ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN DENGAN PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK PT. INDO BHARAT RAYON - repository perpustakaan
ANALISA DAN SIMULASI STABILITAS TRANSIEN
DENGAN PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM
PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
PT. INDO BHARAT RAYON
SKRIPSI
diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
YOGA YUNARTO
1203030009
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
AGUSTUS 2016
i
ii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
iii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama
: YOGA YUNARTO
NIM
: 1203030009
Prodi
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknik
Universitas
: Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi ini adalah hasil karya
sendiri (ASLI) bukan hasil penjiplakan dari hasil karya orang lain dan tugas akhir
ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh
gelar akademis di Institusi Pendidikan.
Demikian surat pernyataan ini saya buat, dan apabila kelak dikemudian
hari terbukti ada unsur penjiplakan maka saya bersedia mempertanggungjawabkan
sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
Purwokerto,
Agustus 2016
Yang menyatakan
iv
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
INTISARI
Pada sistem tenaga listrik, frekuensi merupakan indikator dari keseimbangan
antara daya yang dibangkitkan dengan total beban sistem. Pada skirpsi ini akan
membahas dan mempelajari mengenai kestabilan transien akibat adanya
pelepasan beban pada sistem tenaga listrik PT.Indo Bharat Rayon yang memiliki
pembangkit listrik tenaga uap. Pelepasan beban dilakukan sebagai usaha
memperbaiki kestabilan sistem yang terganggu akibat beban lebih. Pelepasan
beban diharapkan dapat memulihkan frekuensi dengan cepat. Terdapat tahapantahapan yang dapat ditentukan dalam pelepasan beban. Untuk membuktikan
kefektifan dari skema pelepasan beban, dibuatlah simulasi generator lepas yang
menghasilkan ketidakseimbangan daya aktif antara daya yang dibangkitkan
dengan daya yang dibutuhkan beban. Simulasi ini akan dilakukan menggunakan
perangkat lunak ETAP 12.6. Dari simulasi, frekuensi sistem dapat pulih sekitar 29 detik setelah terjadi gangguan tegantung pada besar kelebihan beban pada
sistem tenaga listrik.
Kata Kunci
: kestabilan transien, pelepasan beban, frekuensi, pembangkit,
ETAP.
v
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
ABSTRACT
In power system, the frequency is an indicator of the balance between the power
generated by the system load. This final report will discuss and learn about
transient stability due to the release of the load shedding on the power system
PT.Indo Bharat Rayon which has a steam power plant. Load shedding is carried
out as an effort to restore disturbance system stablity because of overload
condition. load shedding frequency is expected to restore generator quickly. There
are steps that can be specified in load shedding. To prove the effectiveness of
under frequency load shedding scheme, the final report makes some simulation
generators shed to make unbalance active power generation distric and load
distric. These simulations will be performed using ETAP 12.6. From the
simulation, the system frequency is able to recover about 2-9 seconds after
disturbance depends on magnitude of overload on the power system.
Keywords : transient stability, load shedding, frequency, power plant, ETAP.
vi
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
atas rahmat serta kuasa-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini.
Mulai dari proses pembelajaran dan analisa yang telah dijalani. Shalawat serta
salam semoga selalu tercurah kepada Baginda Besar Nabi Muhammad SAW.
Penulisan skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh
gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Purwokerto. Judul yang penulis ajukan adalah “Analisa dan
Simulasi Stabilitas Transien dengan Pelepasan Beban pada Pembangkit Tenaga
Listrik PT. Indo Bharat Rayon”.
Tak lupa penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah serta inayah-Nya, sehingga
dapat
menyelesaikan
Tugas
Akhir
Teknik
Elektro Universitas
Muhammadiyah Purwokerto.
2. Kedua orang tua dan keluarga, yang senatiasa mendukung dan
mendoakan selama skipsi dilaksanakan.
3. Bapak Winarso selaku ketua program studi dan pembimbing yang selalu
mengarahkan mahasiswanya untuk menjadi pribadi yang sukses.
vii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
4. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan sebagai pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam
penyusunan dan penulisan skripsi ini.
5. Bapak Hendra Ardyansyah Selaku Eletrician engineering power plant
PT. Indo Bharat Rayon yang telah mengijinkan saya untuk melakukan
penelitian serta memberikan arahan saat pengambilan data.
6. Seluruh keluarga besar Program studi Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Purwoketo yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu
Akhir kata saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala
kebaikan semua pihak yang telah membantu semoga skripsi ini dapat bermanfaat
bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Purwokerto, Agustus 2016
Yoga Yunarto
viii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................................
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... iii
INTISARI................................................................................................................ v
ABSTRACT ........................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ixiv
DAFTAR TABEL .............................................................................................. ixvii
BAB I ...................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1.
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2.
Perumusan masalah .................................................................................. 2
1.3.
Faedah Yang Diharapkan ......................................................................... 3
1.4.
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.5.
Batasan Masalah ....................................................................................... 3
ix
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
1.6.
Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB II ..................................................................................................................... 6
LANDASAN TEORI .............................................................................................. 6
2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 6
2.2 Sistem Tenaga Listrik .................................................................................... 7
2.2.1 Generator Sinkron ................................................................................... 9
2.2.2 Mekanisme Kerja PLTU ....................................................................... 12
2.3 Gangguan Beban Lebih ............................................................................... 15
2.3.1. Penanggulangan Untuk Beban Lebih .................................................. 16
2.3.2 Hubungan Antara Frekuensi dan Daya Aktif ....................................... 17
2.3.3 Kestabilan Transien Pada Sistem Tenaga ............................................. 20
2.4 Pelepasan Beban .......................................................................................... 23
2.4.1 Akibat Beban Lebih pada Sistem Tenaga Listrik ................................. 24
2.4.2 Pelepasan Beban Akibat Penurunan Frekuensi .................................... 25
2.4.3 Syarat Pelepasan Beban ........................................................................ 27
2.5 Penurunan Frekuensi Akibat Beban Lebih .................................................. 28
2.5.1 Laju Penurunan Frekuensi ........................................................................ 29
2.5.2 Pengaruh Konstanta Inersia Terhadap Penurunan Frekuensi ............... 30
2.5.3 Pengaruh Kelebihan Beban ................................................................... 32
2.6 Standar Frekuensi Kerja Generator Turbin Uap .......................................... 32
x
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
2.7 Pengaturan Under Frequency Relay ............................................................ 34
2.7.1 Perkiraan Tahapan Frekuensi Acuan .................................................... 35
2.7.2 Koordinasi Under Frequency Relay dan Pemutus Tenaga ................... 40
2.7.3 Pengaturan waktu tunda ........................................................................ 40
2.8 Prioritas Beban ............................................................................................ 41
2.8.1 Jenis Beban yang Dilepaskan ............................................................... 41
2.9 Etap (Electrical Transient and Analysis Program) ..................................... 43
2.9.1 Analisa Kestabilan Kondisi Transien ................................................... 45
BAB III ................................................................................................................. 47
METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 47
3.1 Waktu Penelitian ......................................................................................... 47
3. 2 Objek Penelitian ......................................................................................... 47
3.3 Metode penelitian ........................................................................................ 47
3.3.1 Medote Kepustakaan............................................................................. 47
3.3.2 Simulasi ................................................................................................ 48
3.3.3 Skenario ................................................................................................ 48
3.3.4 Analisa sistem ....................................................................................... 48
3.4 Alat dan bahan ............................................................................................. 48
3.4.1 Alat penelitian ....................................................................................... 48
3.4.2 Bahan Penelitian ................................................................................... 49
xi
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
3.5 Jalan Penelitian ............................................................................................ 50
3.6 Sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon ............................................. 53
3.6.1 Unit Bisnis PT.Indo Bharat Rayon ....................................................... 53
3.6.2 Sistem Tenaga Listrik ........................................................................... 53
3.6.3 Sistem Pembangkit Listrik .................................................................... 54
3.6.4 Sistem Transmisi Dan Distribusi .......................................................... 56
3.6.5 Jenis Beban Pada sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon .......... 57
3.7 Peracangan Skenario Pelepasan Beban ....................................................... 58
3.7.1 Desain Diagram Satu Garis................................................................... 58
3.7.2 Skenario Kombinasi Generator Lepas ................................................. 59
3.7.3 Beban Yang Dilepas ............................................................................. 59
3.7.4 Tahap Frekuensi kerja........................................................................... 61
3.7.5 Pengaturan Under Frequency Relay Pada Perangkat Lunak ETAP ..... 62
BAB IV ................................................................................................................. 64
SIMULASI DAN ANALISA ................................................................................ 64
4.1 Hasil Simulasi Skenario Pelepasan Beban .................................................. 64
4.1.1 TG-1 Lepas .......................................................................................... 65
4.1.2 TG-3 Lepas .......................................................................................... 69
4.1.3 Suplai PLN Lepas ................................................................................ 72
4.1.4 TG-1 dan TG-2 Lepas ......................................................................... 75
xii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
4.1.5 TG-2 dan TG-3 Lepas ......................................................................... 81
4.1.6 TG-2 dan Suplai PLN Lepas ............................................................... 86
4.1.7 TG-3 dan Suplai PLN Lepas ............................................................... 88
4.1.8 TG-2, TG-3 dan Suplai PLN Lepas .................................................... 91
4.1.9 TG-1, TG-2 dan Suplai PLN Lepas .................................................... 93
BAB V................................................................................................................... 98
KESIMPULAN ..................................................................................................... 98
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 98
5.2 Saran .......................................................................................................... 101
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 102
LAMPIRAN ........................................................................................................ 104
xiii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian ekuivalen generator sinkron .............................................10
Gambar 2.2 Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap .......................................13
Gambar 2.3 ANSI/IEEE C37-106-2003 standar frekuensi kerja ..........................33
Gambar 2.4 User interface perangkat Etap 12.6 ....................................................44
Gambar 3.1 Diagram alir jalan penelitian .............................................................51
Gambar 3.2 Diagram Alir Simulasi Pelepasan Beban Menggunakan perangka
ETAP ...............................................................................................52
Gambar 3.3 Peta Substation PT. Indo bharat rayon ..............................................57
Gambar 4.1 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-1 lepas ...................................66
Gambar 4.2 Perubahan daya aktif generator TG-2,dan TG-3 sebelum dan
setelah gangguan TG-1 lepas ...........................................................66
Gambar 4.3 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator
TG-1 lepas ........................................................................................67
Gambar 4.4 Suplai daya aktif sebelum terjadi gangguan ......................................67
Gambar 4.5 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban .....................................69
Gambar 4.6 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-3 lepas ...................................70
xiv
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Gambar 4.7 Perubahan daya aktif generator TG-1,dan TG-2 sebelum dan
setelah gangguan TG-3 lepas ...........................................................70
Gambar 4.8 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-3 lepas ........................................................................................71
Gambar 4.9 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban ....................................72
Gambar 4.10 Datar aksi stabilitas transien saat suplai PLN lepas .........................73
Gambar 4.11 Perubahan daya aktif Generator TG-1, TG-2,dan TG-3 sebelum
dan setelah gangguan Suplai PLN Lepas .........................................73
Gambar 4.12 Perubahan Frekuensi Sebelum dan setelah gangguan Suplai PLN
lepas .................................................................................................73
Gambar 4.13 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1 dan TG-2 lepas .75
Gambar 4.14 Perubahan daya aktif generator TG-3 sebelum dan setelah
gangguan TG-1 dan TG-2 lepas .......................................................76
Gambar 4.15 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-1 dan
TG-2 lepas ........................................................................................76
Gambar 4.16 Suplai PLN Setelah Adanya Pelepasan Beban ................................78
Gambar 4.17 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali ...............79
Gambar 4.18 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ..............79
Gambar 4.19 Perubahan suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali ..........80
Gambar 4.20 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .....................80
Gambar 4.21 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan TG-3
lepas ..................................................................................................81
xv
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Gambar 4.22 Perubahan daya aktif generator TG-1 sebelum dan
setelah gangguan TG-2 dan TG-3 lepas .......................................... 82
Gambar 4.23 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-2 dan
TG-3 lepas........................................................................................ 82
Gambar 4.24 Perubahan frekuensi sistem setelah beban dihubungkan kembali .. 83
Gambar 4.25 Perubahan Suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali .......... 84
Gambar 4.26 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .................... 85
Gambar 4.27 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ............. 85
Gambar 4.28 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan suplai PLN
lepas ................................................................................................. 86
Gambar 4.29 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-3 sebelum dan setelah
gangguan generator TG-2 dan suplai PLN lepas ............................. 87
Gambar 4.30 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-2 dan suplai PLN lepas .............................................................. 87
Gambar 4.31 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-3 dan suplai PLN
lepas ................................................................................................. 89
Gambar 4.32 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-2 sebelum dan setelah
gangguan generator TG-3 dan suplai PLN lepas ............................. 89
Gambar 4.33 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-3 dan suplai PLN lepas .............................................................. 90
xvi
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Gambar 4.34 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2, TG-3 dan suplai
1PLN lepas ....................................................................................... 91
Gambar 4.35 Perubahan daya aktif Generator TG-1 sebelum dan setelah
gangguan generator TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas .................. 92
Gambar 4.36 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas ................................................... 92
Gambar 4.37 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1, TG-3 dan
suplai PLN lepas .............................................................................. 94
Gambar 4.38 Perubahan daya aktif generator TG-3 Sebelum dan setelah
gangguan generator TG-1, TG-2 dan suplai PLN lepas .................. 94
Gambar 4.39 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator
TG-2, TG-1 dan suplai PLN lepas ................................................... 95
Gambar 4.40 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ............. 96
Gambar 4.41 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .................... 96
Gambar 4.42 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali .............. 97
xvii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kapasitas Generator PT. Indo Bharat Rayon .........................................55
Tabel 3.2 Skenario Generator Lepas ......................................................................59
Tabel 3.3 Skema Beban yang dilepas PT.Indo Bharat Rayon ..............................60
Tabel 3.4 Hasil Perkiraan Frekuensi Trip ..............................................................62
Tabel 3.5 Frekuensi Acuan Skema Pelepasan Beban Akibat Frekuensi Rendah
Hasil Perhitungan ................................................................................62
Tabel 3.6 Pengaturan Under Frequency Relay pada ETAP 12.6 ...........................63
Tabel 4.1 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 Lepas ..............65
Tabel 4.2 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 Lepas ..............69
Tabel 4.3 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Suplai PLN Lepas................72
Tabel 4.4 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 dan TG2
Lepas ...................................................................................................75
Tabel 4.5 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik KetikaTG-2 dan TG-3
Lepas ...................................................................................................81
Tabel 4.6 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2 dansuplai
PLN
Lepas ...................................................................................................86
xviii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Tabel 4.7 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 suplai PLN
Lepas ...................................................................................................88
Tabel 4.8 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2,TG-3 suplai PLN
Lepas ...................................................................................................91
Tabel 4.9 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1,TG-2 suplai PLN
Lepas ...................................................................................................93
xix
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DENGAN PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM
PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
PT. INDO BHARAT RAYON
SKRIPSI
diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
YOGA YUNARTO
1203030009
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
AGUSTUS 2016
i
ii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
iii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama
: YOGA YUNARTO
NIM
: 1203030009
Prodi
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknik
Universitas
: Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi ini adalah hasil karya
sendiri (ASLI) bukan hasil penjiplakan dari hasil karya orang lain dan tugas akhir
ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh
gelar akademis di Institusi Pendidikan.
Demikian surat pernyataan ini saya buat, dan apabila kelak dikemudian
hari terbukti ada unsur penjiplakan maka saya bersedia mempertanggungjawabkan
sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
Purwokerto,
Agustus 2016
Yang menyatakan
iv
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
INTISARI
Pada sistem tenaga listrik, frekuensi merupakan indikator dari keseimbangan
antara daya yang dibangkitkan dengan total beban sistem. Pada skirpsi ini akan
membahas dan mempelajari mengenai kestabilan transien akibat adanya
pelepasan beban pada sistem tenaga listrik PT.Indo Bharat Rayon yang memiliki
pembangkit listrik tenaga uap. Pelepasan beban dilakukan sebagai usaha
memperbaiki kestabilan sistem yang terganggu akibat beban lebih. Pelepasan
beban diharapkan dapat memulihkan frekuensi dengan cepat. Terdapat tahapantahapan yang dapat ditentukan dalam pelepasan beban. Untuk membuktikan
kefektifan dari skema pelepasan beban, dibuatlah simulasi generator lepas yang
menghasilkan ketidakseimbangan daya aktif antara daya yang dibangkitkan
dengan daya yang dibutuhkan beban. Simulasi ini akan dilakukan menggunakan
perangkat lunak ETAP 12.6. Dari simulasi, frekuensi sistem dapat pulih sekitar 29 detik setelah terjadi gangguan tegantung pada besar kelebihan beban pada
sistem tenaga listrik.
Kata Kunci
: kestabilan transien, pelepasan beban, frekuensi, pembangkit,
ETAP.
v
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
ABSTRACT
In power system, the frequency is an indicator of the balance between the power
generated by the system load. This final report will discuss and learn about
transient stability due to the release of the load shedding on the power system
PT.Indo Bharat Rayon which has a steam power plant. Load shedding is carried
out as an effort to restore disturbance system stablity because of overload
condition. load shedding frequency is expected to restore generator quickly. There
are steps that can be specified in load shedding. To prove the effectiveness of
under frequency load shedding scheme, the final report makes some simulation
generators shed to make unbalance active power generation distric and load
distric. These simulations will be performed using ETAP 12.6. From the
simulation, the system frequency is able to recover about 2-9 seconds after
disturbance depends on magnitude of overload on the power system.
Keywords : transient stability, load shedding, frequency, power plant, ETAP.
vi
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
atas rahmat serta kuasa-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini.
Mulai dari proses pembelajaran dan analisa yang telah dijalani. Shalawat serta
salam semoga selalu tercurah kepada Baginda Besar Nabi Muhammad SAW.
Penulisan skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh
gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Purwokerto. Judul yang penulis ajukan adalah “Analisa dan
Simulasi Stabilitas Transien dengan Pelepasan Beban pada Pembangkit Tenaga
Listrik PT. Indo Bharat Rayon”.
Tak lupa penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah serta inayah-Nya, sehingga
dapat
menyelesaikan
Tugas
Akhir
Teknik
Elektro Universitas
Muhammadiyah Purwokerto.
2. Kedua orang tua dan keluarga, yang senatiasa mendukung dan
mendoakan selama skipsi dilaksanakan.
3. Bapak Winarso selaku ketua program studi dan pembimbing yang selalu
mengarahkan mahasiswanya untuk menjadi pribadi yang sukses.
vii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
4. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan sebagai pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam
penyusunan dan penulisan skripsi ini.
5. Bapak Hendra Ardyansyah Selaku Eletrician engineering power plant
PT. Indo Bharat Rayon yang telah mengijinkan saya untuk melakukan
penelitian serta memberikan arahan saat pengambilan data.
6. Seluruh keluarga besar Program studi Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Purwoketo yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu
Akhir kata saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala
kebaikan semua pihak yang telah membantu semoga skripsi ini dapat bermanfaat
bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Purwokerto, Agustus 2016
Yoga Yunarto
viii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................................
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... iii
INTISARI................................................................................................................ v
ABSTRACT ........................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ixiv
DAFTAR TABEL .............................................................................................. ixvii
BAB I ...................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1.
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2.
Perumusan masalah .................................................................................. 2
1.3.
Faedah Yang Diharapkan ......................................................................... 3
1.4.
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.5.
Batasan Masalah ....................................................................................... 3
ix
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
1.6.
Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB II ..................................................................................................................... 6
LANDASAN TEORI .............................................................................................. 6
2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 6
2.2 Sistem Tenaga Listrik .................................................................................... 7
2.2.1 Generator Sinkron ................................................................................... 9
2.2.2 Mekanisme Kerja PLTU ....................................................................... 12
2.3 Gangguan Beban Lebih ............................................................................... 15
2.3.1. Penanggulangan Untuk Beban Lebih .................................................. 16
2.3.2 Hubungan Antara Frekuensi dan Daya Aktif ....................................... 17
2.3.3 Kestabilan Transien Pada Sistem Tenaga ............................................. 20
2.4 Pelepasan Beban .......................................................................................... 23
2.4.1 Akibat Beban Lebih pada Sistem Tenaga Listrik ................................. 24
2.4.2 Pelepasan Beban Akibat Penurunan Frekuensi .................................... 25
2.4.3 Syarat Pelepasan Beban ........................................................................ 27
2.5 Penurunan Frekuensi Akibat Beban Lebih .................................................. 28
2.5.1 Laju Penurunan Frekuensi ........................................................................ 29
2.5.2 Pengaruh Konstanta Inersia Terhadap Penurunan Frekuensi ............... 30
2.5.3 Pengaruh Kelebihan Beban ................................................................... 32
2.6 Standar Frekuensi Kerja Generator Turbin Uap .......................................... 32
x
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
2.7 Pengaturan Under Frequency Relay ............................................................ 34
2.7.1 Perkiraan Tahapan Frekuensi Acuan .................................................... 35
2.7.2 Koordinasi Under Frequency Relay dan Pemutus Tenaga ................... 40
2.7.3 Pengaturan waktu tunda ........................................................................ 40
2.8 Prioritas Beban ............................................................................................ 41
2.8.1 Jenis Beban yang Dilepaskan ............................................................... 41
2.9 Etap (Electrical Transient and Analysis Program) ..................................... 43
2.9.1 Analisa Kestabilan Kondisi Transien ................................................... 45
BAB III ................................................................................................................. 47
METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 47
3.1 Waktu Penelitian ......................................................................................... 47
3. 2 Objek Penelitian ......................................................................................... 47
3.3 Metode penelitian ........................................................................................ 47
3.3.1 Medote Kepustakaan............................................................................. 47
3.3.2 Simulasi ................................................................................................ 48
3.3.3 Skenario ................................................................................................ 48
3.3.4 Analisa sistem ....................................................................................... 48
3.4 Alat dan bahan ............................................................................................. 48
3.4.1 Alat penelitian ....................................................................................... 48
3.4.2 Bahan Penelitian ................................................................................... 49
xi
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
3.5 Jalan Penelitian ............................................................................................ 50
3.6 Sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon ............................................. 53
3.6.1 Unit Bisnis PT.Indo Bharat Rayon ....................................................... 53
3.6.2 Sistem Tenaga Listrik ........................................................................... 53
3.6.3 Sistem Pembangkit Listrik .................................................................... 54
3.6.4 Sistem Transmisi Dan Distribusi .......................................................... 56
3.6.5 Jenis Beban Pada sistem Tenaga Listrik PT.Indo Bharat Rayon .......... 57
3.7 Peracangan Skenario Pelepasan Beban ....................................................... 58
3.7.1 Desain Diagram Satu Garis................................................................... 58
3.7.2 Skenario Kombinasi Generator Lepas ................................................. 59
3.7.3 Beban Yang Dilepas ............................................................................. 59
3.7.4 Tahap Frekuensi kerja........................................................................... 61
3.7.5 Pengaturan Under Frequency Relay Pada Perangkat Lunak ETAP ..... 62
BAB IV ................................................................................................................. 64
SIMULASI DAN ANALISA ................................................................................ 64
4.1 Hasil Simulasi Skenario Pelepasan Beban .................................................. 64
4.1.1 TG-1 Lepas .......................................................................................... 65
4.1.2 TG-3 Lepas .......................................................................................... 69
4.1.3 Suplai PLN Lepas ................................................................................ 72
4.1.4 TG-1 dan TG-2 Lepas ......................................................................... 75
xii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
4.1.5 TG-2 dan TG-3 Lepas ......................................................................... 81
4.1.6 TG-2 dan Suplai PLN Lepas ............................................................... 86
4.1.7 TG-3 dan Suplai PLN Lepas ............................................................... 88
4.1.8 TG-2, TG-3 dan Suplai PLN Lepas .................................................... 91
4.1.9 TG-1, TG-2 dan Suplai PLN Lepas .................................................... 93
BAB V................................................................................................................... 98
KESIMPULAN ..................................................................................................... 98
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 98
5.2 Saran .......................................................................................................... 101
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 102
LAMPIRAN ........................................................................................................ 104
xiii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian ekuivalen generator sinkron .............................................10
Gambar 2.2 Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap .......................................13
Gambar 2.3 ANSI/IEEE C37-106-2003 standar frekuensi kerja ..........................33
Gambar 2.4 User interface perangkat Etap 12.6 ....................................................44
Gambar 3.1 Diagram alir jalan penelitian .............................................................51
Gambar 3.2 Diagram Alir Simulasi Pelepasan Beban Menggunakan perangka
ETAP ...............................................................................................52
Gambar 3.3 Peta Substation PT. Indo bharat rayon ..............................................57
Gambar 4.1 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-1 lepas ...................................66
Gambar 4.2 Perubahan daya aktif generator TG-2,dan TG-3 sebelum dan
setelah gangguan TG-1 lepas ...........................................................66
Gambar 4.3 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator
TG-1 lepas ........................................................................................67
Gambar 4.4 Suplai daya aktif sebelum terjadi gangguan ......................................67
Gambar 4.5 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban .....................................69
Gambar 4.6 Daftar aksi stabilitas transien saat TG-3 lepas ...................................70
xiv
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Gambar 4.7 Perubahan daya aktif generator TG-1,dan TG-2 sebelum dan
setelah gangguan TG-3 lepas ...........................................................70
Gambar 4.8 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-3 lepas ........................................................................................71
Gambar 4.9 Suplai PLN setelah adanya pelepasan beban ....................................72
Gambar 4.10 Datar aksi stabilitas transien saat suplai PLN lepas .........................73
Gambar 4.11 Perubahan daya aktif Generator TG-1, TG-2,dan TG-3 sebelum
dan setelah gangguan Suplai PLN Lepas .........................................73
Gambar 4.12 Perubahan Frekuensi Sebelum dan setelah gangguan Suplai PLN
lepas .................................................................................................73
Gambar 4.13 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1 dan TG-2 lepas .75
Gambar 4.14 Perubahan daya aktif generator TG-3 sebelum dan setelah
gangguan TG-1 dan TG-2 lepas .......................................................76
Gambar 4.15 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-1 dan
TG-2 lepas ........................................................................................76
Gambar 4.16 Suplai PLN Setelah Adanya Pelepasan Beban ................................78
Gambar 4.17 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali ...............79
Gambar 4.18 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ..............79
Gambar 4.19 Perubahan suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali ..........80
Gambar 4.20 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .....................80
Gambar 4.21 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan TG-3
lepas ..................................................................................................81
xv
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Gambar 4.22 Perubahan daya aktif generator TG-1 sebelum dan
setelah gangguan TG-2 dan TG-3 lepas .......................................... 82
Gambar 4.23 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan TG-2 dan
TG-3 lepas........................................................................................ 82
Gambar 4.24 Perubahan frekuensi sistem setelah beban dihubungkan kembali .. 83
Gambar 4.25 Perubahan Suplai PLN setelah beban dihubungkan kembali .......... 84
Gambar 4.26 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .................... 85
Gambar 4.27 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ............. 85
Gambar 4.28 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2 dan suplai PLN
lepas ................................................................................................. 86
Gambar 4.29 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-3 sebelum dan setelah
gangguan generator TG-2 dan suplai PLN lepas ............................. 87
Gambar 4.30 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-2 dan suplai PLN lepas .............................................................. 87
Gambar 4.31 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-3 dan suplai PLN
lepas ................................................................................................. 89
Gambar 4.32 Perubahan daya aktif generator TG-1, dan TG-2 sebelum dan setelah
gangguan generator TG-3 dan suplai PLN lepas ............................. 89
Gambar 4.33 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-3 dan suplai PLN lepas .............................................................. 90
xvi
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Gambar 4.34 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-2, TG-3 dan suplai
1PLN lepas ....................................................................................... 91
Gambar 4.35 Perubahan daya aktif Generator TG-1 sebelum dan setelah
gangguan generator TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas .................. 92
Gambar 4.36 Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan generator
TG-2, TG-3 dan suplai PLN lepas ................................................... 92
Gambar 4.37 Daftar aksi stabilitas transien saat generator TG-1, TG-3 dan
suplai PLN lepas .............................................................................. 94
Gambar 4.38 Perubahan daya aktif generator TG-3 Sebelum dan setelah
gangguan generator TG-1, TG-2 dan suplai PLN lepas .................. 94
Gambar 4.39 Perubahan frekuensi Sebelum dan setelah gangguan generator
TG-2, TG-1 dan suplai PLN lepas ................................................... 95
Gambar 4.40 Perubahan daya aktif setelah beban dihubungkan kembali ............. 96
Gambar 4.41 Daftar aksi jumlah beban yang dihubungkan kembali .................... 96
Gambar 4.42 Perubahan frekuensi setelah beban dihubungkan kembali .............. 97
xvii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kapasitas Generator PT. Indo Bharat Rayon .........................................55
Tabel 3.2 Skenario Generator Lepas ......................................................................59
Tabel 3.3 Skema Beban yang dilepas PT.Indo Bharat Rayon ..............................60
Tabel 3.4 Hasil Perkiraan Frekuensi Trip ..............................................................62
Tabel 3.5 Frekuensi Acuan Skema Pelepasan Beban Akibat Frekuensi Rendah
Hasil Perhitungan ................................................................................62
Tabel 3.6 Pengaturan Under Frequency Relay pada ETAP 12.6 ...........................63
Tabel 4.1 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 Lepas ..............65
Tabel 4.2 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 Lepas ..............69
Tabel 4.3 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Suplai PLN Lepas................72
Tabel 4.4 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1 dan TG2
Lepas ...................................................................................................75
Tabel 4.5 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik KetikaTG-2 dan TG-3
Lepas ...................................................................................................81
Tabel 4.6 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2 dansuplai
PLN
Lepas ...................................................................................................86
xviii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Tabel 4.7 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-3 suplai PLN
Lepas ...................................................................................................88
Tabel 4.8 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-2,TG-3 suplai PLN
Lepas ...................................................................................................91
Tabel 4.9 Perubahan Prilaku Sistem Tenaga Listrik Ketika TG-1,TG-2 suplai PLN
Lepas ...................................................................................................93
xix
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP, 2016