Analisis Tes Pemutusan Jaringan dan Generator Pada Microgrid Chapter III V
3.
BAB III
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu
Penelitian
akan
dilaksanakan
menggunakan
simulasi
MATLAB-
SIMULINK. Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal penelitian selesai dan
disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.
Data dan Peralatan
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah data sistem tenaga dari
pulau kinmen besar dan kecil. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini ialah
program computer untuk simulasi yakni software MATLAB 2013.
Pelaksanaan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dengan melakukan perancangan sistem pada sistem
tenaga listrik yang ada pada pulau kinmen besar dan pulau kinmen kecil. Dengan
menggunakan MATLAB Simulink, pemutusan jaringan dilakukan dengan
melepaskan satu saluran transmisi antara dua bus atau memasang pemutus arus
sebelum jalur transmisi antara dua bus yaitu bus 2202 dan bus 2203. Dengan
menggunakan MATLAB Simulink. Pemutusan pada generator dilakukan dengan
memasang pemutus arus sebelum generator atau jalur di sepanjang jalur generator.
Dalam sistem tenaga terisolasi yang terletak di Kinmen besar, ada tiga jenis sumber
tenaga yaitu generator diesel, turbin angin dan sumber solar (photovoltaic). Sistem
tenaga transmisi beroperasi pada 22KV. Ada delapan generator Diesel yang ada di
Tarshan. Empat dari generator memiliki kapasitas 6,8 MW dengan faktor daya 0,8
dan empat generator Diesel yang ada juga memiliki kapasitas 6,8 MW namun
26
Universitas Sumatera Utara
dengan faktor daya 0,85. Semua generator di Tarshan beroperasi di 13.8KV. Di
Xiaxin, ada enam photovoltaic yang beroperasi pada 100KV dengan kapasitas dari
masing-masing sollarcell ialah 100KW. Keenam generator Diesel yang ada
memiliki kapasitas 2.6MW dengan faktor daya 0,8. Dua turbin angin yang ada pada
sistem memiliki kapasitas 2MW dengan faktor daya kesatuan. Tarshan dan Chesan
dihubungkan oleh dua jalur transmisi sepanjang 21km. bus2201 dan bus2202
dihubungkan oleh jalur transmisi 5.3km dan dari bus 2202 sampai bus2203
dihubungkan oleh jalur transmisi 9.25km. Dua jalur transmisi sepanjang 5 km
menghubungkan bus 2203 sampai bus 2204 yang terletak di Cheshan. Dari Tarshan
ke Chilin ada tiga jalur transmisi dengan panjang 3.5km, 8.4km dan 3.4km. bus
1101 dan bus 1102 yang memiliki total beban 5.45MW, untuk bus 1103 dan bus
1104 yang memiliki total beban sebesar 14.17MW. Untuk bus 1105 dan bus 1106
yang memiliki total beban sebesar 9.63MW, untuk bus 1107 dan bus 1108 memiliki
total beban sebesar 2.085MW. Dan terakhir bus 3311 dan bus 3312 yang memiliki
beban 1.975MW. Semua beban yang ada memiliki faktor daya 0,99.
27
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Diagram sistem tenaga dari big kinmen island dan small kinmen island
29
Universitas Sumatera Utara
Variabel yang Diamati
1. Tegangan sistem
(V)
2. Frekuensi sistem
(f)
3. Rating breaker
(A)
4. Waktu terjadi tegangan re-striking
(s)
Prosedur Penelitian
Start
Pengambilan Data Tegangan dari Sistem
Tegangan Listrik Pulau Kinmen
Perancangan Diagram pada Simulink
Masukkan Data Beban,
Parameter Generator dan
Paramater Saluran
Jalankan Analisis Sistem
Tampilkan keluaran berupa
grafik
Catat Data dan Tarik Kesimpulan
Stop
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
30
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan diagram alir penelitian pada gambar 3.2, langkah-langkah
penelitian adalah sebagai berikut:
1. Pengambilan Data
Data yang dibutuhkan diambil dari referensi yang ditentukan penulis yaitu
meliputi:
a. Diagram sistem tenaga dari pulau kinmen besar dan kecil
b. Jarak panjang transmisi yang ada
c. Total beban yang ada dari masing-masing beban
d. Rating tegangan pada jaringan transmisi dan pembangkit
e. Faktor daya
Sedangkan untuk rating generator akan disesuaikan dengan besarnya
kecepatan angin yang digunakan.
2. Perancangan diagram sistem tenaga pada seluruh pulau kinmen
Membuat model simulasi diagram alir sistem tenaga pada pulau kinmen
dilakukan pada software matlab-simulink. Pemodelannya meliputi:
a. Pemodelan turbin angin
b. Pemodelan solar cell menggunakan MPPT dengan metode incremental
ditambah dengan regulator internal.
c. Pemodelan generator
3. Melakukan pengaturan kontrol MPPT
Melakukan pengaturan kontrol MPPT akan dilakukan dengan perbandingan
perbedaan sinyal error yang dikontrol menggunakan logika fuzzy.
4. Mensimulasikan model sistem tenaga listrik pulau Kinmen
31
Universitas Sumatera Utara
Mensimulasikan model sistem tenaga listrik pada pulau kinmen besar dan
kecil akan dilakukan dengan dua model yaitu yang pertama dengan
melakukan perbandingan antara terjadinya pemutusan jaringan dan
generator pada gabungan antara pulau kinmen besar dan kecil. Yang kedua
dengan melakukan perbandingan antara terjadinya pemutusan dan tidak
terjadinya pemutusan pada sistem jaringan dan generator yang terjadi hanya
pada pulau kinmen besar saja.
5. Mencatat Data Keluaran
Data yang akan dicatat dan diteliti adalah berupa karakteristik tegangan,
sebelum dilakukan pemutusan dan sesudah dilakukan pemutusan pada
gabungan antara kedua pulau kinmen dan pada pulau kinmen besar saja.
6. Menganalisis Hasil Akhir
Pada tahapan ini membandingkan perubahan tegangan yang ada pada
simulasi yaitu sistem tenaga listrik pada saat tegangan, arus, dan daya pada
saat sistem dijalankan pada 2 detik pertama dan dilakukan pemutusan
setelah 2 detik sampai 3 detik sistem dijalankan dan apakah hasil akhir pada
perbandingan tegangan sesuai yang diharapkan atau tidak.
7. Menampilkan Hasil dan Menarik Kesimpulan
Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah hasil keluaran yang didapat
berupa pernbandingan antara sistem tenaga listrik yang belum melakukan
pemutusan dan sesudah melakukan pemutusan dengan harapan apakah
sistem yang ada dapat berjalan stabil apabila setelah dilakukan pemutusan.
32
Universitas Sumatera Utara
4. BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
Umum
MATLAB (Matrix Laboratory) merupakan suatu program komputer yang
bisa memecahkan berbagai masalah matematis yang kerap ditemui dalam bidang
teknis. Matlab dapat dimanfaatkan untuk menemukan solusi dari berbagai masalah
numerik secara cepat dan tepat, mulai dari masalah yang sederhana hingga masalah
yang kompleks. Salah satu aspek yang sangat berguna dari program matlab adalah
kemampuannya menggambarkan berbagai jenis grafik, sehingga pengguna dapat
menvisualisasikan data dan fungsi yang kompleks. Dalam program matlab juga
dilengkapi dengan Simulink, yaitu perangkat lunak yang digunakan dalam
permodelan, simulasi, juga menganalisis sistem dinamis. Mendukung sistem linier
dan nonlinier, dapat dimodelkan dalam waktu kontinu, waktu sampel atau hibrida
dari keduanya. Sistem ini juga dapat multirate yaitu memiliki bagian yang berbeda
dari apa yang dicontohkan atau diperbaharui pada tingkat yang berbeda.
Program Simulink akan membantu pengguna untuk dapat membangun
suatu model dari awal, atau pengambilan model yang sudah ada kemudian
melakukan modifikasi untuk melakukan eksplorasi model non linier dengan lebih
realistis.
Model Rangkaian
Berikut adalah model rangkaian yang digunakan pada penelitian ini.
33
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Model Rangkaian Simulasi Sistem Tenaga Pada Pulau Kinmen
Data dan Diagram Simulasi
Pada tugas akhir ini, penulis menggunakan rangkaian sistem tenaga dari pulau
kinmen besar dan pulau kinmen kecil. Berikut adalah tabel data dan model
rangkaian yang digunakan pada simulasi ini.
Tabel 4.1 Data Sistem Tenaga Pada Pulau Kinmen Besar
Generator
Rating Daya
Faktor Daya
8 generator tarshan
6,8MW
0,8 dan 0,85
2 turbin angin
2MW
1
6 solar cell
100KW
1
Bus
Beban
Faktor Daya
1103 dan 1104
14,17MW
0,99
1105 dan1106
9,63MW
0,99
1107 dan 1108
2,085MW
0,99
34
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Model Rangkaian Simulasi Pulau Kinmen Besar
Tabel 4.2 Data Sistem Tenaga Pada Pulau Kinmen Kecil
Bus
Beban
Faktor Daya
1101 dan1102
5,45MW
0,99
3311 dan 3312
9,63MW
0,99
Gambar 4.3 Model Rangkaian Simulasi Pulau Kinmen Kecil
35
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Data generator pada wilayah Tarshan dan Xia-xin
Kapasitas
MVA
MW
Generator
Rpm
Pf
Bagian 1
Gen1-4
10.181
7.909
514
0.8
Bagian 2
Gen5-8
9.706
8.250
600
0.85
1
2
3
4~6
3.96
3.96
4.39
4.36
3.168
3.168
3.512
3.488
600
0.8
Tarshan
Xia-Xin
Gambar 4.4 Rangkaian Generator Pada Wilayah Tarshan Dan Xia-Xin
Dengan data dan model rangkain diatas, maka dapat dibuat model rangkaian
untuk mensimulasikan menggunakan software matlab-simulink.
36
Universitas Sumatera Utara
Pemutusan jaringan dan generator pada pulau Kinmen
Pada percobaan ini, akan dilakukan pemutusan jaringan dan generator pada
pulau kinmen, dimana pemutusan jaringan akan dilakukan pada jaringan yang
terletak diantara bus 2202 dan bus 2203.
Gambar 4.5 Letak Breaker Diantara Bus 2202 Dan Bus 2203
Dan pemutusan generator akan dilakukan dengan meletakkan pemutus pada
turbin angin.
Gambar 4.6 Letak Breaker Pada Turbin Angin
Generator energi terbarukan memiliki begitu banyak parameter yang harus
terus diperiksa sepanjang waktu terhadap pendingin hydrogen (jika digunakan).
37
Universitas Sumatera Utara
Hasil dan Simulasi
Perhitungan Rating Circuit Breaker
CB (Circuit Breaker) adalah alat yang berfungsi untuk memutus hubungan
listrik yang bekerja secara otomatis apabila ada arus atau beban lebih yang melebihi
kapasitas nominal dari CB tersebut. Misalnya jika terjadi short circuit atau hubung
pendek atau konslet (karena pada saat terjadi short, arus listrik akan melonjak naik),
maka CB akan jatuh / trip atau mati dengan sendirinya atau secara otomatis.
CB terdapat berbagai jenis untuk berbagai macam kebutuhan pemutusan arus
listrik. Menurut phasa, ada 1 phasa, 2 phasa, 3 phasa, dan menurut jenis peralatan
yang akan diproteksi misal: instalasi motor 3phasa, instalasi tenaga, dan lain-lain,
masing-masing berbeda jenis dan ratingnya.
Untuk sisi generator, nilai arus nominal untuk pemutus tenaga ialah
=
=
√ . � . � �∅
√ .
= ,
,
�
, �
�
.
Menurut PUIL, rating CB ditentukan dengan melakukan perkalian 125%. Sehingga
rating CB pada sisi generator ialah :
= ,
= ,
� ,
�
38
Universitas Sumatera Utara
Maka arus nominal pada pada rating CB ialah 5,5 KA. Ini dilakukan karena
arus nominal pada rating CB harus lebih besar daripada arus yang dibutuhkan oleh
peralatan yang terhubung.
Untuk sisi jaringan, nilai arus nominal untuk arus pemutus ialah :
=
=
√ . � . � �∅
√ .
= ,
,
�
, �
�
. ,
Menurut PUIL, rating CB ditentukan dengan melakukan perkalian 125%.
Sehingga rating CB pada sisi generator ialah :
= , � ,
= ,
�
Maka arus nominal pada pada rating CB ialah 3,5 KA. Ini dilakukan karena
arus nominal pada rating pemutus tenaga harus lebih besar daripada arus yang
dibutuhkan oleh peralatan yang terhubung.
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-t) Pada Saat Sistem
Berjalan Normal
Pada percobaan ini kita akan melihat tegangan yang keluar agar dapat
mengetahui karakteristik tegangan terhadap waktu (V-t) pada saat sistem pada
simulasi berjalan normal.
39
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7 Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-T) Pada Saat
Sistem Berjalan Normal
Didapat nilai tegangan keluaran stabil antara detik ke 1 sampai detik ke 3,
dimana tegangan keluaran adalah diantara -1,2 pu sampai 1,2 pu dan berhenti pada
0,167 pu atau 3,807KV.
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-t) Pada Saat Sesudah
Terjadi Pemutusan
Pada percobaan ini, kita akan melihat perbedaan karakteristik tegangan yang
keluar pada saat sesudah terjadi pemutusan dengan membandingkan antara
gabungan dua pulau dan pulau kinmen besar saja. Simulasi dilakukan dengan waktu
3 detik.
40
Universitas Sumatera Utara
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-t) Saat Pemutusan
Jaringan Pada Gabungan Dua Pulau dan Pulau Kinmen Besar
Pada Percobaan ini, akan dilakukan pemutusan jaringan antara gabungan dua
pulau dan pulau kinmen saja untuk mengetahui perbandingan kurva karakteristik
V-t.
Gambar 4.8 Pemutusan Jaringan Pada Pulau Kinmen Besar
Dari Gambar 4.8 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,15 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,15 – 0,73 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
0,73 – 3 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal.
41
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Pemutusan Jaringan Gabungan Dua Pulau
Dari data yang diperoleh dari Kinmen Power Company, didapat parameter
sebagai berikut :
V = 22,8 KV, L = 4 x 10-4 H, C = 2,2158 x 10-6 F
Tegangan puncak re striking pada kontak-kontak breaker
Nilai tegangan maksimum phasa ke netral
� max = √ ×
√
,
= 18,6 KV
Tegangan puncak re striking = 2 . E max = 37,2 KV
Frekuensi osilasi
=
√ �
42
Universitas Sumatera Utara
=
�√ ,
=
,
=
×
,
−
×
−9
�
Tegangan puncak re striking terjadi pada waktu t
t=
×
t= √ �
t= √ ,
×
t = 93,7 μ detik
−
Tegangan puncak re striking rata-rata
=
=
�
max
���
,
, μ
���
���
�
tik
= 397 x 103 KV/ detik
Jadi tegangan re striking yang timbul dalam 1 detik ialah 397 x 103 KV
43
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 4.9 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,12 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,12 – 1,01 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
1,01 – 2 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal. Pada saat 2-3 detik
grafik tegangan mengalami keadaan tidak stabil karena mengalami pemutusan.
Pada pemutusan yang dilakukan pada pulau Kinmen Besar saja, didapat nilai
keluaran tegangan stabil pada detik ke 1 hingga detik ke 3 dan berhenti pada nilai
tegangan maksimum yaitu 0,158 atau 2,86KV. Pada pemutusan jaringan yang
dilakukan pada gabungan dua pulau yaitu pulau pulau Kinmen Besar dan pulau
Kinmen Kecil didapat berbeda dengan hasil tegangan keluaran pada pulau Kinmen
Besar. Sebelum sistem berjalan 2 detik, gelombang keluaran tegangan terhadap
waktu pada gabungan 2 pulau berjalan normal akan tetapi setelah 2 detik,
gelombang keluaran tegangan terhadap waktu berjalan tidak stabil dengan nilai
tegangan maksimum yang didapat sebesar 0,061 pu atau 1,39KV. Disini dapat
dilihat bahwa pemutusan jaringan pada pulau kinmen besar saja menghasilkan
gelombang keluaran tegangan yang jauh lebih stabil daripada gelombang keluaran
tegangan yang dihasilkan oleh pemutusan jaringan oleh gabungan dua pulau.
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu(V-t) Saat Pemutusan
Generator Pada Gabungan Dua Pulau dan Pulau Kinmen Besar
Pada percobaan ini, akan dilakukan pemutusan generator antara gabungan
dua pulau dan pulau kinmen besar saja untuk mengetahui perbandingan kurva
karakteristik V-t.
44
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Pemutusan Generator Pada Pulau Kinmen Besar
Dari Gambar 4.10 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,185 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,185 – 0,81 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
0,81 – 3 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal.
45
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Pemutusan Generator Gabungan Dua Pulau
V = 11,4 KV, L = 2 x 10-4 H, C = 1,522 x 10-6 F
Tegangan puncak re striking pada kontak-kontak breaker
Nilai tegangan maksimum phasa ke netral
� max = √ ×
√
,
= 9,3 KV
Tegangan puncak re striking = 2 . E max = 18,6 KV
Frekuensi osilasi
=
√ �
=
=
�√ ,
,
×
×
−
−9
46
Universitas Sumatera Utara
=
,
�
Tegangan puncak re striking terjadi pada waktu t
t=
×
t= √ �
t= √ ,
×
t = 32,8 μ detik
−
Tegangan puncak re striking rata-rata
=
=
�
max
���
,
, μ
���
���
�
tik
= 567 x 103 KV/ detik
Jadi tegangan re striking yang timbul dalam 1 detik ialah 567 x 103 KV
Dari Gambar 4.11 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,15 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,15 – 1,12 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
1,12 – 2 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal. Pada saat 2-3 detik
grafik tegangan mengalami keadaan tidak stabil karena mengalami pemutusan.
Pada pemutusan generator yang dilakukan pada pulau Kinmen besar saja,
didapat nilai keluaran tegangan stabil dari detik ke 1 hingga detik ke 3, dan berhenti
pada nilai tegangan maksimum yaitu 0,1168 pu atau 2,136KV. Pada pemutusan
generator yang dilakukan pada gabungan dua pulau yaitu pulau pulau Kinmen
Besar dan pulau Kinmen Kecil didapat berbeda dengan hasil tegangan keluaran
47
Universitas Sumatera Utara
pada pulau Kinmen Besar. Sebelum sistem berjalan 2 detik, gelombang keluaran
tegangan terhadap waktu pada gabungan 2 pulau berjalan normal akan tetapi setelah
2 detik, gelombang keluaran tegangan terhadap waktu berjalan tidak stabil dengan
nilai tegangan maksimum yang didapat sebesar 0,048 pu atau 1,094KV. Disini
dapat dilihat bahwa pemutusan jaringan pada pulau kinmen besar saja
menghasilkan gelombang keluaran tegangan yang jauh lebih stabil daripada
gelombang keluaran tegangan yang dihasilkan oleh pemutusan jaringan oleh
gabungan dua pulau.
48
Universitas Sumatera Utara
5. BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan
sebagai berikut:
1. Pada penelitian ini, diperoleh nilai tegangan maksimum pada keadaan
sistem berjalan normal yaitu pada 0,167 pu atau 3,807 kV.
2. Pada percobaan pemutusan jaringan yang dilakukan pada pulau Kinmen
Besar diperoleh nilai tegangan maksimum pada 0,125 pu atau 2,86 kV dan
pemutusan jaringan yang dilakukan pada gabungan dua pulau diperoleh
nilai tegangan maksimum pada 0,061 pu atau 1,39 kV.
3. Pada percobaan pemutusan generator yang dilakukan pada pulau kinmen
besar diperoleh nilai tegangan maksimum pada 0,1168 pu atau 2,136 kV
dan pemutusan generator yang dilakukan pada gabungan dua pulau
diperoleh nilai tegangan maksimum pada 0,048 pu atau 1,094 kV.
4. Pada percobaan ini didapat arus nominal pada generator sebesar 4,33 kA
dan pada jaringan didapat arus nominal sebesar 2,66 kA, dan rating pemutus
pada generator didapat 4,5 kA dan rating pemutus pada jaringan didapat 3
kA.
5. Pada percobaan ini menunjukkan bahwa sistem tenaga listrik pada pulau
Kinmen besar tidak mampu menopang beban pulau kinmen kecil
sepenuhnya maka 6 generator diesel yang ada pada pulau Kinmen Kecil
masih sangat dibutuhkan untuk memenuhi beban yang ada pada pulau
Kinmen Kecil.
49
Universitas Sumatera Utara
6. Pada percobaan pemutusan jaringan gabungan dua pulau kinmen
ditunjukkan bahwa waktu pertama kali terjadinya tegangan re striking ialah
93,7 μ detik, frekuensi setelah pemutusan sebesar ,
�, dan tegangan
re striking rata-rata pada pemutusan jaringan gabungan dua pulau ialah 397
x 103 KV.
7. Pada percobaan pemutusan generator gabungan dua pulau kinmen
ditunjukkan bahwa waktu pertama kali terjadinyan tegangan re striking
ialah 32,8μ detik, frekuensi setelah pemutusan sebesar
,
�, dan
tegangan re striking rata-rata pada pemutusan generator gabungan dua pulau
ialah 567 x 103 KV.
Saran
Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah
sebagai berikut :
1. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya dilakukan dengan lebih teliti
agar hasil keluaran tegangan lebih akurat.
2. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya dapat melanjutkan penelitian
ini dengan melakukan metode yang berbeda.
3. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya menggunakan metode MPPT
lainnya yang lebih baik dan akurat untuk pengontrolan daya pada solar cell
(photovoltaic) dan turbin angin
50
Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu
Penelitian
akan
dilaksanakan
menggunakan
simulasi
MATLAB-
SIMULINK. Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal penelitian selesai dan
disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.
Data dan Peralatan
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah data sistem tenaga dari
pulau kinmen besar dan kecil. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini ialah
program computer untuk simulasi yakni software MATLAB 2013.
Pelaksanaan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dengan melakukan perancangan sistem pada sistem
tenaga listrik yang ada pada pulau kinmen besar dan pulau kinmen kecil. Dengan
menggunakan MATLAB Simulink, pemutusan jaringan dilakukan dengan
melepaskan satu saluran transmisi antara dua bus atau memasang pemutus arus
sebelum jalur transmisi antara dua bus yaitu bus 2202 dan bus 2203. Dengan
menggunakan MATLAB Simulink. Pemutusan pada generator dilakukan dengan
memasang pemutus arus sebelum generator atau jalur di sepanjang jalur generator.
Dalam sistem tenaga terisolasi yang terletak di Kinmen besar, ada tiga jenis sumber
tenaga yaitu generator diesel, turbin angin dan sumber solar (photovoltaic). Sistem
tenaga transmisi beroperasi pada 22KV. Ada delapan generator Diesel yang ada di
Tarshan. Empat dari generator memiliki kapasitas 6,8 MW dengan faktor daya 0,8
dan empat generator Diesel yang ada juga memiliki kapasitas 6,8 MW namun
26
Universitas Sumatera Utara
dengan faktor daya 0,85. Semua generator di Tarshan beroperasi di 13.8KV. Di
Xiaxin, ada enam photovoltaic yang beroperasi pada 100KV dengan kapasitas dari
masing-masing sollarcell ialah 100KW. Keenam generator Diesel yang ada
memiliki kapasitas 2.6MW dengan faktor daya 0,8. Dua turbin angin yang ada pada
sistem memiliki kapasitas 2MW dengan faktor daya kesatuan. Tarshan dan Chesan
dihubungkan oleh dua jalur transmisi sepanjang 21km. bus2201 dan bus2202
dihubungkan oleh jalur transmisi 5.3km dan dari bus 2202 sampai bus2203
dihubungkan oleh jalur transmisi 9.25km. Dua jalur transmisi sepanjang 5 km
menghubungkan bus 2203 sampai bus 2204 yang terletak di Cheshan. Dari Tarshan
ke Chilin ada tiga jalur transmisi dengan panjang 3.5km, 8.4km dan 3.4km. bus
1101 dan bus 1102 yang memiliki total beban 5.45MW, untuk bus 1103 dan bus
1104 yang memiliki total beban sebesar 14.17MW. Untuk bus 1105 dan bus 1106
yang memiliki total beban sebesar 9.63MW, untuk bus 1107 dan bus 1108 memiliki
total beban sebesar 2.085MW. Dan terakhir bus 3311 dan bus 3312 yang memiliki
beban 1.975MW. Semua beban yang ada memiliki faktor daya 0,99.
27
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Diagram sistem tenaga dari big kinmen island dan small kinmen island
29
Universitas Sumatera Utara
Variabel yang Diamati
1. Tegangan sistem
(V)
2. Frekuensi sistem
(f)
3. Rating breaker
(A)
4. Waktu terjadi tegangan re-striking
(s)
Prosedur Penelitian
Start
Pengambilan Data Tegangan dari Sistem
Tegangan Listrik Pulau Kinmen
Perancangan Diagram pada Simulink
Masukkan Data Beban,
Parameter Generator dan
Paramater Saluran
Jalankan Analisis Sistem
Tampilkan keluaran berupa
grafik
Catat Data dan Tarik Kesimpulan
Stop
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
30
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan diagram alir penelitian pada gambar 3.2, langkah-langkah
penelitian adalah sebagai berikut:
1. Pengambilan Data
Data yang dibutuhkan diambil dari referensi yang ditentukan penulis yaitu
meliputi:
a. Diagram sistem tenaga dari pulau kinmen besar dan kecil
b. Jarak panjang transmisi yang ada
c. Total beban yang ada dari masing-masing beban
d. Rating tegangan pada jaringan transmisi dan pembangkit
e. Faktor daya
Sedangkan untuk rating generator akan disesuaikan dengan besarnya
kecepatan angin yang digunakan.
2. Perancangan diagram sistem tenaga pada seluruh pulau kinmen
Membuat model simulasi diagram alir sistem tenaga pada pulau kinmen
dilakukan pada software matlab-simulink. Pemodelannya meliputi:
a. Pemodelan turbin angin
b. Pemodelan solar cell menggunakan MPPT dengan metode incremental
ditambah dengan regulator internal.
c. Pemodelan generator
3. Melakukan pengaturan kontrol MPPT
Melakukan pengaturan kontrol MPPT akan dilakukan dengan perbandingan
perbedaan sinyal error yang dikontrol menggunakan logika fuzzy.
4. Mensimulasikan model sistem tenaga listrik pulau Kinmen
31
Universitas Sumatera Utara
Mensimulasikan model sistem tenaga listrik pada pulau kinmen besar dan
kecil akan dilakukan dengan dua model yaitu yang pertama dengan
melakukan perbandingan antara terjadinya pemutusan jaringan dan
generator pada gabungan antara pulau kinmen besar dan kecil. Yang kedua
dengan melakukan perbandingan antara terjadinya pemutusan dan tidak
terjadinya pemutusan pada sistem jaringan dan generator yang terjadi hanya
pada pulau kinmen besar saja.
5. Mencatat Data Keluaran
Data yang akan dicatat dan diteliti adalah berupa karakteristik tegangan,
sebelum dilakukan pemutusan dan sesudah dilakukan pemutusan pada
gabungan antara kedua pulau kinmen dan pada pulau kinmen besar saja.
6. Menganalisis Hasil Akhir
Pada tahapan ini membandingkan perubahan tegangan yang ada pada
simulasi yaitu sistem tenaga listrik pada saat tegangan, arus, dan daya pada
saat sistem dijalankan pada 2 detik pertama dan dilakukan pemutusan
setelah 2 detik sampai 3 detik sistem dijalankan dan apakah hasil akhir pada
perbandingan tegangan sesuai yang diharapkan atau tidak.
7. Menampilkan Hasil dan Menarik Kesimpulan
Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah hasil keluaran yang didapat
berupa pernbandingan antara sistem tenaga listrik yang belum melakukan
pemutusan dan sesudah melakukan pemutusan dengan harapan apakah
sistem yang ada dapat berjalan stabil apabila setelah dilakukan pemutusan.
32
Universitas Sumatera Utara
4. BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
Umum
MATLAB (Matrix Laboratory) merupakan suatu program komputer yang
bisa memecahkan berbagai masalah matematis yang kerap ditemui dalam bidang
teknis. Matlab dapat dimanfaatkan untuk menemukan solusi dari berbagai masalah
numerik secara cepat dan tepat, mulai dari masalah yang sederhana hingga masalah
yang kompleks. Salah satu aspek yang sangat berguna dari program matlab adalah
kemampuannya menggambarkan berbagai jenis grafik, sehingga pengguna dapat
menvisualisasikan data dan fungsi yang kompleks. Dalam program matlab juga
dilengkapi dengan Simulink, yaitu perangkat lunak yang digunakan dalam
permodelan, simulasi, juga menganalisis sistem dinamis. Mendukung sistem linier
dan nonlinier, dapat dimodelkan dalam waktu kontinu, waktu sampel atau hibrida
dari keduanya. Sistem ini juga dapat multirate yaitu memiliki bagian yang berbeda
dari apa yang dicontohkan atau diperbaharui pada tingkat yang berbeda.
Program Simulink akan membantu pengguna untuk dapat membangun
suatu model dari awal, atau pengambilan model yang sudah ada kemudian
melakukan modifikasi untuk melakukan eksplorasi model non linier dengan lebih
realistis.
Model Rangkaian
Berikut adalah model rangkaian yang digunakan pada penelitian ini.
33
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Model Rangkaian Simulasi Sistem Tenaga Pada Pulau Kinmen
Data dan Diagram Simulasi
Pada tugas akhir ini, penulis menggunakan rangkaian sistem tenaga dari pulau
kinmen besar dan pulau kinmen kecil. Berikut adalah tabel data dan model
rangkaian yang digunakan pada simulasi ini.
Tabel 4.1 Data Sistem Tenaga Pada Pulau Kinmen Besar
Generator
Rating Daya
Faktor Daya
8 generator tarshan
6,8MW
0,8 dan 0,85
2 turbin angin
2MW
1
6 solar cell
100KW
1
Bus
Beban
Faktor Daya
1103 dan 1104
14,17MW
0,99
1105 dan1106
9,63MW
0,99
1107 dan 1108
2,085MW
0,99
34
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Model Rangkaian Simulasi Pulau Kinmen Besar
Tabel 4.2 Data Sistem Tenaga Pada Pulau Kinmen Kecil
Bus
Beban
Faktor Daya
1101 dan1102
5,45MW
0,99
3311 dan 3312
9,63MW
0,99
Gambar 4.3 Model Rangkaian Simulasi Pulau Kinmen Kecil
35
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Data generator pada wilayah Tarshan dan Xia-xin
Kapasitas
MVA
MW
Generator
Rpm
Pf
Bagian 1
Gen1-4
10.181
7.909
514
0.8
Bagian 2
Gen5-8
9.706
8.250
600
0.85
1
2
3
4~6
3.96
3.96
4.39
4.36
3.168
3.168
3.512
3.488
600
0.8
Tarshan
Xia-Xin
Gambar 4.4 Rangkaian Generator Pada Wilayah Tarshan Dan Xia-Xin
Dengan data dan model rangkain diatas, maka dapat dibuat model rangkaian
untuk mensimulasikan menggunakan software matlab-simulink.
36
Universitas Sumatera Utara
Pemutusan jaringan dan generator pada pulau Kinmen
Pada percobaan ini, akan dilakukan pemutusan jaringan dan generator pada
pulau kinmen, dimana pemutusan jaringan akan dilakukan pada jaringan yang
terletak diantara bus 2202 dan bus 2203.
Gambar 4.5 Letak Breaker Diantara Bus 2202 Dan Bus 2203
Dan pemutusan generator akan dilakukan dengan meletakkan pemutus pada
turbin angin.
Gambar 4.6 Letak Breaker Pada Turbin Angin
Generator energi terbarukan memiliki begitu banyak parameter yang harus
terus diperiksa sepanjang waktu terhadap pendingin hydrogen (jika digunakan).
37
Universitas Sumatera Utara
Hasil dan Simulasi
Perhitungan Rating Circuit Breaker
CB (Circuit Breaker) adalah alat yang berfungsi untuk memutus hubungan
listrik yang bekerja secara otomatis apabila ada arus atau beban lebih yang melebihi
kapasitas nominal dari CB tersebut. Misalnya jika terjadi short circuit atau hubung
pendek atau konslet (karena pada saat terjadi short, arus listrik akan melonjak naik),
maka CB akan jatuh / trip atau mati dengan sendirinya atau secara otomatis.
CB terdapat berbagai jenis untuk berbagai macam kebutuhan pemutusan arus
listrik. Menurut phasa, ada 1 phasa, 2 phasa, 3 phasa, dan menurut jenis peralatan
yang akan diproteksi misal: instalasi motor 3phasa, instalasi tenaga, dan lain-lain,
masing-masing berbeda jenis dan ratingnya.
Untuk sisi generator, nilai arus nominal untuk pemutus tenaga ialah
=
=
√ . � . � �∅
√ .
= ,
,
�
, �
�
.
Menurut PUIL, rating CB ditentukan dengan melakukan perkalian 125%. Sehingga
rating CB pada sisi generator ialah :
= ,
= ,
� ,
�
38
Universitas Sumatera Utara
Maka arus nominal pada pada rating CB ialah 5,5 KA. Ini dilakukan karena
arus nominal pada rating CB harus lebih besar daripada arus yang dibutuhkan oleh
peralatan yang terhubung.
Untuk sisi jaringan, nilai arus nominal untuk arus pemutus ialah :
=
=
√ . � . � �∅
√ .
= ,
,
�
, �
�
. ,
Menurut PUIL, rating CB ditentukan dengan melakukan perkalian 125%.
Sehingga rating CB pada sisi generator ialah :
= , � ,
= ,
�
Maka arus nominal pada pada rating CB ialah 3,5 KA. Ini dilakukan karena
arus nominal pada rating pemutus tenaga harus lebih besar daripada arus yang
dibutuhkan oleh peralatan yang terhubung.
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-t) Pada Saat Sistem
Berjalan Normal
Pada percobaan ini kita akan melihat tegangan yang keluar agar dapat
mengetahui karakteristik tegangan terhadap waktu (V-t) pada saat sistem pada
simulasi berjalan normal.
39
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7 Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-T) Pada Saat
Sistem Berjalan Normal
Didapat nilai tegangan keluaran stabil antara detik ke 1 sampai detik ke 3,
dimana tegangan keluaran adalah diantara -1,2 pu sampai 1,2 pu dan berhenti pada
0,167 pu atau 3,807KV.
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-t) Pada Saat Sesudah
Terjadi Pemutusan
Pada percobaan ini, kita akan melihat perbedaan karakteristik tegangan yang
keluar pada saat sesudah terjadi pemutusan dengan membandingkan antara
gabungan dua pulau dan pulau kinmen besar saja. Simulasi dilakukan dengan waktu
3 detik.
40
Universitas Sumatera Utara
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu (V-t) Saat Pemutusan
Jaringan Pada Gabungan Dua Pulau dan Pulau Kinmen Besar
Pada Percobaan ini, akan dilakukan pemutusan jaringan antara gabungan dua
pulau dan pulau kinmen saja untuk mengetahui perbandingan kurva karakteristik
V-t.
Gambar 4.8 Pemutusan Jaringan Pada Pulau Kinmen Besar
Dari Gambar 4.8 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,15 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,15 – 0,73 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
0,73 – 3 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal.
41
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Pemutusan Jaringan Gabungan Dua Pulau
Dari data yang diperoleh dari Kinmen Power Company, didapat parameter
sebagai berikut :
V = 22,8 KV, L = 4 x 10-4 H, C = 2,2158 x 10-6 F
Tegangan puncak re striking pada kontak-kontak breaker
Nilai tegangan maksimum phasa ke netral
� max = √ ×
√
,
= 18,6 KV
Tegangan puncak re striking = 2 . E max = 37,2 KV
Frekuensi osilasi
=
√ �
42
Universitas Sumatera Utara
=
�√ ,
=
,
=
×
,
−
×
−9
�
Tegangan puncak re striking terjadi pada waktu t
t=
×
t= √ �
t= √ ,
×
t = 93,7 μ detik
−
Tegangan puncak re striking rata-rata
=
=
�
max
���
,
, μ
���
���
�
tik
= 397 x 103 KV/ detik
Jadi tegangan re striking yang timbul dalam 1 detik ialah 397 x 103 KV
43
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 4.9 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,12 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,12 – 1,01 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
1,01 – 2 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal. Pada saat 2-3 detik
grafik tegangan mengalami keadaan tidak stabil karena mengalami pemutusan.
Pada pemutusan yang dilakukan pada pulau Kinmen Besar saja, didapat nilai
keluaran tegangan stabil pada detik ke 1 hingga detik ke 3 dan berhenti pada nilai
tegangan maksimum yaitu 0,158 atau 2,86KV. Pada pemutusan jaringan yang
dilakukan pada gabungan dua pulau yaitu pulau pulau Kinmen Besar dan pulau
Kinmen Kecil didapat berbeda dengan hasil tegangan keluaran pada pulau Kinmen
Besar. Sebelum sistem berjalan 2 detik, gelombang keluaran tegangan terhadap
waktu pada gabungan 2 pulau berjalan normal akan tetapi setelah 2 detik,
gelombang keluaran tegangan terhadap waktu berjalan tidak stabil dengan nilai
tegangan maksimum yang didapat sebesar 0,061 pu atau 1,39KV. Disini dapat
dilihat bahwa pemutusan jaringan pada pulau kinmen besar saja menghasilkan
gelombang keluaran tegangan yang jauh lebih stabil daripada gelombang keluaran
tegangan yang dihasilkan oleh pemutusan jaringan oleh gabungan dua pulau.
Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu(V-t) Saat Pemutusan
Generator Pada Gabungan Dua Pulau dan Pulau Kinmen Besar
Pada percobaan ini, akan dilakukan pemutusan generator antara gabungan
dua pulau dan pulau kinmen besar saja untuk mengetahui perbandingan kurva
karakteristik V-t.
44
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Pemutusan Generator Pada Pulau Kinmen Besar
Dari Gambar 4.10 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,185 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,185 – 0,81 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
0,81 – 3 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal.
45
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Pemutusan Generator Gabungan Dua Pulau
V = 11,4 KV, L = 2 x 10-4 H, C = 1,522 x 10-6 F
Tegangan puncak re striking pada kontak-kontak breaker
Nilai tegangan maksimum phasa ke netral
� max = √ ×
√
,
= 9,3 KV
Tegangan puncak re striking = 2 . E max = 18,6 KV
Frekuensi osilasi
=
√ �
=
=
�√ ,
,
×
×
−
−9
46
Universitas Sumatera Utara
=
,
�
Tegangan puncak re striking terjadi pada waktu t
t=
×
t= √ �
t= √ ,
×
t = 32,8 μ detik
−
Tegangan puncak re striking rata-rata
=
=
�
max
���
,
, μ
���
���
�
tik
= 567 x 103 KV/ detik
Jadi tegangan re striking yang timbul dalam 1 detik ialah 567 x 103 KV
Dari Gambar 4.11 keadaan sistem mengalami pemutusan jaringan kelistrikan
pada saat 2 detik. Pada 0 – 0,15 detik grafik tegangan mengalami keadaan sub
transien. Pada 0,15 – 1,12 detik grafik tegangan mengalami keadaan transien. Pada
1,12 – 2 detik grafik tegangan mengalami keadaan normal. Pada saat 2-3 detik
grafik tegangan mengalami keadaan tidak stabil karena mengalami pemutusan.
Pada pemutusan generator yang dilakukan pada pulau Kinmen besar saja,
didapat nilai keluaran tegangan stabil dari detik ke 1 hingga detik ke 3, dan berhenti
pada nilai tegangan maksimum yaitu 0,1168 pu atau 2,136KV. Pada pemutusan
generator yang dilakukan pada gabungan dua pulau yaitu pulau pulau Kinmen
Besar dan pulau Kinmen Kecil didapat berbeda dengan hasil tegangan keluaran
47
Universitas Sumatera Utara
pada pulau Kinmen Besar. Sebelum sistem berjalan 2 detik, gelombang keluaran
tegangan terhadap waktu pada gabungan 2 pulau berjalan normal akan tetapi setelah
2 detik, gelombang keluaran tegangan terhadap waktu berjalan tidak stabil dengan
nilai tegangan maksimum yang didapat sebesar 0,048 pu atau 1,094KV. Disini
dapat dilihat bahwa pemutusan jaringan pada pulau kinmen besar saja
menghasilkan gelombang keluaran tegangan yang jauh lebih stabil daripada
gelombang keluaran tegangan yang dihasilkan oleh pemutusan jaringan oleh
gabungan dua pulau.
48
Universitas Sumatera Utara
5. BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan
sebagai berikut:
1. Pada penelitian ini, diperoleh nilai tegangan maksimum pada keadaan
sistem berjalan normal yaitu pada 0,167 pu atau 3,807 kV.
2. Pada percobaan pemutusan jaringan yang dilakukan pada pulau Kinmen
Besar diperoleh nilai tegangan maksimum pada 0,125 pu atau 2,86 kV dan
pemutusan jaringan yang dilakukan pada gabungan dua pulau diperoleh
nilai tegangan maksimum pada 0,061 pu atau 1,39 kV.
3. Pada percobaan pemutusan generator yang dilakukan pada pulau kinmen
besar diperoleh nilai tegangan maksimum pada 0,1168 pu atau 2,136 kV
dan pemutusan generator yang dilakukan pada gabungan dua pulau
diperoleh nilai tegangan maksimum pada 0,048 pu atau 1,094 kV.
4. Pada percobaan ini didapat arus nominal pada generator sebesar 4,33 kA
dan pada jaringan didapat arus nominal sebesar 2,66 kA, dan rating pemutus
pada generator didapat 4,5 kA dan rating pemutus pada jaringan didapat 3
kA.
5. Pada percobaan ini menunjukkan bahwa sistem tenaga listrik pada pulau
Kinmen besar tidak mampu menopang beban pulau kinmen kecil
sepenuhnya maka 6 generator diesel yang ada pada pulau Kinmen Kecil
masih sangat dibutuhkan untuk memenuhi beban yang ada pada pulau
Kinmen Kecil.
49
Universitas Sumatera Utara
6. Pada percobaan pemutusan jaringan gabungan dua pulau kinmen
ditunjukkan bahwa waktu pertama kali terjadinya tegangan re striking ialah
93,7 μ detik, frekuensi setelah pemutusan sebesar ,
�, dan tegangan
re striking rata-rata pada pemutusan jaringan gabungan dua pulau ialah 397
x 103 KV.
7. Pada percobaan pemutusan generator gabungan dua pulau kinmen
ditunjukkan bahwa waktu pertama kali terjadinyan tegangan re striking
ialah 32,8μ detik, frekuensi setelah pemutusan sebesar
,
�, dan
tegangan re striking rata-rata pada pemutusan generator gabungan dua pulau
ialah 567 x 103 KV.
Saran
Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah
sebagai berikut :
1. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya dilakukan dengan lebih teliti
agar hasil keluaran tegangan lebih akurat.
2. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya dapat melanjutkan penelitian
ini dengan melakukan metode yang berbeda.
3. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya menggunakan metode MPPT
lainnya yang lebih baik dan akurat untuk pengontrolan daya pada solar cell
(photovoltaic) dan turbin angin
50
Universitas Sumatera Utara