BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.6. Kurva Ayunan Sistem IEEE 9 Bus dengan Metode RK Fehlberg
4.6.2. Pengaruh Penambahan Kompensasi Saluran Terhadap
Berikut ini adalah hasil simulasi kurva ayunan generator 2 dan 3 dari sistem IEEE 9 bus ketika menerapkan penambahan kompensasi saluran. Gangguan besar yang diterapkan dalam simulasi ini adalah gangguan 3 fasa simetris yang terjadi pada saluran 8-9 dekat bus 9.
1. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 20 %
Gambar 4.9. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 20% saat pemutusan gangguan 0.19 detik
Hasil simulasi gambar 4.9 menunjukkan kondisi sistem yang stabil ketika pemutusan gangguan dilakukan saat 0.19 detik dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 20%. Meskipun penambahan kompensasi saluran 20% tidak memberikan pengaruh terhadap waktu pemutusan kritis
gangguan, namun pemberian kompensasi ini memberikan perubahan ayunan sudut rotor generator. Ayunan sudut rotor kedua generator menjadi lebih
smooth dan lebih kecil dibandingkan sebelum dilakukan pemberian
kompensasi (gambar 4.7).
Ketika pemutusan gangguan dilakukan saat 0.20 detik, generator 3 mengalami out of step sehingga sistem menjadi tidak stabil seperti pada gambar 4.10 berikut.
Gambar 4.10. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 20% saat pemutusan gangguan 0.20 detik
Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan dari sistem IEEE 9 bus dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 20% adalah 0.19 – 0.20 detik.
2. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 30 %
Penambahan kompensasi saluran sebesar 30% memberikan perubahan terhadap waktu pemutusan kritis gangguan. Perubahan ini yaitu kenaikkan pada waktu pemutusan kritis gangguan sebesar 0.01 detik. Gambar 4.11 di
51
bawah ini adalah hasil simulasi kurva ayunan dengan waktu pemutusan 0.20 detik dan menggambarkan sistem yang masih stabil.
Gambar 4.11. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 30% saat pemutusan gangguan 0.20 detik
Dan apabila pemutusan gangguan dilakukan lebih dari 0.21 detik maka generator 3 mengalami kenaikkan sudut rotor hingga tak terbatas yang mengakibatkan generator 3 out of step dan sistem menjadi tidak stabil.
Simulasi kurva ayunan untuk waktu pemutusan gangguan saat 0.21 detik ditunjukkan pada gambar 4.12 berikut.
Gambar 4.12. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 30% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
3. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 40 %
Pengujian penambahan kompensasi saluran 40% memberikan pengaruh yang sama terhadap ayunan sudut rotor generator. Pengaruh tersebut adalah penurunan terhadap besarnya ayunan sudut rotor generator. Kedua generator masih dalam keadaan stabil ketika gangguan dihilangkan pada saat 0.20 detik seperti pada gambar 4.13 berikut.
Gambar 4.13. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 40% saat pemutusan gangguan 0.20 detik
Ketika gangguan sistem dihilangkan saat 0.21 detik atau lebih, sistem menjadi tidak stabil karena generator 3 mengalami out of step. Gambar 4.14 menggambarkan sistem yang tidak stabil dengan waktu pemutusan gangguan saat 0.21 detik.
53
Gambar 4.14. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 40% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
Penambahan kompensasi 40% tidak meningkatkan waktu pemutusan kritis gangguan namun penambahan kompensasi ini memberikan penurunan terhadap ayunan sudut rotor terhadap kedua generator. Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan dengan kompensasi saluran 40% adalah 0.20 – 0.21 detik.
4. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 50%
Pengujian dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 50% memberikan pengaruh yang signifikan terhadap waktu pemutusan kritis gangguan maupun terhadap penurunan sudut rotor generator pada kurva ayunan.
Ketika gangguan dihilangkan saat 0.21 detik, ayunan sudut rotor untuk kedua generator masih tetap berayun. Artinya, kedua generator masih dapat mempertahankan keserempakkannya/sinkron. Gambar 4.15 berikut ini adalah ayunan sudut rotor untuk kedua generator dengan pemutusan gangguan saat 0.21 detik.
Gambar 4.15. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 50% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
Selanjutnya, saat pemutusan gangguan dilakukan pada waktu lebih dari 0.21 detik, sistem menjadi tidak stabil dan generator 3 kehilangan keserempakkan karena penambahan sudut rotor yang tak terbatas. Dan gambar 4.16 berikut ini mewakili dari keadaan tersebut.
Gambar 4.16. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 50% saat pemutusan gangguan 0.22 detik
55
5. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 60%
Selanjutnya, pengujian dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 60% memberikan hasil simulasi kurva ayunan dalam keadaan stabil ketika gangguan dihilangkan saat 0.21 detik seperti pada gambar 4.17 berikut.
Gambar 4.17. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 60% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
Walaupun waktu pemutusan kritis gangguan tidak meningkat, namun ayunan sudut rotor untuk masing-masing generator mengalami penurunan dari sebelumnya. Ketika gangguan dihilangkan saat 0.22 detik atau lebih, sistem menjadi tidak stabil seperti ditunjukkan pada gambar 4.18 berikut.
Gambar 4.18. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 60% saat pemutusan gangguan 0.22 detik
Ketidakstabilan gambar 4.18 terjadi karena generator 3 mengalami kenaikkan sudut rotor sampai tak terbatas dan tidak dapat kembali berayun. Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan untuk penambahan kompensasi saluran sebesar 60% adalah 0.21 – 0.22 detik.
6. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 70%
Berikut ini adalah hasil simulasi kurva ayunan untuk kompensasi sebesar 70%.
Gambar 4.19. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 70% saat pemutusan gangguan 0.22 detik
57
Gambar 4.19 menggambarkan sistem IEEE 9 bus dalam keadaan stabil saat pemutusan gangguan dilakukan pada 0.22 detik. Waktu pemutusan gangguan ini meningkat karena penambahan kompensasi saluran sebesar 70%.
Selanjutnya, jika gangguan dihilangkan pada waktu lebih dari 0.22 detik maka sistem menjadi tidak stabil. Prilaku yang sama dialami oleh generator 3 karena keterlambatan dalam menghilangkan gangguan, yaitu sudut rotornya meningkat hingga tak terbatas dan tidak dapat kembali berayun sehingga generator tersebut cenderung akan lepas dari sistem. Kurva ayunan tersebut dapat dilihat pada gambar 4.20 berikut.
Gambar 4.20. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 70% saat pemutusan gangguan 0.23 detik
Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan dengan pemberian kompensasi saluran sebesar 70% adalah 0.22 – 0.23 detik.
Penambahan kompensasi kapasitor seri pada saluran ini memiliki tujuan untuk mengurangi besarnya nilai reaktansi saluran (XL) yang selanjutnya mampu
meningkatkan transfer daya sistem tenaga listrik. Sebagaimana diketahui bahwa pemasangan kompensator kapasitor seri pada saluran transmisi dapat menaikkan transfer daya. Dengan bertambahnya transfer daya dalam sistem maka kestabilan sistem tenaga listrik tersebut dapat meningkat.
Pemasangan kompensator kapasitor seri mampu mengurangi reaktansi saluran sistem. Kompensator kapasitor seri akan memberikan reaktansi (XC) yang saling berlawanan dengan reaktansi saluran (XL), sehingga reaktansi total dalam sistem adalah hasil pengurangan XC terhadap XL. Dengan bertambah besar nilai XC maka reaktansi saluran sistem akan mengalami penurunan. Namun selanjutnya perlu dipertimbangkan efek resonansi yang ditimbulkan karena pemasangan kapasitor seri ini.
Perubahan nilai reaktansi sistem sangat mempengaruhi kestabilan sistem. Dalam kestabilan transien sistem tenaga listrik sangat berhubungan erat dengan waktu pemutusan kritis/critical clearing time (CCT). Dimana CCT ini akan mempengaruhi ayunan sudut rotor generator dalam kurva ayunan (swing curve). Pengujian pemasangan kompensasi saluran ini dilakukan dengan memvariasikan persentase kompensasi saluran. Kompensasi yang diujikan adalah sebesar 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan 70% sedangkan jenis gangguan yang diterapkan pada sistem adalah gangguan 3 fasa simetris yang terjadi di saluran 8-9 dekat bus 9. Jenis gangguan yang sama diujikan pada penelitian ini dengan tujuan untuk melihat perbedaan yang terjadi pada kurva ayunan dan waktu pemutusan gangguan kritis (CCT) sebelum dan setelah dilakukan penambahan kompensasi saluran.
59
Hasil pengujian untuk kompensasi saluran 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan 70 % dapat dirangkum dalam tabel 4.1 di bawah ini.
Tabel 4.1. Perbandingan Hasil Pengujian Kompensasi Saluran Sudut Rotor
Generator
Persentase Kompensasi Saluran
20% 30% 40% 50% 60% 70%
2 70.4280 74.0970 70.8050 74.1080 70.2310 72.3710
3 109.9240 121.1330 113.2680 124.8670 116.2730 127.3730 CCT 0.19 s 0.20 s 0.20 s 0.21 s 0.21 s 0.22 s *) adalah sudut rotor generator pada ayunan pertama (first swing)
Pada tabel 4.1 di atas menunjukkan adanya perubahan pada ayunan sudut rotor generator 2 dan 3 akibat pemberian kompensasi saluran. Dimana ketika penambahan kompensasi saluran dilakukan, ini memberikan kenaikkan pada perbedaan sudut rotor generator 2 maupun generator 3. Kenaikkan ini terjadi karena waktu pemutusan kritis gangguan (CCT) juga meningkat. Secara implisit, penambahan kompensasi saluran akan memperbaiki stabilitas transien Sistem Tenaga Listrik (STL), yaitu dengan meningkatnya kompensasi saluran akan memperkecil ayunan pada swing curve. Selain itu, CCT juga akan meningkat seiring dengan terjadinya penambahan kompensasi.
Untuk lebih jelasnya, CCT sistem dibuat konstan seiring dinaikkannya persentase kompensasi saluran. Perbedaan perubahan ayunan sudut pada generator 2 dan generator 3 dapat dilihat pada gambar 4.21a dan 4.21b di bawah ini.
Gambar 4.21a. Kurva Ayunan Ketika Kompensasi 20-40 % dengan Waktu Pemutusan 0.19 detik
61
Gambar 4.21b. Kurva Ayunan Ketika Kompensasi 50-70 % dengan Waktu Pemutusan 0.19 detik
Dalam pengujian penerapan kompensasi saluran ini memberikan pengaruh terhadap ayunan sudut rotor generator. Hal ini terlihat dari perubahan ayunan sudut rotor yang semakin mengecil ketika penambahan kompensasi saluran dilakukan. Penurunan perbedaan sudut rotor generator yang terjadi berbanding terbalik dengan waktu pemutusan kritis gangguannya. Secara grafis, hubungan antara kompensasi saluran terhadap perbedaan perubahan sudut rotor generator maksimum dapat dilihat pada grafik 4.1 berikut.
Grafik 4.1. Perbandingan Perubahan Maksimum dengan Penambahan Kompensasi Saluran pada First Swing Ketika Waktu Pemutusan Gangguan (t=0.19 detik)