Analisa Sistem Kelistrikan dan Sistem Back-Up pada Air Traffic Control (ATC) di Bandara Internasional Ngurah Rai-Bali

(1)

Analisa Sistem Kelistrikan dan Sistem Back- Up pada Air Traffic Control (ATC) di Bandara

Internasional Ngurah Rai-Bali

I Nyoman Setiawan, I Gede Dyana Arjana, dan I Nyoman Budiastra Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana

e-mail: [email protected]

Abstrak—Transportasi udara adalah jenis transportasi yang memilki tingkat keamanan yang paling tinggi pada suatu Bandara. Untuk menunjang keamanan tersebut digunakan alat-alat yang berteknologi tinggi yang mengkonsumsi daya listrik. Kapasitas listrik Bandara Ngurah Rai sebesar 10.380 kVA dari PLN1 dan 630 kVA dari PLN2, dimana daya tersebut disuplai dari Gardu Induk Pesanggaran dan Gardu Induk Pemecutan Kelod menggunakan sistem distribusi ring. Untuk menunjang sebagian besar kegiatan di Bandara diperlukan pasokan daya listrik. Dalam hal ini suplai daya utama yaitu PLN dan suplai daya cadangan yaitu genset yang berfungsi sebagai sistem daya stand- by atau off-line dan Uninterupptible Power Supply (UPS) sebagai daya cadangan terus menerus secara on-line yang harus terus tersedia pada beban-beban kritis Bandara seperti Air Traffic Control (ATC). Berdasarkan klasifikasi seluruh beban-beban listrik Bandara Ngurah Rai Bali, suplai daya listrik cadangan atau back-up harus mampu menyuplai daya sebesar 160 kW pada beban-beban kritis seperti ATC pada saat suplai utama dari PLN mengalami gangguan. Analisa sistem kelistrikan dan back-up sistem ATC di Bandara Ngurah Rai Bali dilakukan dengan menggunakan metode simulasi aliran daya pada program ETAP (Electric Transient Analysis Program) dengan tiga skenario. Skenario pertama kondisi normal dimana Genset dan UPS pada kondisi off, skenario kedua suplai dari UPS, dan skenario ketiga yaitu suplai dari Genset. Masing masing skenario diasumsikan sesuai dengan kondisi yang dimungkinan sering terjadi pada beban-beban kritis Bandara. Dalam analisa beroperasinya sistem back-up ATC, pada skenario kedua suplai daya dari UPS, merupakan kondisi paling kritis atau diasumsikan terburuk pada sistem back-up ATC, dimana pada skenario tersebut terlihat pentingnya peran kedua UPS yang saling memback-up.

Sistem back-up UPS tersebut menggunakan sistem back-up non kontinyu. Pada skenario sistem back-up saat kondisi sedang charging UPS, pembangkitan dari Generator Set besarnya 0.160 MW untuk men-charging UPS. Sehingga pada kondisi ini total pembangkitan sebesar 0.320 MW.

Kata kunci: beban kritis, aliran daya, simulasi, skenario, sistem back-up

I. PENDAHULUAN

Bandara Internasional Ngurah Rai – Bali merupakan salah satu dari 13 Bandara dibawah pengelolaan PT.

Angkasa Pura I (Persero). Bandara kelas Internasional ini memberikan kontribusi terbesar pada PT. Angkasa Pura I (Persero). Pada Bandara Internasional Ngurah Rai, sebagian besar peralatan yang digunakan memerlukan sumber daya listrik untuk menunjang sebagian besar kegiatan dan aktifitas di Bandara.

Salah satu fasilitas yang sangat penting pada Bandara yaitu ATC (Air Traffic Control) dimana ATC merupakan pengatur lalu lintas udara yang tugas utamanya mencegah pesawat terlalu dekat satu sama lain dan menghindarkan dari tabrakan. Selain itu ATC juga bertugas mengatur kelancaran arus traffic (traffic flow), membantu pilot dalam menghandle emergency/darurat, dan memberikan informasi yang dibutuhkan pilot seperti informasi cuaca atau weather information, traffic information, navigation information, dll).

Faktor yang menunjang kelangsungan aktifitas ATC

ini adalah suplai daya listrik dan suplai daya cadangan pada sistem kelistrikannya. Dalam hal ini suplai daya utama yaitu PLN dan suplai daya cadangan yaitu genset yang berfungsi sebagai sistem daya stand-by atau off-line dan Uninterupptible Power Supply (UPS) sebagai daya cadangan terus menerus secara on-line.

Dampak yang ditimbulkan jika terjadi gangguan pada beban kritis ATC sangat luas, mulai dari kacaunya lalu lintas Bandara, bahaya penerbangan yang mengancam keselamatan penumpang, sampai tidak efisiennya penggunaan bahan bakar yang digunakan untuk mencari Bandara lain agar pesawat tersebut bisa mendarat.

Mengingat sangat pentingnya peran ATC tersebut maka dari itu sistem kelistrikan, suplai daya dan sistem back-up pada beban–beban kritis Bandara seperti fasilitas ATC sangat penting untuk diperhatikan dan dijaga kontinyuitasnya karena ATC tersebut harus tetap hidup selama 24 jam setiap harinya.

Pada tugas akhir ini akan dibuat simulasi skenario kondisi normal ataupun abnormal sistem kelistrikan dan sistem back-up beban – beban kritis Bandara yang

(2)

nantinya dapat diketahui apakah sistem back-upnya dapat berfungsi secara maksimal atau tidak, dan mengetahui kelebihan dan kekurangannya.

II. KAJIAN PUSTAKA

A. Sumber Daya Listrik 1. Sumber Daya Listrik Primer

Sumber daya listrik primer adalah sumber daya utama yang dipergunakan untuk mensuplai seluruh beban yang ada pada Bandara. Untuk maksud keandalan, dua incoming yang tidak saling tergantung satu sama lain (independent) sangat diharapkan untuk bandar udara yang besar. Sehingga apabila terjadi ganguan pada salah satunya dapat segera topang dari feeder lainnya. [3]

2. Sumber Daya Listrik Sekunder

Sumber daya listrik sekunder adalah sumber daya yang berfungsi sebagai cadangan untuk menjaga kontinyuitas operasi pada Bandara. Sumber daya listrik sekunder tersebut harus secara otomatis terhubung pada beban- beban penting jika terjadi gangguan pada sumber daya primer. [3]

B. Sistem Kelistrikan Bandara

Pada keadaan normal Bandar Udara Ngurah Rai memanfaatkan suplai daya listrik dari PLN sebagai suplai daya utama. Suplai utama tersebut didistribusikan melalui saluran distribusi 20 kV menuju substation-substation dan juga Main Power House dengan sistem distribusi ring seperti terlihat pada Gambar 1. [3]

Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Jaringan ini merupakan bentuk tertutup, disebut juga bentuk jaringan loop. Susunan rangkaian penyulang membentuk ring, yang memungkinkan titik beban dilayani dari dua arah penyulang, sehingga kontinyuitas pelayanan lebih terjamin, serta kualitas dayanya menjadi lebih baik, karena rugi tegangan dan rugi daya pada saluran menjadi lebih kecil. [4]

C. Generator Set

Generator set merupakan sebuah alat yang berfungsi menghasilkan daya listrik. Disebut generator set dikarenakan ia adalah satu set peralatan gabungan dari dua perangkat yang berbeda yaitu mesin dan generator atau alternator. Mesin atau engine sebagai perangkat pemutar, sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik. [2]

D. Uninterruptible Power Supply (UPS)

Uninterruptible Power Supply (UPS) adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk memberi daya sementara ketika daya utama dari jaringan padam, daya sementara ini bersumber dari daya DC yang disimpan pada baterai charger. UPS pada umumnya dihubungkan dengan beban-beban kritikal load sehingga ketika suplai daya dari jaringan terganggu beban-beban kritikal load ini tetap mendapat pasokan daya dari UPS. [5]

E. Automatic Transfer Switch (ATS)

Automatic Transfer Switch (ATS) yaitu suatu alat yang berguna dalam proses pemindahan penyulang dari penyulang / sumber listrik yang satu ke sumber listrik yang lain secara bergantian sesuai perintah pemrograman. [3]

F. Beban Kritis

Beban - beban kritis (critical loads) merupakan beban yang pasokan dayanya harus dijaga kontinuitasnya untuk mencegah terjadinya kondisi tidak aman. Biasanya, beban ini merupakan sistem kontrol proses produksi dan sistem keselamatan (safety), dan sistem telekomunikasi. [6]

G. Metode Pengalihan

Untuk dapat menentukan metode pengalihan daya yang baik, maka daya dikelompokkan sesuai batas waktu pengalihannya.

1. Waktu Pengalihan 2-menit

Jika waktu pengalihan 2-menit diperbolehkan, maka cukup memadai dipergunakan generator bensin lokal atau generator mesin diesel atau generator turbin gas dengan starting dan Switching otomatis atau remote. Pada

G G

G

G G G

PLN METERING KIOS

GARDU PLN I

20 KV

KE ACS TR 1250 KVA

MPH I

DEUTZ 850 KVA YANMAR 1000 KVA

TR 1250 KVA

400 V MAN 360 KVA

1250 KVA 1 KV / 50 KVA CCO

500 KVA 400 KVAVIP I

POMPA AIRGUDANG WORK SH LP.JLN 152 M1

GLIDE PATH LOCALIZER GARDU KELAN TAPPING BOX SSB GARDU TR I GARDU TR II SSD SSE SSH

SSF 300 KVA

1600 KVA

1250 KVA 1250 KVA

20 KV 6 KV

SSG

DEUTZ 1000 KVA YANMAR 2000 KVA MPH II

SSC GARDU

PLN II

SSA

LBS 20 KV

6 KV 152

C 252

C 20 KV

352

C 452

C 552

C 952

C 1052 C 1000

KVA 800

KVA 1600 KVA1250

KVA 652 C

400 V 1152

C 400 V

6 KV 6 KV

752 C 852

C 1252

C 1352

C

6 KV 400 V 6 KV

152

G 252

G 20 KV

352 G 452 G 552 G 3 X 1000

KVA

400 V

152 A 252 A 352 A452

A552 A 20 KV

400 V 152 F 252 F 352 F 452 F 800

KVA 800

KVA 400 V

552 E 652 E 152 E 252 E

352 E 452 E

400 V GP-1

500 KVA 500 KVA GP-1GP-2GP-3GP-4

TP-1 TP-2TP-3TP-4 400 KVA / 2000 KVA 452

MZ 552

MZ652 MZ752

MZ 152 MZ 252

MZ 352 MZ

400 V 500 KVA 500 KVA 152 H 252

H 352 H452

H 20 KV CCB

1250 KS KVA

LBS 6 KV LBS

20 KV 152 D 250 KVA

400 V LBS 6 KV

KS

KVA

400 V LBS 6 KV KS

KVA

400 V 152 B252

B352 B LBSLBSLBS

6 KV LBSLBSLBSLBS LBS 452 B552

B652 B752

B852 B

KVA KVA KVA

KVA

400 V 400 V 6 KV GARDU

GARUDA KS

KV KSKV

6 KV

KVA

400 V

KV

220 V 220 V

KV

452 M1552

M1352 M1 2000 KVA 952 M11052

M1852 M1 6 KV 652 M1

6 KV GP-5

752 M1 252 M1 OCB OCB OCB KS

LBS LBS

6 KV LBS LBS

OCBOCB CB ACB

GP-1 GP-2

MCCB 400 V MCCB

20 kv

Gambar 1 Sistem Distribusi Ring Kelistrikan Bandara

Gambar 2 Blok Diagram UPS Non-Kontinyu

Gambar 3 Blok Diagram Kontinyu

(3)

periode 2-menit tersebut mesin/turbin dapat distart dan kecepatannya serta regulasi tegangannya dapat distabilkan.

2. Waktu Pengalihan 15-detik

Jika dibutuhkan waktu pengalihan 15-detik, maka dapat dipergunakan diesel stan-by dan mesin genset bensin dengan kemampuan start dan Switching yang cepat.

3. Waktu Pengalihan 1-detik

Jika dibutuhkan waktu pengalihan 1-detik, salah satu dari berikut ini dapat dipergunakan yakni, mesin diesel stan-by atau genset turbin gas ataupun menSwitch-over secara otomatis ke sebuah power suplay independent yang mencukupi. [3]

III. METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan yaitu dengan simulasi metode aliran daya pada program ETAP (Electric Transient Analysis Program). Simulasi disini terdiri dari 3 skenario antara lain :

1. Skenario kondisi normal 2. Skenario suplai dari UPS 3. Skenario suplai dari genset

Gambar 4 merupakan flowchart proses pembuatan simulasi program pada sistem back-up beban kritis ATC.

Pada flowchart gambar 4 dimulai dengan pengumpulan data seperti data kebutuhan daya listrik dan wiring diagram. Selanjutnya menggambar dan menginputkan variabel pada program seperti kapasitas genset/UPS yang dipakai. Kemudian menganalisa bedasarkan skenario- skenario kondisi yang telah direncanakan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Skenario Suplai Daya dan Back-up

Pada simulasi program ETAP yang dibuat, terdapat 3 skenario simulasi sistem suplai daya dan back-up kelistrikan pada ATC. Simulasi skenario ini dilakukan agar dapat mengetahui dan mengasumsikan sistem kerja suplai daya cadangan pada substation E dimana substation E merupakan beban kritis.

B. Skenario Satu (Kondisi Normal)

Pada skenario satu, kondisi normal berarti suplai daya dipasok oleh suplai daya utama PLN dimana kondisi semua generator set pada sistem dalam keadaan mati (off) dan UPS dalam keadaan stand by atau kondisi charging.

Gambar simulasi sistem kelistrikan pada program ETAP untuk skenario 1 dapat dilihat pada Gambar 5.

1. Hasil Running Simulasi pada ETAP

Setelah terangkai dan parameter pada setiap komponen dimasukkan sesuai dengan data yang didapat, selanjutnya menjalankan program dengan mode load flow analysis.

Dengan memilih report manager dan complete report

Gambar 4 Tampilan Diagram Segaris Sistem Kelistrikan Bandara Ngurah Rai pada Kondisi Normal

Gambar 5 Tampilan Diagram Segaris Sistem Kelistrikan Bandara Ngurah Rai pada Kondisi Normal

Tabel 1 Load Flow Report pada Kondisi Normal

No Bus Volt Generation Load

Lokasi kV % Mag. MW Mvar MW Mvar

1 M.

Kios 20 100 5.101 2.600 - -

2 OB 0.4 98 - - 0.160 0.07

Tabel 2 Summary of Total Generation, Load, and Demand pada Kondisi Normal

No Report MW Mvar MVA %PF

1 Source (Swing Busses) 5.101 2.600 5.726 89.1 Lagging 2 Source (Non-Swing

Busses) 0.000 0.000 0.000 100

Lagging 3 Total Demand 5.101 2.600 5.726 89.10

Lagging 4 Total Motor Load 5.074 2.457 5.637 90.00

Lagging

5 Total Static Load 0.000 0.000 - -

6 Apparent Losses 0.028 0.143 - -

7 System Mismatch 0.000 0.000 - -

(4)

didapat hasil running program secara lengkap seperti load flow report, bus input data, cable input data, losses dan summary of total generation, load, and demand.

Pada skenario 1, rangkuman hasil running simulasi program ETAP terlihat pada tabel 1 dan 2 dimana dalam kondisi normal menunjukkan suplai daya utama dari PLN menyuplai daya sebesar 5.101 MW untuk melayani beban sebesar 5.074 MW. Untuk beban pada operation building sebesar 0.160 MW atau sama dengan 0.178 MVA. Beban pada operation building tersebut hanya 3.5% dari beban keseluruhan pada simulasi tersebut. Pada operation building terjadi under voltage atau penurunan tegangan sebesar 0.91%.

C. Skenario Dua (Suplai dari UPS)

Kondisi normal yang sebelumnya suplai daya dipasok dari PLN, pada skenario dua ini suplai daya dipasok

oleh UPS dimana kondisi PLN diasumsikan mengalami gangguan atau suplai daya terputus dan generator set pada sistem belum siap dalam melakukan suplai daya.

Untuk skenario suplai daya dari kedua UPS dapat dilihat pada Gambar 6.

Pada skenario suplai daya dari kedua UPS, kedua UPS tersebut berada pada kondisi “In service” atau kondisi kedua UPS saling memasok pada beban kritis.

Pada UPS 1 dan UPS 2 perbandingan suplai dayanya sebesar 50%:50%. Karena permintaan beban pada beban kritis ATC sebesar 0.160 MW sehingga masing-masing UPS menyuplai daya sebesar 0.080 MW

Dari rangkuman hasil simulasi pada skenario suplai daya dari kedua UPS, terlihat masing-masing UPS sama- sama menyuplai daya sebesar 0.080 MW untuk memenuhi permintaan beban sebesar 0.160 MW pada beban kritis ATC di gedung operasi.

Untuk Summary of Total Generation, Load, and Demand pada kondisi suplai dari kedua UPS terlihat hasil yang sama dengan skenario suplai daya dari dua skenario suplai UPS sebelumnya dimana daya yang dibangkitkan sebesar 0.160 MW.

Pada kondisi suplai daya dari PLN Metering Kios mengalami gangguan atau suplai daya terputus, sistem charging pada semua UPS juga akan terputus. Sistem charging pada UPS akan beroperasi kembali ketika suplai utama dari PLN Metering Kios atau suplai dari Generator set telah mampu beroperasi dan menyuplai daya pada beban.

Gambar 6 Tampilan Running Program Simulasi untuk Skenario Suplai Daya dari Kedua UPS pada ETAP

Tabel 3 Load Flow Report Suplai dari Kedua UPS

1 UPS 1 0.4 100 0.080 0.039 - -

2 UPS 2 0.4 100 0.080 0.039

3 OB 0.4 100 - - 0.160 0.078

Tabel 4 Summary of Total Generation, Load, and Demand pada Kondisi Suplai dari Kedua UPS

1 Source (Swing

Busses) 0.160 0.078 0.178 90.00 Lagging 2 Source (Non-Swing

Busses 0.000 0.000 0.000 100.00 Lagging 3 Total Demand 0.160 0.078 0.178 90.00

Lagging

Gambar 7 Tampilan Diagram Segaris Sistem Kelistrikan Bandara Ngurah Rai untuk Skenario Tiga

Gambar 8 Tampilan Running Program Simulasi untuk Skenario Suplai Daya dari Genset pada ETAP

(5)

D. Skenario Tiga (Suplai dari Genset)

Pada skenario tiga, adalah kondisi pada saat semua sistem pada generator set telah siap untuk menyuplai daya dan generator set siap menggantikan peran UPS pada sistem back-up.

Pada Gambar 10 skenario suplai daya dari generator set terlihat kondisi generator set pada keadaan “In service”

untuk men-charging baterai pada UPS dimana baterai pada UPS diasumsikan hampir habis.

Untuk ATS ST Switch pada skenario ini semua pada posisi “close”. ATS DT Switch 1 dan 2 pada posisi B, dan ATS DT Switch 3 pada posisi A. UPS dalam kondisi charging tetapi tetap menyuplai beban kritis dengan back- up daya listrik dari generator set pada substation E yang menyuplai daya listrik untuk mencharging baterai pada UPS.Rangkuman hasil simulasi pada skenario tiga suplai daya ATC dari generator set dapat dilihat pada tabel 5 dan 6.

Dari rangkuman hasil simulasi pada skenario suplai daya dari genset terlihat genset pada substation E pada kondisi “In service” dan membangkitkan daya sebesar 0.160 MW. Daya tersebut digunakan untuk mencharging baterai pada masing-masing UPS dimana charger pada masing-masing UPS tersebut sama-sama mengkonsumsi daya sebesar 0.080 MW dan selanjutnya akan menyuplai daya sebesar 0.080 MW untuk memenuhi permintaan beban sebesar 0.160 MW pada beban kritis ATC.

Untuk Summary of Total Generation, Load, and Demand pada kondisi suplai dari genset terlihat pada saat UPS kondisi charging, genset membangkitkan daya sebesar 0.160 MW untuk mencharging UPS. Masing-

masing UPS akan menyuplai daya masing-masing sebesar 0.080 MW sehingga pada kondisi ini jika ditotalkan, daya pembangkitan sebesar 0.320 MW yang didapat dari penjumlahan suplai daya charging sebesar 0.160MW dan suplai daya ATC sebesar 0.160 MW.

V. SIMPULAN

Setelah dilakukan analisa mengenai sistem kelistrikan dan back-up sistem ATC, serta analisa sesuai dengan skenario beroperasinya sistem back-up ATC di Bandara Ngurah Rai dengan bantuan program ETAP, berikut adalah beberapa simpulan yang dapat disimpulkan dari analisa tersebut antara lain:

1. Dari hasil simulasi dengan bantuan program ETAP, diketahui bahwa kelebihan sistem back-up Bandara Ngurah Rai terletak pada peran seluruh sistem UPS dimana sistem back-up nya menggunakan sistem non kontinyu yang dilengkapi dengan ATS. Pada pengoperasiannya yang berpindah dari posisi satu ke posisi yang lainnya, posisi ATS sangat berpengaruh pada total demand yang nantinya jika posisi ATS tidak tepat akan mengakibatkan peningkatan pada daya yang dibangkitkan.

2. Berdasarkan analisa yang dilakukan diperoleh bahwa total daya pembangkitan untuk ATC atau OB besarnya tergantung pada skenario sistem back-up yang diterapkan. Perubahan yang signifikan terlihat pada skenario sistem back-up saat kondisi sedang charging UPS yang disuplai dari Genset dimana pembangkitan dari Genset besarnya 0.160 MW dan total pembangkitan pada kondisi ini sebesar 0.320 3. Pembagian dan penggolongan beban – beban sesuai MW dengan tingkat prioritasnya sangat berpengaruh pada kelancaran sistem back-up dimana pada saat suplai daya PLN terputus, beban – beban kritis harus segera dilokalisir dalam zona hijau atau wilayah yang tidak boleh terjadi gangguan.

REfERENSI

[1] Installation of Electrical Panels. http://dosooce.blogspot.

com/2013/10/ats-automatic-transfer-Switch.html

[2] PT. Bima Sakti Utama, Generator Set http:// http://bimasaktiutama.

com/generator-set/. Rabu, 29 Mei 2013.

[3] PT (Persero) Angkasa Pura I Bandar Udara Ngurah Rai-Bali, Dinas Teknik Listrik Bandara. Data Eksisting Bandara.

[4] Suhadi, Tri Wrahatnolo. Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid 1. Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, 2008.

[5] Suryono, Uninterruptible Power Suplly Menggunakan Flyback Converter sebagai PFC Converter. Email: [email protected].

[6] Syamsudin, Rasam. Filosofi Beban Listrik. Jumat, 20 November 2009. http://power-grounding.blogspot.com/2009/11/filosofi- beban-listrik.html

Tabel 5 Load Flow Report Suplai dari Genset

1 Genset

SSE 0.4 100 0.160 0.00 - -

2 UPS 1 0.4 100 0.080 0.04 - -

3 UPS 2 0.4 100 0.080 0.04

4 OB 0.4 100 - - 0.160 0.080

Tabel 6 Summary of Total Generation, Load, and Demand pada Kondisi Suplai dari Genset

1 Source (Swing

Busses) 0.320 0.078 0.329 97.19 Lagging 2 Source (Non-Swing

Busses 0.000 0.000 0.000 100.00 Lagging 3 Total Demand 0.320 0.078 0.329 97.19

Lagging