

c. Jika kopel penggerak mekanik generator bernilai lebih kecil daripada torsi beban maka perubahan kecepatan sudut putar generator terhadap waktu bernilai negatif, artinya kecepatan sudut putar semakin lama semakin melambat dan frekuensinya semakin turun.

2.2.3.2 Pelepasan Beban

Jika terdapat gangguan dalam sistem tenaga listrik yang menyebabkan daya yang tersedia tidak cukup untuk memenuhi beban, misalnya karena ada gangguan berupa lepasnya beberapa pembangkit dari sistem, maka untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan beban. Keadaan yang kritis dalam sistem karena lepasnya beberapa unit pembangkit dapat dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat (Marsudi, 2016).

Menurut Nugraheni (2011) adanya ketidaknormalan yang disebabkan oleh terjadinya beban lebih pada umumnya dipicu oleh beberapa hal, antara lain:

a. Adanya pembangkit yang lepas dari sistem yang mengakibatkan beban yang seharusnya disuplai oleh pembangkit tersebut menjadi tanggungan pembangkit lain.

b. Adanya gangguan pada saluran transmisi sehingga ada beberapa beban yang tidak dapat disuplai oleh salah satu pembangkit dalam sistem interkoneksi.

2.2.3.2.1 Akibat Beban Lebih

Menurut Nugraheni (2011) gangguan berupa beban lebih dapat mempengaruhi keseimbangan antara daya yang dibangkitkan dan permintaan beban sehingga menyebabkan beberapa hal yang dapat mengganggu kestabilan sistem, yaitu:

a. Penurunan tegangan sistem b. Penurunan frekuensi sistem

Suatu sistem tenaga listrik beserta komponennya memiliki spesifikasi aman tertentu berkaitan dengan tegangan. Setiap komponen memiliki nilai batas bawah dan batas atas tegangan operasi sistem. Hal ini berkaitan dengan pengaruh ketidakstabilan dan kualitas tegangan yang dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan (Nugraheni, 2011).

Sebagian besar beban pada suatu sistem tenaga listrik memiliki faktor daya tertinggal (lagging) sehingga membutuhkan suplai daya reaktif yang cukup tinggi. Ketika terjadi gangguan pada salah satu generator dalam sistem interkoneksi maka pada generator yang lain akan terjadi kelebihan beban. Sehingga kebutuhan daya reaktif akan semakin meningkat, bahkan lebih besar bila dibandingkan dengan yang

mampu dihasilkan oleh generator dan arus yang ditarik pun semakin meningkat. Akibatnya turun tegangan yang terjadi semakin besar dan menyebabkan kondisi yang tidak aman bagi generator. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan suatu pelepasan beban. Namun, turun tegangan bisa juga diakibatkan oleh adanya gangguan lain seperti misalnya gangguan hubung singkat. Sehingga dalam hal ini penurunan frekuensi merupakan acuan yang lebih baik untuk melakukan pelepasan beban (Nugraheni, 2011).

Pada dasarnya setiap generator memiliki spesifikasi tertentu berkaitan dengan rentang frekuensi kerja yang diijinkan beserta waktu operasi dari frekuensi tersebut. Penurunan frekuensi yang disebabkan oleh adanya beban lebih sangat membahayakan generator. Hal ini diakibatkan oleh kondisi generator yang mengalami kekurangan daya aktif sehingga daya aktif yang dihasilkan generator tidak dapat memenuhi permintaan beban. Akibatnya frekuensi yang dimiliki generator semakin lama semakin menurun. Ketika laju penurunan frekuensi menurun tajam, hal terburuk yang mungkin terjadi adalah pemadaman total. Namun, apabila laju penurunan frekuensi tidak terlalu tajam, dapat segera dilakukan pelepasan beban (Nugraheni, 2011).

2.2.3.2.2 Akibat Penurunan Frekuensi

Menurut Nugraheni (2011) pelepasan beban akibat penurunan frekuensi diklasifikasikan menjadi 2 macam berdasarkan laju penurunan, yaitu:

a. Pelepasan beban manual

Pelepasan beban manual dilakukan apabila laju penurunan frekuensi sangat rendah. Sehingga untuk memperbaiki frekuensi tidak membutuhkan waktu cepat karena sistem dirasa aman untuk jangka waktu yang cukup lama. Pelepasan beban secara manual ini akan membutuhkan beberapa operator yang cukup banyak, waktu yang dibutuhkan cukup lama bila dibandingkan dengan pelepasan beban otomatis. b. Pelepasan beban otomatis

Pelepasan beban otomatis dilakukan ketika laju penurunan frekuensi cukup tinggi. Dengan adanya pelepasan beban otomatis maka sistem secara keseluruhan dapat distabilkan dengan cepat tanpa harus menunggu operator bekerja. Pelepasan beban otomatis biasanya didukung dengan beberapa komponen, seperti misalnya penggunaan UFR (Under Frequency Relay).

Menurut Nugraheni (2011) pelepasan beban yang dilakukan akibat penurunan frekuensi yang merupakan efek beban lebih penting dilakukan. Selain untuk menghindari terjadinya pemadaman total, pelepasan beban dapat mencegah: a. penuaan yang semakin cepat dari komponen mekanik generator

Penurunan frekuensi yang cukup parah menimbulkan getaran (vibrasi) yang berlebihan pada sudu turbin. Hal ini mampu memperpendek usia pakai peralatan.

b. Pertimbangan pemanasan

Berkurangnya frekuensi menyebabkan berkurangnya kecepatan putaran motor pendingin generator, berakibat berkurangnya sirkulasi udara (ventilasi) yang dapat menyebabkan pemanasan pada generator.

c. Terjadinya eksitasi lebih

Ketika terjadi penurunan frekuensi pada generator pada tegangan normal, arus eksitasi generator semakin meningkat hal ini memicu terjadinya eksitasi lebih. Eksitasi ini ditandai dengan fluks berlebih yang dapat menyebabkan munculnya arus pusar. Arus pusar tersebut dapat menyebabkan pemanasan pada inti generator.

2.2.3.2.3 Syarat Pelepasan Beban

Sebelum dilakukan suatu pelepasan beban yang bertujuan untuk pemulihan frekuensi, pelepasan beban harus memenuhi beberapa kriteria antara lain:

a. Pelepasan beban dilakukan secara bertahap dengan tujuan apabila pada pelepasan tahap pertama frekuensi belum juga pulih masih dapat dilakukan pelepasan beban tahap berikutnya untuk memperbaiki frekuensi.

b. Jumlah beban yang dilepaskan hendaknya seminimal mungkin sesuai dengan kebutuhan sistem tenaga listrik dalam memperbaiki frekuensi.

c. Beban yang dilepaskan adalah beban yang memiliki prioritas paling rendah dibandingkan beban lain dalam suatu sistem tenaga listrik. Oleh sebab itu seluruh beban terlebih dahulu diklasifikasikan menurut kriteria-kriteria tertentu.

d. Pelepasan beban (load Shedding) harus dilakukan tepat guna. Oleh karenanya harus ditentukan waktu tunda minimum relay untuk mendeteksi apakah penurunan frekuensi generator akibat beban lebih atau pengaruh lain seperti misalnya masuknya beban yang sangat besar ke dalam sistem secara tiba-tiba.

Keempat kriteria tersebut harus terpenuhi, dengan begitu pelepasan beban (load shedding) aman untuk dilakukan (Nugraheni, 2011).

2.2.3.3 Penurunan Frekuensi Akibat Beban Lebih

Suatu generator akan berputar dengan frekuensi yang semakin menurun apabila kopel penggerak mekanik generator besarnya kurang dari torsi beban. Ketika terdapat generator pembangkit lain yang berada dalam suatu interkoneksi lepas atau keluar dari sistem, secara otomatis beban yang ditanggung pembangkit yang lepas akan menjadi tanggungan generator yang masih bekerja dalam sistem. Dengan demikian torsi beban pada generator yang masih mampu bekerja akan bertambah. Peningkatan torsi beban pada generator ini akan diimbangi dengan peningkatan kopel mekanik penggerak generator dengan melakukan pengaturan pada governor untuk mempertahankan frekuensi kerja sistem tetap konstan. Namun, pada saat governor telah dibuka secara maksimal untuk mengalirkan sumber energi penggerak turbin, kopel penggerak mekanik generator besarnya masih kurang dari torsi beban, hal inilah yang menjadikan frekuensi generator menjadi turun. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan suatu pengurangan torsi beban dengan beberapa cara diantaranya adalah pelepasan beban (Nugraheni, 2011).

2.2.3.3.1 Laju Penurunan Frekuensi

Penurunan frekuensi suatu generator dapat disebabkan oleh lepasnya salah satu pembangkit yang berkapasitas besar dari sistem tenaga listrik maupun

gangguan hubung singkat. Terjadinya gangguan hubung singkat mengakibatkan penurunan frekuensi dalam waktu singkat, setelah itu frekuensi dapat pulih dengan sendirinya dengan bantuan pengaturan governor. Sedangkan penurunan frekuensi akibat beban lebih yang sangat besar diperlukan suatu pelepasan beban untuk memulihkan frekuensi (Nugraheni, 2011).

Besarnya laju penurunan frekuensi sangat berpengaruh terhadap beberapa hal, antara lain (Nugraheni, 2011):

a. Jenis pelepasan beban yang dilakukan

Ketika tingkat laju penurunan frekuensi yang terjadi rendah maka pelepasan beban dilakukan secara manual oleh operator. Namun, bila tingkat laju penurunan frekuensi tinggi maka diperlukan pelepasan beban secara otomatis. b. Waktu tunda relay

Laju penurunan frekuensi mempengaruhi pengaturan waktu tunda relay. Untuk laju penurunan frekuensi yang tinggi tentu diatur agar waktu tunda yang dimiliki relay sesingkat mungkin. Semakin lama waktu tunda relay, tentu penurunan frekuensi yang terjadi semakin besar.

c. Jumlah beban yang dilepas

Penurunan frekuensi yang besar harus diimbangi dengan pelepasan beban yang besar, hal ini bertujuan agar mempercepat pemulihan frekuensi. Sedangkan ketika laju penurunan frekuensi rendah, dimungkinkan untuk melakukan pelepasan beban dalam jumlah besar namun bertahap. Hal ini bertujuan untuk meminimalisasi jumlah beban yang dilepaskan.

Menurut Nugraheni (2011) Demikian berpengaruhnya besar laju penurunan frekuensi terhadap pelepasan beban, maka perlu diketahui faktor-faktor yang mempengaruhi besar laju penurunan frekuensi. Faktor-faktor tersebut antara lain sebagai berikut:

a. Konstanta inersia

b. Daya mekanik generator

c. Daya elektrik yang dibutuhkan beban

Faktor-faktor tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan laju penurunan frekuensi. Dengan perkiraan tersebut, dapat juga detentukan besar frekuensi akhir saat sebelum pemutus tenaga terbuka. Jumlah beban yang harus dilepas untuk pemulihan frekuensi dapat ditentukan (Nugraheni, 2011).

Hubungan yang mendefinisikan perubahan frekuensi terhadap waktu, dalam hal ini disebut dengan laju perubahan frekuensi berdasarkan perubahan besarnya daya yang dihasilkan generator dan daya yang dibutuhkan beban dapat digambarkan oleh persamaan swing suatu generator sederhana sebagai berikut:

�� � � �

�� = ��

(2.5)

Dengan: G = Rating MVA generator

H = Konstanta inersia generator (MJ/MVA) δ = Sudut torsi generator

f0 = Frekuensi nominal generator (Hz) PA = Daya percepatan (MW)

� = � + ��_{�� = ��}

�

= �= 2π

(2.6)

(2.7)

Dengan � = Kecepatan generator saat frekuensi nominal (rpm) Dari persamaan (2.5) dan (2.7) dapat disimpulkan bahwa:

�� �� =

�� � (2.8)

Dengan: PA = PM– PE PA = Daya percepatan

PM = Daya mekanik generator

PE = Daya elektrik permintaan beban

Sesuai dengan persamaan (2.8) terbukti bahwa besarnya laju penurunan frekuensi dipengaruhi oleh tiga faktor yang telah disebutkan sebelumnya.

2.2.3.3.2 Pengaruh Konstanta Inersia Terhadap Penurunan Frekuensi

Setiap benda memiliki kemampuan untuk mempertahankan diri dari gangguan yang diberikan kepadanya. Untuk benda yang bergerak secara mendatar (translasi), besarnya kemampuan untuk mempertahankan diri tersebut dipengaruhi oleh massa. Sedangkan untuk benda berotasi kemampuan atau kecenderungan untuk mempertahankan diri tidak hanya bergantung pada massa tetapi juga kepada momen inersia. Suatu benda yang memiliki momen inersia semakin besar artinya memiliki kemampuan yang semakin tinggi untuk mempertahankan diri. Generator merupakan benda berotasi sehingga memiliki nilai momen inersia (Nugraheni, 2011).

I = ∫r2dm (2.9) Dengan: I = Momen inersia

r = Jarak partikel ke sumbu putar m = Massa benda

Suatu benda yang bergerak menghasilkan energi kenetik. Energi tersebut bergantung pada massa dan kecepatan bergerak benda. Sebagai benda bergerak berotasi, energi kinetik generator dapat dinyatakan sebagai berikut (Nugraheni, 2011):

Ekrot = I � (2.10)

Dengan: Ekrot = Energi kinetik rotasi

I = Momen inersia

ω = Kecepatan sudut putar

Sedangkan energi yang dihasilkan pada kecepatan sinkron per volt-ampere dari rating generator disebut dengan konstanta inersia. Selanjutnya energi kinetik generator dapat dinyatakan sebagai:

GH = I � (2.11)

Dengan: G = Rating MVA generator H = Konstanta inersia I = Momen inersia ω = Kecepatan sudut putar

Ketika suatu generator menerima tambahan beban akibat adanya gangguan pada sistem transmisi maupun generator lain yang lepas dari sistem, kestabilan dari generator tersebut akan terganggu. Beban lebih yang diterima oleh generator secara

130

50

0E

E0

00

2

13

.8

k

V

50

EE

50

4

13

.8

k

V

50

EE

50

2

13

.8

k

V

50

EE

50

1

13

.8

k

V

05

EE

01

01

A

13

.8

k

V

05

EE

01

01

B

13

.8

k

V

05

EE

01

01

C

13

.8

k

V

05

EE

01

01

D

13

.8

k

V

50

EE

50

3

13

.8

k

V

50

EE

21

01

13

.8

k

V

50

0E

E0

00

1

13

.8

k

V

Cable32

200EE0101A

5

MV

A

20

0-SS

-1

200EE0101B

5

MV

A

Cable20

Cable33

200EE0201A

7.

5

MV

A

20

0-SS

-2

200EE0201B

7.

5

MV

A

Cable21

Cable34

500EE0101A

3.

75

M

VA

50

0-SS

-1

500EE0101B

3.

75

M

VA

_Cable22

Cable29

80EE2111A

10

M

VA

80

-S

S-21

A

80EE2111B

10

M

VA

Cable23

Cable30

80EE2111C

10

M

VA

80

-S

S-21

B

80EE2111D

10

M

VA

Cable24

Cable31

60EE2111A

2.

5

MV

A

60

-S

S-21

60EE2111B

2.

5

MV

A

_Cable26

Cable35

500EE0203B

5

MV

A

50

0-SS

-2

500EE0203A

5

MV

A

Cable27

51

G3

01

8

MW

Cable25

50EE2111B

5

MV

A

50

-S

S-21

50EE2111A

5

MV

A

Cable28

51

G2

01

20

M

W

Cable9

30EE201A

5

MV

A

30

-S

S-2

30EE201B

5

MV

A

Cable15

Cable7

70EE101A

2.

5

MV

A

70

-S

S-1

70EE101B

2.

5

MV

A

_Cable16

Cable12

10EE201A

3.

75

M

VA

10

-S

S-2

10EE201B

3.

75

M

VA

_Cable17

Cable13

60EE101A

2.

5

MV

A

60

-S

S-1

60EE101B

2.

5

MV

A

_Cable18

Cable3

10EE0301A

3.

75

M

VA

10

-S

S-3

10EE0301B

3.

75

M

VA

Cable19

51

G3

8

MW

Cable14

30EE101B

5

MV

A

30

-S

S-1

30EE101A

5

MV

A

Cable2

Cable10

10EE101B

3.

75

M

VA

10

-S

S-1

10EE101A

3.

75

M

VA

Cable4

Cable11

20EE101B

3.

75

M

VA

20

-S

S1

20EE101A

3.

75

M

VA

_Cable5

Cable37

70EE1111A

7.

5

MV

A

70

-S

S-11

70EE1111B

7.

5

MV

A

Cable62

Cable49

02EE1211B

3.

75

M

VA

02

-S

S-12

02EE1211A

3.

75

M

VA

_Cable60

Cable48

30EE1211B

3.

75

M

VA

30

-S

S-12

30EE1211A

3.

75

M

VA

Cable59

Cable40

30EE1111B

7.

5

MV

A

30

-S

S-11

30EE1111A

7.

5

MV

A

_Cable58

Cable47

01EE1211B

10

M

VA

01

-S

S-12

01EE1211A

10

M

VA

Cable57

Cable41

01EE1311A

7.

5

MV

A

01

-S

S-13

01EE1311B

7.

5

MV

A

_Cable56

Cable45

90EE0111A

5

MV

A

90

-S

S-1

90EE0111B

5

MV

A

Cable55

Cable44

30EE3101A

7.

5

MV

A

30

-S

S-31

30EE3101B

5

MV

A

Cable54

05

1G

10

3

20

M

W

81 81

50EE0007

16

M

VA

Cable66

Cable61

40EE1111A

2.

5

MV

A

40

-S

S-11

40EE1111B

2.

5

MV

A

Cable52

Cable38

63EE1111A

5

MV

A

63

-S

S-11

63EE1111B

5

MV

A

Cable51

Cable39

02EE1111B

3.

75

M

VA

02

-S

S-11

02EE1111A

3.

75

M

VA

Cable50

NO2

05EE1111A

7.

5

MV

A

05

-S

S-11

05-EE1111B

7.

5

MV

A

Cable46

05

1G

10

2

20

M

W

Cable53

01EE1111A

12

M

VA

01

-S

S-11

01EE1111B

12

M

VA

Cable36

05

1G

10

1

20

M

W

Cable1

CO

MM

UN

IT

Y

Cable42

Op

en

51

G1

8

MW

50101A

50EE101A

3.

75

M

VA

50

-S

S-1

50EE101B

3.

75

M

VA

Cable8

51

G2

8

MW

81 81

Ca

bl

e6

4

₅₀

EE

01

10

A

16

M

VA

Ca

bl

e6

3

81 81

Cable65

(3) 14400 / 120 V

12 12 13 64 64X XA 2 D-3-8 52 - TBC

1200 A K

BUS DUCT 05 - EE - 0106C2 1200A, 3Ø, 3W

K 6 7V C 51N C A SYN 51N XC 94 C 27 8-C V 12 12 12 12 13 13 13 13 (3) (3) 1200 / 5 (3) 2000 / 5

52-C2 1200A

(2)

(2) 14400 / 120 V v v

52-C9 1200A

13.8 KV, 1200 A, 40.2 KA

(3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 60 SPACE 52-C8 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 60 52-C7 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 60 52-C6 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-C5 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-C4 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 52-C3 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 52-C1 1200A 86X 86 X-7 BUS DUCT

0 5-EE-0 106C2 1 200A,3 Ø, 3W (3) 2000 / 5

1200 / 5 1200 / 5 (2) 14400 / 120 V

v v (2) 14400 / 120 V

v v NH 64F G3 12 15 15 0 51G103 GENERATOR # 3

1 3.8KV, 3 Ø 5 0 CYCLES 2 50 00 KVA 2 000 0 KW 0 .8 PF

(2) (3) SYN 13 VS V 13 13 VAR SHARING CONTROL 33 VS V 1313 51V G3 12 32 G3 (3) (3)

1500 / 5 (3) 2000 / 5

(3) 87 G3 12 86 G312 12 4C

G3 1286U3 12 VAR W F 13 VS REC W WATT L OCK 13 13 14 14 SHARI NG CONTROL GOVERNOR L OAD SENSI NG &

1 - 1/C" 4/0 15 TRI P &

THROT VAL VE I NTERUX 7 2 TO TOTALIZING REC. WM 70 101B 1 3 / C 3 50 M C M 60 101B101B60101B60

(EXIST)

70-EE-101B (EXIST)

105 - EE - 0101C MACHINE BUS C

CONTROL SWI TCH UNIT VOL TAGE

LEGEND FOR 13,8KV SWGR. ONLY

--- QUANTITY OF DEVICE --- DEVICE FUNCTION NUMBER - LOCATION 5 1V (3)

2

EXISTING UTILITY POWER PLANT

1 --- LOCAL 2 --- SWITCHGEAR 3 --- GENERATOR CONTROL BENCHBOARD 4 --- GENERATOR RECORDING METERING PANEL 5 --- POWER PANEL

NEW UTILITY POWER PLANT

11 --- LOCAL 12 --- SWITCHGEAR 13 --- GENERATOR CONTROL BENCHBOARD 14 --- GENERATOR RECORDING METER PANEL 15 --- GENERATOR AUX. PANEL 52 - TBB

1200 A K

BUS DUCT 05 - EE - 0106C2 1200A, 3Ø, 3W

K 6 7V C 51N C A SYN 51N XC 94 C 27 8-C V 12 12 12 12 13 13 13 13 (3) (3) 1200 / 5 (3) 2000 / 5

52-C2 1200A

(2)

(2) 14400 / 120 V v v

52-B9 1200A

13.8 KV, 1200 A, 40.2 KA

(3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M

60 60 60

52-B8 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

2 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-B7 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

2 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-B6 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

2 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-B5 1200A (3) 400 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

2 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-B4 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

1 3 / C 3 50 M C M 60 52-CB0A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

4 3 / C 3 50 M C M 60 52-B1 1200A BUS DUCT 0 5-EE-0 106C2 1 200A,3 Ø, 3W (3) 2000 / 5

1200 / 5 1200 / 5 (2) 14400 / 120 V

v v (2) 14400 / 120 V

v v NH 64F G3 12 15 15 0 51G103 GENERATOR # 3

1 3.8KV, 3 Ø 5 0 CYCLES 2 50 00 KVA 2 000 0 KW 0 .8 PF

(2) (3) SYN 13 VS V 13 13 VAR SHARING CONTROL 33 AS V 1313 51V G2 12 32 G2 (3) (3)

1500 / 5 (3) 2000 / 5

(3) 87 G2 12 86 G212 12 4C

G2 1286U2 12 VAR W F 13 VS REC W 13 13 14 14 SHARI NG CONTROL GOVERNOR L OAD SENSI NG &

1 - 1/C" 4/0 15 TRI P &

THROT VAL VE I NTERUX 0 2 TO TOTALIZING REC. WM #05 - EE - 0101C MACHINE BUS B

CONTROL SWI TCH UNIT VOL TAGE 52-B10 1200A (3) 600 / 5

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M

60 60 60

60 60 60 CONTROL SWI TCH MASTER VOL TAGE MASTER FREQUENCY TRIMMER PRECISE FREQUENCY CONTROL 15 15 13 13 FOR ADDITIONAL FDRS SEE NOTE # 8

13 (2)

14400/120V

14 64 52 - TBA 1200 A K

BUS DUCT 05 - EE - 0106C2 1200A, 3Ø, 3W

K 6 7V A 51N A A SYN 51N XA 94 A 27 8 -A V 12 12 12 12 13 13 13 13 (3) (3) 1200 / 5 (3) 2000 / 5

52-C2 1200A

(2)

(2) 14400 / 120 V v v

52-A10 1200A

13.8 KV, 1200 A, 40.2 KA

(3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5 52-A9 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 60 52-A8 1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 60 52-A7 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-A4 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

2 3 / C 3 50 M C M 60 60 52-A5 1200A (3) 300 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

2 3 / C 3 50 M C M

7.5 / 105 MVA XFMR 60 52-A4

1200A (3) 600 / 5

S E E N O TE # 2

50 / 5

3 3 / C 3 50 M C M 60 52-A1 1200A 86X 86 X-7 BUS DUCT

0 5-EE-0 106A1 1 200A,3 Ø, 3W (3) 2000 / 5

1200 / 5 1200 / 5 (2) 14400 / 120 V

v v (2) 14400 / 120 V

v v NH 64F G1 12 15 15 0 51G101 GENERATOR # 1

1 3.8KV, 3 Ø 5 0 CYCLES 2 50 00 KVA 2 000 0 KW 0 .8 PF

(2) (3) SYN 13 VS V 13 13 VAR SHARING CONTROL 33 ASA 1313 51V G1 12 32 G1 (3) (3)

1500 / 5 (3) 2000 / 5

(3) 87 G1 12 86 G112 12 4C

G1 1286U1 12 VAR W F 13 PF REC W 13 13 14 14 SHARI NG CONTROL GOVERNOR L OAD SENSI NG &

1 - 1/C" 4/0 15 TRI P &

THROT VAL VE I NTERUX 7 2 TO TOTALIZING REC. WM 70 101B 1 3 / C 3 50 M C M 60 101A101A6010A60

(EXIST)

70-EE-101B (EXIST)

#05 - EE - 0101C MACHINE BUS A

CONTROL SWI TCH UNIT VOL TAGE 13 52-NA 1200A 1200A SEE NOTE # 6

52-A3 1200A (3) 1000 / 5

50 / 5

4 3 / C 3 50 M C M 60 86X 86 X-7 (EXIST) 60 60 60 12 64 (2) 64 12 64 64 (1) (2) (1) (2) FREQUENCY RECORDER NH A 50 GS 50 GS TRIP SI GNAL TO 3 .4 5KV SWGR

REMOTE TRIP FROM 3 .4 5KV SWGR 52t 12 12 13 12 12 60 60 51G 51

GX GX151

006 N304 12

12 12 12

400 / 5 05 - EE - 0120A

NEUTRAL GROUND RESISTOR 400A, 8000V 10 SEC R

1 - 1/C 4/0

# 05 - EE - 0101E NEUTRAL BUS 1200A, 40.2KA # 05 - EE - 0101D TRANSFER BUS 13.8KV, 2000A, 40.2KA

REC V REC V 27 14 14 14 14 86 TB-A 87 TB-A12 12

DIFFERENTIAL CKT FOR 52-TB4A SEE DWG 429400-A0-500-603A

SPACE

FOR ADDITIONAL

FDRS SEE NOTE # 8 FDRS SEE NOTE # 8FOR ADDITIONAL

0 0 0 2 0 1 13 DB 2

SEE NOTE # 9 CONT ' D ON DWG 424900-A0-500-603A

2 S

SYNCHRONIZING CKT. FOR 52-TB4A SEE DWG. 429400-A0 - 500 - 603A

DEVICE DESCRIPTION FUNCTION MFG MODEL

278 -A,B,C 27 RV SEE NOTE # 9

32 G1,2,3 40 G1,2,3 50 / 51 51 G 516X1 / 516X1

50 GS VOLTAGE RELAY VOLTAGE RELAY

DIRECTIONAL POWER RELAY LOSS OF EXCITATION RELAY

AUXILIARY RELAY PHASE OVERCURRENT RELAY GROUND OVERCURRENT RELAY GROUND SENSOR RELAY

SYNCHRONIZING INTERLOCX, DEAD BUS OPERATION ON MACHINE BUS.

STOPS RECORDING VOLMETER

ANTI - MOTORING PROTECTION FOR GENERATORS, TRIPS B6U LOCKOUT RELAY.

BREAKER ON MALFUNCTION OF EXCITATION SYSTEM, TRIPS 86U LOCKNUT RELAY

TRIPS 52 - NA, 52NB, 52 - NC AND ALARMS ENERGIZES 50X / 51X.

TRIPS FEEDER BREAKER TO SUBSTATIONS ON GROUND FAULT & ENERGIZES 50X / 51X.

ENERGIZES 51GX / 51GX1

G.E. 12 HGA11R7A G.E. 12 HGA11R7A

G.E. 12 GGPS3L3A G.E. 12 CEHS51A3A G.E. 12 IAC538311A G.E. 12 IAC53A801A G.E. 12 PIC11A/1A

DEVICE DESCRIPTION FUNCTION MFG MODEL

51 N-A,B,C SEE NOTE # 9

51NX - A,B,C 51 VG - 1,2,3 50X / 51X 51N / 51NX 63, ETC. 64 FG 1,2,3 SEE NOTE # 9

67V - A,B,C

GROUND OVERCURRENT RELAY

GROUND OVERCURRENT AUX - RELAY PHASE OVERCURRENT RELAY WITH VOLTAGE RESTRAINT

PHASE OVERCURRENT & GROUND FAULT AUXILIARY RELAY

AUXILIARY RELAY

FIELD GROUND RELAY DIRECTIONAL OVERCURRENT RELAY WITH VOLTAGE RESTRAINT

ENERGIZES 51NX-A,B,OR C ON GROUND FAULT

ALARMS ON OPERATION OF 51N - A,B,OR C TRIPS 86 U LOCKOUT RELAY ON PHASE FAULT. ALARMS ON PHASE OR GROUND FAULT & TRIPS TRANSFORMER FEEDER BREAKERS. TRIPS BREAKER TO TIE TRANSFORMER & ALARMS

ENERGIZES 86 ST ON TRANSFORMER WINDING (TURN TO TURN)FAULT.

ALARMS ON GROUND FAULT IN FIELD WINDINGS. ENERGIZES 94 RELAY ON OVERCURRENT IN DIRECTION INDICATED BY ARROW.

G.E. 12 IACS3A801A G.E. 12 IACS3A801A G.E. 12 IJCVS1A14A FUJI MM4XP FUJI MM4XF G.E. 12 IBCVS1A12A

DEVICE DESCRIPTION FUNCTION MFG MODEL

81 TB - A 81AX, BX, CX & DX

86GX1,2,3 SEE NOTE#9 SEE NOTE#9 86G1,2,3 UNDER FREQUENCY RELAY LOAD SHEDDING RELAY GENERATOR LOCKNUT RELAY AUXILIARY RELAY

ENERGIZES 81 AX,BX,CX & DX ON FALLING FREQUENCY 81 AX & CX INITIATES FIRST STAGE LOAD SHEDDING 81 BX & DX INITIATES SECOND STAGE

TRIPS TURBINE & EXCITER FIELD ACTIVATES GENERATOR INTERLOCK & ALARMS ON OPERATION OF 876 TRIPS & LOCKOUT GENERATOR BREAKER & ENERGIZES 86 GX

G.E. 12 SFF31A1A G.E. G.E. 12 HEA61B23B HOLD

DEVICE DESCRIPTION FUNCTION MFG MODEL

87 TB - A SEE NOTE#9 SEE NOTE#9 94 A,B,C INTERTRIPPING TELEPHONE RELAY TRIPPING RELAY TRANSFER BUS DEFERENTIAL RELAY

LOCKSOUT GENERATOR BREAKER ON OPERATION OF 51 VG, 32 G, 40 G & ALARMS ENERGIZES 86X RELAY TO TRIP 13.8KV FDR

TRIPS 52-A2, B2 OR C2 ON OPERATION OF 67 V-A, 80 RC, ALSO ALARMS.

G.E. 12 SFF31A1A G.E. G.E. GENERATOR DEFFERENTIAL RELAY INTERTRIPPING AUX. RELAY GENERATOR LOCKOUT RELAY TRANSFER BUS LOCKOUT RELAY 86 TB - A 86 U 1,2,3

86 X - T 86 X 87 G 1,2,3

TRIPS 13.8KV FDR BREAKER ( FROM 86 RELAY IN 3.45KV SUBSTATION) ENERGIZES 86 G GENERATOR LOCKOUT RELAY ON DIFFERENTIAL FAULT. BREAKERS 52-A4 & 52-C3 (FROM 86 RELAY IN 3.45KV. SUBSTATION) TRIPS LOCKSOUT 82 TB 4A,52-A2,52-B2 & 52-C2 ON OPERATION OF 87 TG-A

G.E. G.E. 12 CFD22A4A TFN 98

G.E.

ENERGIZES 86 TB-A ON DIFFERENTIAL FAULT ON 13.8KV TRANSFER BUS.

DRA WN

CHE CK APP S TRUCT P IP INGS QUAD CHE CKV ES SEL E LE C CONT SY ST D WG. NO. R EF ER EN CE D RAWING R EVISION D ESCRIPTION

D ATE

FLU OR

DRA WN BY

N. PI TTMAN

CHE CK ED BY S UP ERVI SOR RELEA SE DATE S UP ERVI SOR ENGR I NI TI ALS P ROJ E CT ENGR A PP DATE CLI ENT A PP DATE

S CA LE DRA WI NG NUMB ER REV IS ION

PERTAMINA CILACAP JAVA, INDONESIA

CILACAP REFINERY EXPANSION

477804-A0-005-603A

NONE

6

13.8KV POWER PLANT GEN # 101, 102 & 103

T. STIDHAM

B. GO MEZ 30J ULY81 R. DATTA T. OLSON 29J ULY81

ISSUED FOR RE VIE WS AND CO MMENTS 1 10/6/81

ELECTRICAL

ISSUED APP ROV ED FOR CO NSTRUCTION A S B UILT

R EVISED AS PER PER T AMIN A' S C OMMEN T D AT ED 21 - 02 - 1989 AND ISSUED FOR COMMENT / APPROVAL

A DDE D L UBE PUMP 63 P 1 01 DM - P1BM REDRAWN & UPDATE 2 10/6/81

32 4 Feb'83

32 2 July'83

41 0 Oct'83

51 2-04-89

6 Jun '05

DISTRIBUTION CODE NO. 1603

DESIGN FILE NAME : 477804MBE.603

ADDED 63LV305 & 63LFV310 #BKR T RIP RATING # SET TING REVISED HP

R E D U C E D P R IN T S C A L E

D

E

C

B

A

1 :1 0 1 2 3 4 5 1 0 2 0 3 0 4 0

1

/4

"

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1

3

/8

"

2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2

ONE LINE DIAGRAM

F LU OR D AN IEL

DRAWNAPP

CHECK

27

DEBOTTLENECKING PROJECT - CILACAP REFINERY

13.8 KV POWER PLANT GEN # 101, 102 & 103

ELECTRICAL ONE LINE DIAGRAM

D R A W I N G N U MBER

C TK

C.T . KA PERTAMINA

D. MASON

123 15

S C A LE

5 MAY ' 97

4567891011 1213 14

D WM

21 16 17 18 19 2022 23 24 2526

NONE

M. ABADIE R. BO NO W . DEN DEKKER

1 8 MAR'97

CILACAP, JAVA, INDONESIA

50

429400 - A0 - 005 - 603 A

38 28 29 3031 32 33 34 35 36 3739 40 4142 434445 46 47 4849

3

77 51 52 787980

ISSUED AF C & REV. AS IND. APPRO VED FO R DESIGN ISSUED FO R APPROVAL

3 0Agt '05

3

DATE

6 M AY '97

1

1 9 / 8 / 97

2

1 7 MAR '97

0

REF ERENCE DRAWING

53

REDRAW N & UPDATE

WDD RB EW RB L C AP EO RND NOTES :

1. FOR ELECTRICAL STANDARD DRAFTING SYMBOLS. DEVICE NUMBERING & ABBREVIATIONS SEE DWG # A - 00 - 604A THROUGH Q 2. FOR RELAY AND METERING SEE FEEDER TO TRANSFORMER # 01 - EE - 1111A 3. ALL DEVICES ARE SINGLE ( 1 ) UNIT UNLESS OTHERWISE NOTED 4. GENERATOR RECATANCES X 100% R 0,033 OHM X 19,7% R 0,110 OHM X 13% R 0,203 OHM

X 14%

X 8%

5. USE EXISTING BREAKER FROM UNIT DWG # 446904 - R - 50 - 603F 6. ONLY ONE NEUTRAL BREAKER SHALL BE CLOSED FOR SYSTEM OPERATION 7. LOAD SHEDDING SCREME IS TYPICAL FOR BREAKERS 52-A6, 52-B6, 52-C5, 52-B7, 52-A4 AND 52-C3 8. FOR ADDITIONAL FEEDERS SEE JGC DWG # D - 50 - 1380 - 0001. 9. EXISTING RELAY AND BKR 52 - TB 4A ARE NOW SHOWN ON DWG # 429400 A0 - 500 - 603 A IN THE REVISED CONFIGURATION. DWG # 446906 R - 50 - 603 F EXIST GEN #1 EXIST GEN #2 EXIST GEN #3 GEN 051 G101 GEN 051 G102 GEN 051 G103 THIS DWG

RELAY AND DEVICE TABLE

1 0 0 1 1 0 0 4 1

4 2

3 3

2 0 13 VOLT REG. 0 VOLT REG. VOLT REG.

TOTALIZING REC. NM

0 52-NB

SEE NOTE # 6

52-NC

LOAD SHEDING SEE NOTE # 7

WATT L OCK WATT

L OCK

7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR 7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR7.5 / 105 MVA XFMR

CABLE UNTUK GRIYA PATRA & RSPCS

Stranded Copper Conductor. XLPE Insulated, Copper tape Screened, Aluminium

Corrugated-armoured, PVC Sheated.

SPECIFICATION

:

NEMA WC 7.

RATED VOLTAGE

:

15.000 Volt

INSULATION LEVEL

:

133%.

MR :

1.500 Meter Cable

CU/XLPE/ALCA/PVC

,

3 Core, 50 mm

2

_{, 15.000 Volt}

manufactured :

SUCACO.

CABLE UNTUK GRIYA PATRA & RSPCS

Stranded Copper Conductor. XLPE Insulated, Copper tape Screened, Aluminium

Corrugated-armoured, PVC Sheated.

SPECIFICATION

:

NEMA WC 7.

RATED VOLTAGE

:

15.000 Volt

INSULATION LEVEL

:

133%.

MR :

1.500 Meter Cable

CU/XLPE/ALCA/PVC

,

3 Core, 50 mm

2

_{, 15.000 Volt}

manufactured :

SUCACO.

CABLE UNTUK GRIYA PATRA & RSPCS

Stranded Copper Conductor. XLPE Insulated, Copper tape Screened, Aluminium

Corrugated-armoured, PVC Sheated.

SPECIFICATION

:

NEMA WC 7.

RATED VOLTAGE

:

15.000 Volt

INSULATION LEVEL

:

133%.

MR :

1.500 Meter Cable

CU/XLPE/ALCA/PVC

,

3 Core, 50 mm

2

_{, 15.000 Volt}

LOKASI SUBSTATION

KILANG RU IV

FOC 1

LOC 1

UTL 2

FOC 2

UTL 2A

LOC 2

PX

40SS1

20SS1

10SS1

10SS2

20SS2

50SS2

05SS11

50SS1

02SS11

02SS12

05SS12

500SS1

200SS1

30SS2

30SS11

01SS13

30SS1

30SS12

01SS11

01SS12

60SS21

PO S

3

PO S

2

PO S 1

80SS21

LOC 3

200SS2

UNIT 041

UNIT 39

UNIT 38

UNIT 38

UTL 1

MAI NTE NACE OFFICE

60SS1

063SS11

HEAD

OFFICE

60SS2

UNIT

42

UNIT

43

UNIT 47

UNIT 047

UNIT 41

FLARE A 047

FLARE A47

FLA RE

30BD3

DRUM P LANE

49BD!

39

SWRK1

GUDANG BARU