1
STUDI SKENARIO PELEPASAN BEBAN SAAT TERJADI
PEMUTUSAN ALIRAN DAYA PADA GEDUNG
BERTINGKAT
Mochamad Gerry Prahana,
Program Studi Teknik Elektro FTI-ISTN Jl. Moh. Kahfi II Jagakarsa – Jakarta Selatan Alamat email : Gerrymuhammad90@gmail.com,
ABSTRAK
Gangguan yang besar dapat menyebabkan ketidakstabilan frekuensi tegangan system. Ketidakstabilan frekuensi, seperti penurunan frekuensi yang drastis dapat menyebabkan system mengalami pemadaman total (black out). Untuk menjaga sistem distribusi 20 kV tetap aman saat terjadi gangguan, untuk itu perlu dilakukan beberapa cara agar memepertahankan pembangkit listrik tenaga gas tetap berjalan. Pada gedung MKG 3/5 yang terletak di daerah kelapa gading sudah memiliki pembangkit tenaga listrik sendiri, dan sistem jaringan yg dipakai adalah sistem radial, pembangkit tenaga listrik di gedung MKG3/5 bekerja secara mains paralel dengan sumber listrik dari Perushaan Listrik Negara (PLN). Pada sistem jaringan listrik gedung MKG 3/5 sering mengalami gangguan listrik, yaitu hilangnya salah satu sumber tenaga listrik dari grid jaringan, yaitu sumber PLN. Untuk mempertahankan pembangkit dari gangguan beban lebih, perlu dilakukan beberapa tindakan antara lain pelepasan beban agar generator pembangkit tidak mengalami kerusalan dan sistem distribusi kelistrikan gedung MKG3/5 tetap berjalan. Adapun sistem pelepasan beban memiliki beberapa skenario pola operasi kelistrikan, dimaksudkan agar menjaga kehandalan dari sistem pelepasan beban itu sendiri, dan menjaga kenyamanan dari gedung MKG 3/5
Kata kunci : Sistem Distribusi,Mains Parallel, Generator, jaringan 20 kV, Pelepasan beban. Pembangkit listrik tenaga gas, Skenario pola operasi kelistrikan
ABSTRACT
Large disturbances can cause system instability voltage frequency. Frequency instability, such as a drastic reduction in the frequency could cause the system suffered a total blackout (black out). To keep the 20 kV distribution system remains safe in the event of disruption, for it needs to be done several ways to maintain the gas power plant is still running. At 3/5 MKG building located in ivory palm area already has its own power plant, and a network system in use is a radial system, power plant building MKG3 / 5 works in parallel with the mains power source from the State Electricity Business Process Management (PLN) , In the electrical network system building MKG 3/5 frequent power failures, namely the loss of one source of electric power grid network, ie PLN. To maintain the plant from overload disorders, needs to be done several actions, among others, the release of the load in order not to experience kerusalan generators and electrical distribution systems of buildings MKG3 / 5 is still running. The load shedding system has several scenarios pattern of electrical operations, intended to maintain the reliability of the system load shedding itself, and ensuring that the building MKG 3/5
2 1. Pendahuluan
Dewasa ini perkembangan dunia industri mulai berkembang, seiring dengan berjalannya waktu. Dalam proses pengembangan tersebut industri sekarang sudah mulai berusaha untuk menjaga optimalisasi system tenaga listrik dalam memasok kebutuhan listrik mereka.
Banyak cara untuk
mengoptimalisasikan tenaga listrik saat system mengalami gangguan, baik gangguan kecil maupun gangguan besar yang menyebabkan (black out).
Gangguan yang besar dapat menyebabkan ketidakstabilan frekuensi tegangan system. Ketidakstabilan frekuensi, seperti penurunan frekuensi yang drastis dapat menyebabkan system mengalami pemadaman total (black out). Salah satu strategi untuk mengantisipasi terhadap kemungkinan turunnya frekuensi secara drastis adalah pelepasan sebagian beban yang dipikul oleh sistem. Setelah sebagian beban dilepas, beban – beban yang dipikul oleh pembangkit yang masih beroperasi akan berkurang dan frekuensi akan kembali kekeadaan normal segera setelah terjadi keseimbangan antara pembangkitan dan pembebanan. Pelepasan beban harus dilakukan segera pada saat frekuensi sistem mulai menurun dengan drastis
2. Sistem Kelistrikan
2.1Distribusi Kelistrikan
Pada gedung ini telah menggunakan pembangkit generator listrik berbasis tenaga gas. Pembangkit generator listrik berbasis energy gas tersebut secara penggunaannya untuk mensuplai daya telah disingkronisasi dengan sumber tenaga listrik dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) untuk mensuplai beban secara keseluruhan gedung. Kemudian supply daya listrik yang tersedia akan disupplai kepada para penyewa (Tenant)
gedung, dan utiliti penunjang gedung, antara lain penerangan, mesin penghasil udara dingin (chiller), motor-motor listrik yang digunakan untuk pompa air, pompa sumpit, pompa sistem treatment air, jaringan telepon gedung, dan lain lain.
Untuk memenuhi kebutuhan tenaga listrik gedung tersebut memiliki 4 Generator set berbasis energi gas, yang digunakan untuk melayani kebutuhan gedung MKG 3/5 dari utility, penerangan, para penyewa (tenant). Dengan total pembangkitan sebesar 9 Mega Watt. Diperkirakan beban dari rata-rata generator sebesar 75 % dari kapasitasnya.
Kemudian daya akan didistribusikan melalui jaringan yang tersedia, adapun daya yang didistribusikan dari pembangkit langsung menuju ke titik-titik beban, yang sudah ditentukan baik beban utility
gedung, penyewa
customer(tenant,)maupun penerangan.
2.2Single Line Diagram
Gambar 2.4 single line diagram gedung MKG 35
3 mkg 2 dan plant mkg 3/5, keduanya
mendistribusikan daya untuk beban di gedung MKG 3/5. Pembangkit dari plant mkg 2 mempunyai 2 mesin pembangkit generator listrik yaitu G1 dan G2 dengan kapasitas masing-masing 1800 kW dan memiliki rating tegangan 11 kV, kemudian tegangan pada pembangkit akan dinaikkan menjadi 20 kV oleh trafo step up ( Trafo mempunyai kapasitas masing-masing 2700 kW dan memiliki rating tegangan 11 kV, kemudian tegangan pada pembangkit akan dinaikkan menjadi 20 kV oleh trafo step up ( Trafo GE1 dan Trafo GE2). Kemudian pembangkit plant MKG 3/3akan singkron dengan pembangkit plant MKG 2 dan sumber tegangan dari gardu 329 milik PLN. Kemudian akan didistribusikan ke masing-masing beban digedung MKG 3/5. Adapun beban yang terdapat pada gedung MKG 3/5 terbagi atas 5 penyulang yang terdistribusi melalui 5 transformator, masing masing trafo tersebut dibagi kembali untuk pembagian bebannya. Diantara lain transformator 1 ditetapkan untuk mensuplai daya ke beban SMDB 1, transformator 2 ditetapkan untuk mensuplai daya kebeban SMDB 2, SMDB 3,dan SMDB 4, transformator 3 ditetapkan untuk mensuplai daya ke beban SMDB 5, dan SMDB 6, transformator 4 ditetapkan untuk mensuplai daya kebeban chiller no. 1, chiller no. 2 dan pompa pendukung sistem chiller seperti pompa chwp 1, pompa chwp 2 serta pompa cwp 1, pompa cwp 2 . Transformator 5 ditetapkan untuk mensuplai daya kebeban chiller no. 3, chiller no. 4 dan pompa pendukung sistem chiller seperti pompa chwp 3, pompa chwp 2 serta pompa cwp 1, pompa cwp 2.
2.3Data Kelistrikan Gedung MKG 3/5
2.3.1 Rating Tegangan
Pada sistem kelistrikan gedung Sentra Kelapa Gading (MKG 3/5 terdapat beberapa rating tegangan, antara lain:
1. Tegangan 20 kV
Tegangan ini merupakan sumber tegangan yang didapat dari distribusi gardu 329 milik PT PLN untuk supplai daya gedung MKG 3/5
2. Tegangan 11 kV
Tegangan ini merupakan tegangan dari pembangkitan mesin generator listrik berbasis bahan bakar gas yang kemudian akan dinaikkan melalui trafo step up menjadi 20 kV dan akan disingkronisasi dengan tegangan PLN.
3. Tegangan 0,4 kV
Tegangan ini menyulang bus :
4 3. Sistem Pelepasan Beban
Pada sistem pembangkitan tenaga listrik, komponen utama yang dibutuhkan adalah generator dan penggerak utama (prime
mover). Generator merupakan suatu mesin
listrik yang mampu mengubah energi kinetik menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnet. Sedangkan penggerak utama (prime mover) dalam hal ini memebantu memutar bagian rotor generator. Penggerak utama (prime mover) merupakan suatu alat dalam hal ini adalah turbin yang dikopel dengan rotor generator dan bekerja dengan memanfaatkan berbagai macam sumber energi.
Generator yang umum digunakan oleh pembangkit listik adalah generator sinkron. Pemilihan generator sinkron sebagai pembangkit tenaga listrik disebabkan oleh karakteristik mesinnya mampu menghasilkan tegangan yang relatif konstan. Pemberian supply tegangan yang tidak stabil akan memeberikan efek negatif kepada peralatan listrik yang digunakan konsumen. Dengan suplai tegangan yang tidak stabil, usia pakai dari suatu peralatan listrik semakin lama semakin berkurang.
3.1 Prinsip Kerja Generator singkron
Pada generator sinkron, sumber arus DC dihubungkan dengan kumparan rotor atau kumparan medan. Hal ini mampu menghasilkan suatu medan magnet rotor. Rotor tersebut kemudian diputar oleh suatu penggerak utama (prime mover) sehingga muncul medan magnet putar pada mesin. Medan magnet tersebut menembus stator
sehingga menghasilkan fluks magnet. Berikut gambar rangkaian ekuivalen generator singkron.
Gambar 3.1 Rangkaian Ekuivalen Generator sinkron
Ketika rotor berputar maka terjadi perubahan sudut yang dibentuk oleh normal bidang yang ditembus fluks (stator) dan kerapatan fluks setiap detiknya. Perubahan tersebut akan menghasilkan suatu ggl (gaya gerak listrik) induksi. Ggl induksi tersebut mampu menghasilkan arus apabila generator dihubungkan dengan suatu beban sehingga membentuk suatu rangkaian tertutup. Apabila beban dihubungkan dengan generator bersifat induktif maka arus yang dihasilkan terlambat (lagging) terhadap tegangan. Begitu juga apabila beban yang bersifat kapasitif maka arus ang dihasilkan mendahului (leading) tegangan.
Arus pada stator dapat menghasilkan medan magnet stator. Medan magnet stator menghasilkan tegangan stator. Tegangan output dari generator adalah resultan tegangan induksi dan tegangan stator. Tegangan ini merupakan tegangan AC
(alternating current), karena terdapat 3
kumparan jangkar pada stator yang dipasang melingkar dan membentuk sudut 120o satu sama lain. Pemasangan tipe kumparan tersebut menghasilkan tegangan AC 3 phasa.
5 sinkron. Kecepatan ini dipengaruhi oleh
frekuensi dan jumlah kutub magnet generator tersebut. Hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut :
(3.1)
(3.2)
Dimana ns = kecepatan sinkron (rpm)
f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub magnet
3.1.1 Mekanisme Kerja Pembangkit listrik tenaga gas
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan jenis pembangkit listrik yang dikembangkan pada saat sekarang di tengah meningkatnya harga minyak dunia. Effiesiensi termal yang dimiliki turbin gas lebih tinggi di banding dengan effisiensi termal yang dimiliki pembangkit berbahan bakar minyak. Mekanisme kerja PLTG adalah sebagai berikut
Komponen sebuah pembangkit listrik tenaga gas ( PLTG) terdiri dari :
a. Pemampatan udara ( Compressor)
b. Ruang bakar ( Combustion chamber)
c. Turbin gas
d. Generator sinkron
Mula-mula udara dihisap melalui cerobong inlet yang terdapat filter didalamnya (
draught fan ). Filter ini berfungsi untuk
menyaring debu yang terdapat didalam udara tersebut. Kemudian udara tersebut masuk kedalam kompressor untuk dimampatkan. Udara yang dihisap akan dinaikkan tekanannya didalam kompresor, temperaturnya pun akan naik mencapai 400o C s/d 600 o C, kemudian dialirkan ke
ruang bakar (Combustion chamber). Bahan bakar, dalam hal ini adalah gas, dialirkan juga ke ruang bakar untuk di bakar dengan udara yang telah dinaikkan tekanannya. Bahan bakar dan udara tersebut dikabutkan kemudian diberikan pengapian dari busi sehingga terjadi proses pembakaran. Gas hasil pembakaran bertekanan tinggi tersebut dapat digunakan untuk memutar turbin gas ( flywheel). Turbin gas di kopling dengan rotor generator sinkron, hal ini dilakukan untuk membantu sinkronisasi generator pada saat pengasutan (starting). Generator sinkron mampu mengubah energi kinetik (putaran turbin) menjadi energi listrik yang kemudian disalurkan ke beban. Kemudian gas buang akan disalurkan melalui cerobong udara ke atmosfer.
Pengaturan putaran turbin ketika mulai bergerak dilakukan oleh governor/thrrottle
valve. Governor adalah suatu katup yang
berfungsi mengatur banyak sedikitnya bahan bakar yang dialirkan ke ruang bakar. Mode kerja governor menurut karakteristik terhadap perubahan beban dibagi menjadi 2 antara lain :
a. Droop
6 yang mengakibatkan lepasnya beberapa
beban, agar tidak terjadi pemborosan daya pengaturan kembali ke sistem droop pada generator (power adjusting) dilakukan oleh operator.
b. Isochronous
Merupakan suatu mode governor untuk mengatur kecepatan turbin gas sesuai dengan permintaan beban. Dengan begitu daya yang dihasilkan sesuai dengan permintaan beban.apabila terjadi perubahan beban, maka governor akan mengatur kecepatan putaran turbin agar frekuensi tetap berada pada batas yang diizinkan.
3.2Daya Aktif Generator
Daya aktif adalah daya yang terpakai untuk digunakan sebagai energi sebenarnya. Dalam hal ini daya yang dihasilkan oleh generator sinkron dapat dirumuskan dalam persamaan berikut ini.
(3.3)
P : Daya Aktif
: Tegangan Induksi per phasa (V)
E : Tegangan Terminal per phasa (V)
: Reaktansi Singkron per phasa
(ohm)
: Sudut torsi antara dan E
Besarnya sudut antara E dan Eo (d) berpengaruh pada besar daya aktif yang dihasilkan. Semakin besar sudut torsi semakin besar Daya Aktif yang
dihasilkan. Akan tetapi terdapat batas maksimum daya aktif yang bisa dihasilkan yaitu pada d=90. Lewat dari itu daya yang di hasilkan akan turun kembali.
3.3Pelepasan Beban
Untuk menjaga sistem dari kegagalan atau kerusakan dikarenakan makin turunnya frekuensi maka sebagian beban yang bekerja harus dilepaskan, sehingga terjadi keseimbangan antara daya yang dibangkitkan dengan beban. Setelah sebagian beban dilepaskan maka beban-beban yang dipikul oleh pembangkit yang masih bekerja menjadi berkurang, dan frekuensi yang turun dapat dikembalikan kekeadaan normal setelah terjadi keseimbangan antara sisa pembangkitan dan sisa beban.
yang menyebabkan daya tersedia tidak dapat melayani beban, misalnya karena unit pembangkit yang besar jatuh (trip), maka untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan beban. Keadaan yang kritis dalam sistem karena jatuhnya unit pembangkit dapat dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar. 3.3
Gambar 3.3 Grafik perubahan frekuensi terhadap waktu
7 pertama sesuai setting frekuensi fb dan
seterusnya sampai tahap yang telah ditentukan berdasarkan besarnya perubahan frekuensi pada titik G dikatakan telah kembali mencapai keseimbangan atau kembali stelah melalui beberapa tahap pelepasan beban. Penurunan frekuensi bisa mengikuti garis 1 dan garis 2 atau garis 3. Makin besar unit pembangkit yang jatuh yang berarti makin besar daya yang hilang maka frekuensi akan menurun dengan cepat. Selain itu kecepatan menurunnya frekuensi juga tergantung pada besar kecilnya konstanta inersia sistem.
3.4Metoda Pelepasan Beban
Dalam pelepasan beban terdapat dua macam metode cara melepaskan beban apabila terjadi gangguan pada sistem. Pelepasan beban dapat pula dilakukan melalui Komputer Pusat Pengatur Beban yang dapat deprogram sebelumnya sesuai dengan kebutuhan operasi setiap saat dan kondisi setempat. Pelepasan beban dibagi menjadi dua pemodelan yaitu:
1. Pelepasan beban secara manual
(manual load shedding)
2. Pelepasan beban secara otomatis (automatic load shedding)
3.5Skenario pelepasan Beban
Skenario pola operasi pelepasan beban, dirancang berdasarkan dari kemampuan pembangkit untuk memberikan atau menyalurkan daya terhadap kebutuhan. Secara sistem kelistrikan, gedung MKG 3/5 disupplai dari beberapa sumber pembangkit, yaitu pembangkit dari Plant MKG 3 dan Plant MKG 2. Plant MKG 3 terdapat 2 pembangkit yaitu GE 1 dan GE 2 yang masing-masing mempunyai kapasitas total pembangkitan sebesar 2700 kW, dan Plant MKG 2 terdapat 2 pembangkit yaitu G1 dan G2 yang
masing-masing mempunyai kapasitas total pembangkitan sebesar 1800kW.
Saat terjadi gangguan pada sistem kelistrikan gedung MKG 3/5, skenario pola operasi pelepasan beban akan bekerja bergantung pada kondisi gangguan yang terjadi. Skenario kondisi gangguan tersebut telah disusun berdasarkan pengalaman kejadian yang telah terjadi sehingga saat terjadi kejadian yang sama dapat meminimalisir resiko gangguan pada peralatan listrik dan sistem. Secara penyusunan skenario telah dibagi menjadi bebearapa tahap pelepasan beban yaitu
1. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 1 : kondisi ketika PLN MKG 3/5 trip , GE1 Plant mkg 2 trip, G1 dan G2 Plant MKG 3 trip , loadshedding bekerja, 1 gas engine GE 1 Plant MKG 2 menyupplai daya kebutuhan gedung mkg 3/5
2. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 2 : kondisi ketika PLN MKG 3/5 trip, GE2 plant MKG 2 trip, G1 dan G2 plant mkg 3 trip loadshedding bekerja, 1 gas engine GE 2 Plant MKG 2 menyupplai daya kebutuhan gedung mkg 3/5
3. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 3 : kondisi ketika PLN MKG 3/5 trip dan engine gas G1 dan G2 plant MKG 3 trip, loadshedding bekerja, 2 gas engine menyupplai daya ( GE 1 dan GE 2 Plant mkg 2).
4. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 4 : kondisi ketika PLN MKG 3/5 trip dan engine gas (GE 1 dan GE 2 plant mkg 2 trip), dan G2 Plant mkg 3 trip, loadshedding bekerja, 1 gas engine menyupplai daya MKG 3/5
8 engine ( G1 palnt mkg 3/5 dan GE1
palnt mkg 2) menyupplai daya MKG 3/5.
6. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 6 : kondisi ketika PLN MKG 3/5 trip dan engine gas (G2 plant mkg 3/5 trip dan GE2 plant mkg 2 trip). Loadshedding bekerja, 2 gas engine ( G1 plant mkg 3/5 dan GE1 plant mkg 2 ) menyupplai daya MKG 3/5.
7. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 7 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine gas (G2 plant mkg 3/5 trip) , Loadshedding bekerja, 3 gas engine ( G1 plant mkg 3/5, GE1 plant mkg 2 dan GE2 plant mkg 2 ) menyupplai daya MKG 3/5.
8. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 8 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine G1 plant mkg 3/5, GE1 plant mkg 2 dan GE2 plant mkg 2 trip , Loadshedding bekerja, 1 gas engine gas (G2 plant mkg 3/5 menyupplai daya MKG 3/5.
9. Skenario pola operasi kelistrikan tahap 9 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine G1 plant mkg 3/5, GE2 plant mkg 2 trip , Loadshedding bekerja, 2 gas engine gas G2 plant mkg 3/5 dan GE 1 plant mkg 2 menyupplai daya MKG 3/5
10.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 10 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine G1 plant mkg 3/5, GE1 plant mkg 2, Loadshedding bekerja, 2 gas engine gas (G2 plant mkg 3/5 dan GE2 plant mkg 2 menyupplai up daya MKG 3/5
11.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 11 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine G1 plant mkg 3/5 trip , Loadshedding bekerja, 3 gas engine gas G2 plant mkg 3/5 , GE1 dan GE2 plant mkg 2 menyupplai daya MKG 3/5
12.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 12 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine GE1 dan GE2 plant mkg 2 trip , Loadshedding bekerja, 2 gas engine gas G1 dan G2 plant mkg 3/5 menyupplai daya MKG 3/5
13.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 11 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine GE 1 plant mkg 2 trip , Loadshedding bekerja, 3 gas engine gas GE2 plant mkg 2 , G1 dan G2 plant mkg 3/5 menyupplai daya MKG 3/5
14.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 11 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan engine GE1 plant mkg 3/5 trip , Loadshedding bekerja, 3 gas engine gas GE2 plant mkg 2 , G1 dan G2 plant mkg 3/5 menyupplai daya MKG 3/5
15.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 11 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip , Loadshedding bekerja, 4 gas engine gas G1 dan G2 plant mkg 3/5 , GE1 dan GE2 plant mkg 2 menyupplai daya MKG 3
16.Skenario pola operasi kelistrikan tahap 11 : kondisi ketika PLN trip MKG 3/5 trip dan 4 gas engine gas G1 dan G2 plant mkg 3/5 , GE1 dan GE2 plant mkg 2 trip , Loadshedding bekerja, dan engine diesel plant MKG 2 menyupplai daya MKG 3.
9 3.6Beban Listrik
Pada gedung gedung MKG 3/5 beban listrik yang diperhitungkan untuk perancanaan pelepasan beban harus ditentukan terlebih dahulu.
a. Beban Penting/ Prioritas (Essential Load/ Priority load
Beban penting atau prioritas adalah beban yang menjadi penunjang tetap berlangsungnya aktifitas gedung dan kenyamanan,dimana bila terjadi gangguan dapat mengganggu penerangan didalam gedung, dan menggangu aktifitas penyewa.
b. Beban Tidak Penting/ Tidak Prioritas ( Non Essential Load/ Non Priority load)
Beban tidak penting atau tidak prioritas adalah beban-beban yang tidak mempunyai pengaruh langsung terhadap kenyamanan, seperti perangkat untuk sistem HVAC dari mesin chiller dan air
handling unit
Pada gedung Gedung MKG 3/5, beban beban listrik yang dilayani terdiri dari penerangan gedung dan perkantoran, motor listrik bertegangan, air handling
unit, mesin chiller.
Motor listrik pada umumnya digunakan sebagai penggerak sistem pendinginan pada mesin chiller, kemudian pada sistem
air handling unit, untuk pompa sistem
distribusi air bersih, pompa sistem fire, pompa sistem sumpit (pembuangan air kotor), pompa sistem treatment water ( STP), dan lain lain.
3.6.1 Beban yang di lepaskan
Perhitungan jumlah pelepasan beban disesuaikan dengan kapasitas atau kemampuan generator untuk memikul beban, serta laju frekuensi generator. Untuk mendapatkan nilai pelepasan beban yang sesuai untuk dilepaskan terdapat beberapa parameter yang harus
diperhatikan untuk menjaga keandalan sistem, yaitu
a. Frekuensi yang diharapkan setelah pelepasan beban
Dengan mengetahui besarnya laju kenaikan frekuensi maka dapat ditentukan besar beban yang akan dilepaskan. Berikut rumus nya:
=
.f
n(3.7)
P loadshedding = beban beban yang harus dilepaskan
Setelah besar laju frekuensi didapatkan, berikut rumus penjumlahan total pelepasan beban, dan perubahan nilai delta antara beban dengan daya, dan berikut gambar single line diagramnya pada Gambar 3.6
Gambar 3.6 single line diagram Gedung MKG 3/5
Dari gambar single line diatas dapat dilihat jumlah pembangkit generator dan pembagian jalur distribusi beban yang disalurkan, dan berikut adalah rumus untuk proses pelepasan beban.
10 PL = total daya losses ( delta )
= total pelepasan beban = total daya pembangkitan = total beban
Berikut penjabaran rumus mengenai total pembangkitan daya saat terjadi proses pelepasan beban:
(3.9) P total gen = total pembangkitan daya
aktif ( Watt )
P pln = daya aktif dari PLN ( Watt)
= total pembangkitan daya aktif dari pembangkit (Watt)
Berikut penjabaran rumus mengenai total pembebanan daya saat terjadi proses pelepasan beban :
(3.10)
P total beban = total pembangkitan beban ( Watt )
Dari penjabaran rumus diatas dapat diketahui bahwa dalam proses pelepasan beban perubahan laju frekuensi serta waktu pemulihan menjadi parameter yang perlu menjadi acuan. Pelepasan beban dapat dilakukan dalam beberapa waktu tergantung pada kondisi permasalahan yang terjadi, dan pada saat pelepasan beban tahap pertama tidak semua beban dilepaskan. Beban yang dilepaskan bergantung kepada skenario yang telah diterapkan.
4. Perhitungan dan Analisis 4.1Data Pembangkit
Pada gedung MKG 3/5 terdapat 4 pembangkit yang memberikan supply ke gedung MKG 3/5. Yaitu 2 pembangkit di plant MKG 3/5, dan 2 pembangkit di plant MKG 2 dengan total supply daya sebesar 9 MW. Berikut spesifikasi pembangkit di plant MKG 3/5.
1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (GE 1)
Type : JMS 620 GE
jeanbacher
Output : 2700 kW
Voltage : 11 kV
Power factor : 0,91
Manufacture : GE jeanbacher- Austria
Merk Generator : AVK
Type : DIG 140 k/4
Type rating : 4000 kVA
Speed : 1500 rpm
2 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (GE 2)
Type : JMS 620 GE
jeanbacher
Output : 2700 kW
Voltage : 11 kV
Power factor : 0,91
Manufacture : GE jeanbacher- Austria
Merk Generator : AVK
Type : DIG 140 k/4
11
Speed : 1500 rpm
Berikut data spesifikasi pembangkit di plant MKG 2 yang menyupply daya ke gedung MKG 3/5.
3 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (G 1)
Type : JMS 612 GE
jeanbacher
Output : 1800 kW
Voltage : 11 kV
Power factor : 0,91
Manufacture : GE jeanbacher- Austria
Merk Generator : AVK
Type : DIG 130 i/4 e
Type rating : 2600 kVA
Speed : 1500 rpm
4 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (G 2)
Type : JMS 612 GE
jeanbacher
Output : 1800 kW
Voltage : 11 kV
Power factor : 0,91
Manufacture : GE jeanbacher- Austria
Merk Generator : AVK
Type : DIG 130 i/4 e
Type rating : 2600 kVA
Speed : 1500 rpm
4.2Analisa pelepasan beban Berdasarakan Skenario pola operasi kelistrikan
Saat terjadi pelepasan beban terjadi proses pelepasan cirkuit breaker pada sisi outgoing PLN (circuit breaker Gedung MKG 3/5) dimaksudkan untuk menjaga peralatan listrik dan generator agar tidak terjadi masalah, relay under frekuensi di setting pada point 49 hertz, karena menyesuaikan dengan kemampuan kapasitas mesin generator agar mesin generator mampu menampung beban, dan tidak terjadi masalah.
5. Perhitungan frekuensi saat singkron atau mains paralel antara PLN dan Mesin Generator di Plant MKG 3/5 dan Plant MKG 2. Berdasarkan rumus 3.2 sebagai berikut.
f pln = 4. 1500
120
= 6000/ 120
= 50 Hz
f Gen = 4. 1500
120
= 6000/ 120
= 50 Hz
Saat terjadi PLN trip, frekuensi menurun menjadi ( f pln = 49 ), berikut penghitungannya, berdasarkan rumus 3.2 sebagai berikut.
Ns = 120.f
4
12 4
Ns = 5880/ 4
Ns = 1470 rpm
Di saat frekuensi di bawah 50 Herz atau 49 ,maka fungsi relay under frekuensi bekerja untuk melepas circuit breaker, agar pembangkit di Plant MKG 3/5 dan Plant MKG 2 bekerja secara isolated mode, dan menjaga agar frekuensi generator tetap stabil untuk mensupply daya.
4.1.1 Pelepasan beban tahap 7
Daya aktif maksimal yang dihasilkan GE 1Plant MKG 3/5 berdasarkan rumus 3.3 adalah sebagai berikut
P = 4.116 * 6.3 . sin 1,4
0,7
P = 4.116 * 6.3 * 0.024
0,7
P = 899,56 kW
Ptotal = 900 kW *3
= 2700 kW
Saat proses pelepasan beban terjadi kemampuan pembangkitan saya oleh generator hanya mampu sebesar 75% dari kemampuan daya maksimal yaitu
Ptotal = 2700 kW * 75 %
= 2025 kW
Daya aktif maksimal yang dihasilkan G 1Plant MKG 2 berdasarkan rumus 3.7 adalah sebagai berikut
P = 1.59 * 6.3 * sin 1,4
0,7
P = 1.59 * 6.3 * 0.024
0,7
P = 599,832 kW
Ptotal = 600 kW *3
= 1800 kW
Saat proses pelepasan beban terjadi kemampuan pembangkitan saya oleh generator hanya mampu sebesar 75% dari kemampuan daya maksimal yaitu
Ptotal = 1800 kW * 75 %
= 1350 kW
Daya aktif maksimal yang dihasilkan G 2Plant MKG 2 berdasarkan rumus 3.7 adalah sebagai berikut
P = 1.59 * 6.3 * sin 1,4
0,7
P = 1.59 * 6.3 * 0.024
0,7
P = 599,832 kW
Ptotal = 600 kW *3
= 1800 kW
Saat proses pelepasan beban terjadi kemampuan pembangkitan Daya oleh generator hanya mampu sebesar 75% dari kemampuan daya maksimal yaitu
Ptotal = 1800 kW * 75 %
13 Setelah mendapatkan penghitungan daya
yang dihasilkan generator berikut penghitungan pelepasan beban. Daya yang tersedia pada plant MKG 3/5 berdasarkan tabel matrix .
P = P status – P loadshedding
= 8800 kW – 4075 kW
= 4725 kW
Kemudian penghitungan pelepasan beban berdasarkan daya aktual dari generator, dan jumlah daya yang dilepas berdasarkan tabel matrix dan berdasarkan rumus 3.8 adalah
P L = Pi = Pgi - Pdi
Pgi= P. GE 1 + P G 1 + P.G2 Pdi = P. Chiller TR 4 + P chiller TR 5 + P. Chiller Hotel + P. TR 5 ( pompa ) +
P. TR 4 ( pompa ) + P. AHU M5 + P. AHU M3 + P. Ex base m3
Pgi = 2050kW + 1350kW + 1350kW = 4750 kW
Pdi = 890kW + 777kW + 650kW + 435kW + 310 kW + 292kW + 11053kW + 30kW = 4437 kW
PL = 4725 kW- 4437 kW = 362 kW
4.1.2 Pelepasan beban tahap 6
Daya aktif maksimal yang dihasilkan GE 1Plant MKG 3/5 berdasarkan rumus 3.3 adalah sebagai berikut.
P = 4.116 * 6.3 . sin 1,4
0,7
P = 4.116 * 6.3 * 0.024
0,7
P = 899,56 kW
Ptotal = 900 kW *3
= 2700 kW
Saat proses pelepasan beban terjadi kemampuan pembangkitan daya oleh generator hanya mampu sebesar 75% dari kemampuan daya maksimal yaitu
Ptotal = 2700 kW * 75 %
= 2025 kW
Daya aktif maksimal yang dihasilkan G 2Plant MKG 2 berdasarkan rumus 3.3 adalah sebagai berikut
P = 1.59 * 6.3 * sin 1,4
0,7
P = 1.59 * 6.3 * 0.024
0,7
P = 599,832 kW
Ptotal = 600 kW *3
= 1800 kW
Saat proses pelepasan beban terjadi kemampuan pembangkitan daya oleh generator hanya mampu sebesar 75% dari kemampuan daya maksimal yaitu
Ptotal = 1800 kW * 75 %
= 1350 kW
Setelah mendapatkan penghitungan daya yang dihasilkan generator berikut penghitungan pelepasan beban. Daya yang tersedia pada plant MKG 3/5 berdasarkan tabel matrix .
P = P status – P loadshedding
= 8800 kW – 5425 kW = 3375 kW
14 tabel matrix dan berdasarkan rumus 3.8
adalah.
P L = Pi = Pgi - Pdi
Pgi = P. GE 1 + P G 1
Pdi = P. Chiller TR 4 + P chiller TR 5 + P. Chiller Hotel + P. TR 5 ( pompa ) + P. TR 4 ( pompa ) + P. AHU M5 + P. AHU M3 + P. Ex base m3 + P. AC GW + Tr 2
Pgi = 2025kW + 1350kW = 3375 kW
Pdi = 890kW + 777kW + 650kW + 435kW + 310 kW + 292kW + 11053kW + 30kW + 60kW + 1232 = 5669 kW
PL = 3375 kW- 5669 kW = -2294 kW
4.1.3 Pelepasan beban tahap 1
Daya aktif maksimal yang dihasilkan G 2Plant MKG 2 berdasarkan rumus 3.3 adalah sebagai berikut.
P = 1.59 * 6.3 * sin 1,4
0,7
P = 1.59 * 6.3 * 0.024
0,7
P = 599,832 kW
Ptotal = 600 kW *3
= 1800 kW
Saat proses pelepasan beban terjadi kemampuan pembangkitan daya oleh generator hanya mampu sebesar 75% dari kemampuan daya maksimal yaitu
Ptotal = 1800 kW * 75 %
= 1350 kW
Setelah mendapatkan penghitungan daya yang dihasilkan generator berikut penghitungan pelepasan beban. Daya yang tersedia pada plant MKG 3/5 berdasarkan tabel matrix .
P = P status – P loadshedding
= 8800 kW – 7450 kW
= 1350 kW
Kemudian penghitungan pelepasan beban berdasarkan daya aktual dari generator, dan jumlah daya yang dilepas berdasarkan tabel matrix dan berdasarkan rumus 3.8 adalah.
P L = Pi = Pgi - Pdi
Pgi = P G 1
Pdi = P. Chiller TR 4 + P chiller TR 5 + P. Chiller Hotel + P. TR 5 ( pompa ) + P. TR 4 ( pompa ) + P. AHU M5 + P. AHU M3 + P. Ex base m3 + P. AC GW + P. Tr 2+ P. Tr 1+ P. GW + P. SMDB 5
Pgi = 1350kW = 1350 kW
Pdi = 890kW + 777kW + 650kW + 435kW + 310 kW + 292kW + 11053kW + 30kW + 60kW + 1232 + 1155 + 250 + 749= 7883 kW
PL = 1350 kW- 7883 kW = - 6533 kW
5.Kesimpulan
Dari pembahasan diatas dapat diambil kesimpulan antara lain
15 operasi kelistrikan yang bekerja saat
pelepasan bekerja antara lain.
a. Skenario pola operasi tahap 7, yaitu jumlah beban yang di lepas sebesar 4497 kW, dan 3 pembangkit mengambil alih daya sebesar 4750kW, terdiri dari Pembangkit GE 1 mensupply daya sebesar 2050 kW, G1 mensupply daya sebesar 1350kW, dan G2 mensupply daya sebesar 1350kW.
b. Skenario pola operasi tahap 6, yaitu jumlah beban yang di lepas sebesar 5729 kW, dan 2 pembangkit mengambil alih daya sebesar 3375kW, terdiri dari Pembangkit GE 1 mensupply daya sebesar 2020 kW, G1 mensupply daya sebesar 1350kW.
c. Skenario pola operasi tahap 1, yaitu jumlah beban yang di lepas sebesar 7883kW, dan 1 pembangkit mengambil alih daya sebesar 1350kW, terdiri dari G1 mensupply daya sebesar 1350kW,
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ir. Basri Hasan, Sistem Distribusi
Daya Listrik, Institut Sains dan Teknologi
Nasional Jakarta,1999
[2] Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem
Tenaga Listrik, Institut Sains dan Teknologi Nasional Jakarta,1990
[3] Sudaryatno Sudirham,Darpublic –
”Analisa Sistem Tenaga”. Edisi Juli2012
[4] S.S. Vadhera, Power System Analysis
& Stability, New Delhi, 1981.
[5] John J. Grainger, William D.Stevenson, Jr. Power System Analysis Singapore, 1994
[6] Karim Khairuddin, Adi Soeprijanto, Mauridhi Hery Purnomo (2008).
Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan ANN-CBP-FLC Pada Sistem Tenaga Listrik Industri Besar. Yogyakarta,
Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi (SNATI).
[7] DR.S.L.Uppal, Electrical Power, New Delhi, Eight Edition 1980.
[8] Bonar Pandjaitan, Praktik-Praktik
Proteksi Sistem Tenaga Listrik,
Yogyakarta, 2012.
[9] Muhammad H Rashid, Power Electronics, New jersey 1993.
[10] Saadat, Hadi. “Power System Analysis”. McGraw Hill. 1999.
[11] IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants.(2003). New York: IEEE TheInstitute of Electrical and Electrical Engineers Inc.
[12] Sri Mawar Sari, Pelepasan Beban
Menggunakan Under Frequency Relay Pada Pusat Pembangkir Tello. Makassar,
ISSN 1411-6243.
[13] Arfita Yuana Dewi. Analisis Arus
Transien Pada Sisi Primer Transformator Terhadap Pelepasan Beban Menggunakan Simulasi EMTP. Padang. ISSN
0853-8697.
[14] Syarif mahmud, M.Toni Prasetyo, Ahmad Solichan, Simulasi Pelepasan
Beban Dengan Relay Frequency Pada Sistem Tenaga Listrik CNOOC SES Ltd. North Business Unit. Semarang . ISSN
