-
i
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
-
ii
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
iv
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
v
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 tahapan-
tahapan 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 2-
9 detik setelah terjadi gangguan tegantung pada besar kelebihan
beban pada
sistem tenaga listrik.
Kata Kunci : kestabilan transien, pelepasan beban, frekuensi,
pembangkit,
ETAP.
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
vi
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.
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
vii
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
sebesar-
besarnya 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.
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
viii
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
ix
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
x
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xi
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xii
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xiii
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xiv
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xv
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xvi
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xvii
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xviii
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016
-
xix
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
Analisa Dan Simulasi …, Yoga Yunarto, Fakultas Teknik UMP,
2016