SIMULASI TELEMETERING FREKUENSI PADA SUPERVISORY

SIMULASI TELEMETERING FREKUENSI
PADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA
ACQUISITION (SCADA) PADA SISTEM
ISLAND DI PT.PLN RJTD
Ridho Saputro Hutomo#1, Iwan Setiawan, S.T., M.T.#2, Dr. Aris Triwiyatno, S.T., M.T.#3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
[email protected]; [email protected]; [email protected]
mudah memantau peralatan yang berada pada plant yang
jauh. Dari waktu ke waktu kebutuhan akan kuantitas
energi listrik dan kualitas sistem transmisi listrik
semakin mengalami peningkatan. Kegagalan dalam
sistem transmisi listrik bisa berakibat fatal bagi
kerusakan komponen listrik maupun kerugian
operasional pada sebuah industri. [2]
Pada sistem tenaga listrik yang terdapat di unit
kerja PT.PLN, SCADA digunakan untuk berbagai fungsi
dan kondisi, salah satunya adalah untuk keperluan
telemetering nilai frekuensi saat terjadi island. Untuk
keperluan pemulihan gangguan yang diakibatkan
kerusakan pada unit pembangkit inilah diperlukan
pengamatan nilai frekuensi pada seluruh island yang
terbentuk.[1]
Abstrak— Energi listrik dipakai hampir semua manusia
untuk keperluan sehari-hari. Kegagalan dalam sistem
transmisi listrik bisa berakibat fatal bagi kerusakan
komponen listrik maupun kerugian operasional pada
sebuah industri. Salah satu gangguan tersebut adalah
penurunan frekuensi akibat kelebihan beban atau terjadi
kesalahan pada unit pembangkit yang berakibat pada
pelepasan beban (load shedding) sehingga pembangkit
dapat lepas dari sistem interkoneksi dan membentuk
island. Untuk mengakomodasi masalah tersebut dibangun
sebuah sistem yang mampu memonitoring dan
mengendalikan gangguan berupa teknologi SCADA.
Tujuan tugas akhir ini adalah untuk
mensimulasikan SCADA pada plant model sistem island
pada sistem jaringan transmisi 150 KV PT.PLN Region
Jawa Tengah dan DI Yogyakarta (RJTD). SCADA pada
sistem island hanya memonitor besaran frekuensi setiap
island dengan tujuan mempercepat proses pemulihan
gangguan yang menyebabkan terjadinya island. Desain
sistem pada pemrograman mikrokontroler menggunakan
flowchart diagram. Pada tugas akhir ini digunakan
hardware berupa plant model island Cilacap beserta
rangkaian relay, mikrokontroler ATMega8535, dan Laptop.
Serta software berupa Code Vision AVR untuk
pemrograman mikrokontroler dan Microsoft Visual Studio
2010 dengan bahasa pemrograman C#.Net untuk
membangun Human Machine Interface (HMI/SCADA).
Dari hasil penelitian didapatkan bahwa
mikrokontroler ATMega8535 dapat digunakan untuk
membaca nilai frekuensi dengan tambahan perangkat zero
crossing detector. Tampilan Human Machine Interface
(HMI/SCADA) dapat menampilkan besaran nilai frekuensi
setiap island yang disimulasikan. Dengan memadukan
mikrokontroler sebagai pembaca nilai frekuensi dan relay
sebagai pemutus-penghubung aliran listrik ke lampu
indikator gardu induk, maka rangkaian peralatan ini dapat
mensimulasikan fungsi Under Frequency Relay (UFR) yang
digunakan PT.PLN.
Kata kunci : SCADA, frekuensi, mikrokontroler, pelepasan
beban, island
B. Tujuan
Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mensimulasikan
proses telemetering frekuensi dan pelepasan beban yang
melibatkan sistem island. Dengan perancangan
perangkat keras yang berbeda, tugas akhir ini dirancang
untuk dapat menggantikan fungsi perangkat keras
transducer frekuensi dan under frequency relay (UFR)
yang digunakan PT.PLN. Hasil pembacaan frekuensi ini
ditampilkan pada monitor komputer beserta status island
pada jaringan interkoneksi Jawa Madura Bali.
C. Pembatasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis
membatasi permasalahan sebagai berikut :
1. Simulasi ini digunakan untuk mengamati besaran
nilai frekuensi pada masing-masing island pada
jaringan transmisi listrik 150 kV di PT. PLN
Region Jateng dan DI Yogyakarta.
2. Sumber frekuensi menggunakan Audio Frequency
Generator (AFG).
3. Sebagai transducer nilai frekuensi pada tugas akhir
ini digunakan
perangkat mikrokontroler
ATMega8535.
4. Simulasi pelepasan beban pada tugas akhir ini
adalah hanya island Cilacap.
5. Pada tampilan HMI, frekensi yang ditampilkan
adalah frekuensi dari seluruh island yang ada di
Regional Jateng dan DI Yogyakarta beserta
keterangan status hubungan island dengan sistem
interkoneksi Jawa Madura Bali.
6. Komunikasi antara mikrokontroler ATMega8535
dengan komputer menggunakan komunikasi serial.
I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dewasa ini perkembangan dunia otomasi dan
sistem kontrol jarak jauh pada sebuah plant,
menimbulkan kebutuhan akan aplikasi SCADA.
Terdapat 3 fungsi utama SCADA, yaitu
mudah
dilakukan,
telemetering,
telesignalling
dan
telecontrolling. Dengan demikian dengan melalui
monitor di control room seorang operator dapat dengan
1
7.
8.
9.
Hanya mensimulasikan fungsi relay frekuensi
bawah (under frequency relay), dan tidak
membahas frekuensi lebih (over frequency).
Tidak melibatkan tahapan sinkronisasi pada proses
penyambungan antara gardu induk sebagai beban
dengan jaringan interkoneksi.
Tidak membahas sistem kelistrikan secara
mendalam.
II DASAR TEORI
A.
Pengenalan SCADA
SCADA atau Supervisory Contol and Data
Acquisition adalah suatu sistem yang mengumpulkan
data dan menganalisisnya secara real time. SCADA tidak
sepenuhnya sebagai pengontrol tetapi fokusnya pada
tingkat pengawasan dan pemantauan. Sistem SCADA
merupakan kombinasi antara telemetri dan akuisisi data.
Telemetri merupakan suatu teknik yang digunakan dalam
pengiriman dan penerimaan informasi atau data melalui
suatu medium. Sedangkan akuisisi data merupakan
proses pengumpulan data. Informasi ini dipancarkan atau
dikirim ke daerah tertentu melalui berbagai media
komunikasi. Data yang dikirimkan tersebut dapat berupa
data analog dan data digital yang berasal dari berbagai
sensor. Gambar 1 menunjukkan sistem SCADA.
Gambar 2 Diagram sistem tenaga listrik
Sistem pelepasan beban dengan under frequency
relay (UFR) dikarenakan penurunan frekuensi sampai
nilai frekuensi tertentu atau dengan deviasi penurunan
frekuensi per satuan waktu. Pelepasan beban ini
ditujukan agar frekuensi kembali ke kondisi normal dan
menyelamatkan unit-unit kerja dari suatu industri dari
kerusakan. Apabila frekuensi tetap turun sampai pada
nilai tertentu maka akan terbentuk island yang bertujuan
untuk memutus beban yang memiliki prioritas lebih
rendah dan tetap memberi supply listrik ke beban yang
lebih tinggi prioritasnya.
C.
Sistem Island pada PT. PLN
Salah satu komponen yang diakomodasi sistem
SCADA pada transmisi listrik PT.PLN adalah frekuensi.
Pada sistem interkoneksi Jamali, frekuensi yang
digunakan adalah 50 Hz, dengan toleransi ±0,5 Hz. Jika
besarnya frekuensi berada diluar frekuensi yang
diijinkan, maka harus ada upaya untuk kembali
mengembalikan
frekuensi
ke
besaran
yang
diharapkan.[8]
Island adalah strategi untuk menyelamatkan
pembangkit yang beroperasi pada saat sistem menuju
padam total, dengan maksud untuk menghindari biaya
start yang cukup mahal dan mempercepat proses
pemulihan.
Gambar 1 Gambaran sistem SCADA secara umum
Jadi proses yang terjadi pada sistem SCADA ini
adalah pengumpulan informasi beruapa hasil pengukuran
dan pengontrolan dari berbagai daerah dan hasilnya
dapat ditampilkan pada layar sehingga operator dapat
melihat hasilnya secara bersamaan dengan yang didapat
di daerah asal (real time data). [2]
B.
Sistem Tenaga Listrik
Listrik yang sampai ke konsumen, melalui
proses yang kompleks. Mulai dari pembangkitan,
transmisi, distribusi hingga sampai ke beban
pelanggan. [10]
Setelah daya dibangkitkan maka nilai tegangan
perlu dinaikkan (step up) untuk keperluan transmisi.
Saluran transmisi yang digunakan PT.PLN adalah
150 kV dan 500 kV. Saat akan didistribusikan,
tegangan diturunkan (step down) menjadi tegangan
rendah dan menengah. [13]
Gambar 3 Frekuensi kerja pada PT. PLN (Persero)
Pada rentang frekuensi 49,0 s/d 49,5 Hz,
pengurangan beban secara manual oleh operator atau
dispatcher RCC (Region), sedangkan pelepasan beban
seketika (otomatis) dilakukan dengan menggunakan
Under Frequency Relay (UFR) pada frekuensi 49,0 Hz
s/d 48,4 Hz.
Apabila penurunan frekuensi masih berlanjut maka
pada frekuensi 48,3 Hz atau 48,1 Hz subsistem yang
telah diprogramkan akan membentuk island dan terpisah
Pada umumnya penyaluran tenaga listrik dari pusat
pembangkit hingga sampai pada konsumen melalui
beberapa urutan seperti Gambar 2.
2
TABEL I
PENGGUNAAN PORT PADA ATMEGA8535.
dari sistem interkoneksi Jawa-Bali. Apabila sudah
terbentuk island tetapi tidak berhasil menaikkan
frekuensi, maka pada frekuensi 47,5 Hz unit pembangkit
akan berbeban pemakaian sendiri (host load).[1]
PORT ATMEGA8535
Port A Tidak Digunakan
Port B PORTB.0 – PORTB.7
Port C PORTC.0 – PORTC.3
D.
Human Machine Interface (HMI)
HMI merupakan perangkat lunak antar muka
berupa Graphical User Interface berbasis komputer
yang menjadi penghubung antara operator dengan
mesin atau peralatan yang dikendalikan serta bertindak
pada level supervisory. [17] Secara umum HMI
memiliki fungsi-fungsi seperti berikut:
 Setting
 Monitoring
 Take action
 Data Logging & Storage
 Alarm history dan summary
 Trending
Port D PORTD.2
Fungsi
Tidak Digunakan
LCD
Relay
Interupsi Zero Crossing
Detector
Pada perancangan hardware pada tugas akhir ini,
rangkaian penyearah setengah gelombang dihubungkan
dengan PORTD.2 sebagai masukan fungsi interupsi
(INT0) pada mikrokontroler Atmega8535. Keluaran
mikrokontroler yang digunakan untuk memberikan
logika 1 atau 0 pada rangkaian relay adalah PORTC.0PORTC.3. Sedangkan rangkaian LCD dihubungkan ke
PORTB.0-PORTB.7 pada mikrokontroler.
III PERANCANGAN
Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras sistem monitoring
frekuensi ini terdiri dari mikrokontroler AVR
Atmega8535, sumber frekuensi berupa Audio Frequency
Generator (AFG), rangkaian zero crossing detector,
pilot lamp AC sebagai indikator gardu induk (beban),
relay sebagai pemutus-penyambung antara sumber
tegangan AC dan pilot lamp AC dan sebuah komputer
atau laptop sebagai perancangan display Human
Machine Interface (HMI). Secara umum perancangan
perangkat keras sistem ditunjukan pada gambar 4.
B.
Perancangan perangkat Lunak (Software)
Perancangan tampilan HMI/SCADA berdasarkan
pada kebutuhan pemantauan nilai frekuensi sejumlah
island. Gambar 5 merupakan konfigurasi island yang
terdapat di PT.PLN P3B Region Jateng dan DIY. [1]
A.
Gambar 5 Konfigurasi monitoring frekuensi island di PT PLN P3B
RJTD.
Pada perancangan perangkat lunak sistem
pengendalian suhu ini menggunakan pendekatan diagram
fungsional dan diagram tingkah laku (statechart).
Langkah pertama dalam perancangan menggunakan
pendekatan diagram fungsional adalah menggambar
diagram fungsional yaitu diagram yang menunjukkan
aliran data dari input ke sistem kemudian ke output.
Diagram fungsional pada tugas akhir ini ditunjukkan
gambar 6.
Gambar 4 Rancangan hardware simulasi monitoring frekuensi sistem
island.
3
dengan port pada mikrokontroler yang akan
mengirimkan logika high ke rangkaian relay.
Sedangkan untuk proses pelepasan beban akan
ditunjukkan pada gambar 8.
Gambar 6 Gambar diagram fungsional
Setelah menggambar diagram fungsional, langkah
selanjutnya adalah menggambar diagram ruang keadaan
(statechart diagram) untuk menjelaskan langkahlangkah dan kondisi yang terdapat pada sistem secara
keseluruhan. Adapun diagram statechart tersebut adalah
sebagai berikut.
Gambar 8 Gambar diagram alir pembacaan nilai frekuensi dan proses
pelepasan beban
Pada program pelepasan beban ini dilakukan
ketika sistem berada pada frekuensi rendah atau
frekuensi di bawah normal. Pelepasan beban oleh relay
terjadi apabila rangkaian relay mendapat logika 1 atau
high.
IV PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pengujian dan analisis terhadap plant sistem
monitoring frekuensi sistem island pada Tugas Akhir ini,
dilakukan berdasarkan perancangan tampilan Human
Machine Interface (HMI) dan pengujian pada simulasi
pelepasan beban (load shedding). Ada beberapa
pengujian yang perlu dilakukan, yaitu.
 Pengujian Zero Crossing Detector,
 Pengujian pembacaan dan tampilan nilai
frekuensi,
 Pengujian pelepasan beban,
 Penyambungan kembali beban.
Gambar 7 Gambar diagram alir sistem monitoring frekuensi island.
Gambar 7 menunjukkan diagram alir sistem
monitoring frekuensi pada sisi HMI/SCADA. Data serial
yang diterima oleh HMI/SCADA ditampilkan dalam
bentuk group box, grafik dan data logging.
Program simulasi pelepasan beban ini
menggunakan relay yang mendapatkan masukan berupa
logika high dari mikrokontroler.
Tabel II
HUBUNGAN NILAI FREKUENSI DENGAN PORT
PADA ATMEGA8535 YANG AKTIF.
A.
Frekuensi (Hz)
Pengujian Rangkaian Zero Crossing Detector
Pengujian rangkaian zero crossing detector
dilakukan dengan cara memberikan masukan berupa
tegangan 6 VAC dengan frekuensi sebesar 80 Hz ke
rangkaian zero crossing detector, kemudian dilakukan
pengamatan menggunakan osiloskop pada bagian
keluaran dari rangkaian zero crossing detector yang
ditunjukkan pada gambar 9.
Port Mikrokontroler
yang Aktif
Under frequency
PC.0
biasa
PC.0;PC.1
46-47 Island tahap 1
PC.0;P.1; PC2
43-45 Island tahap 2
48-49
≤ 42 Host Load
PC.0;PC.1;PC.2; PC.3
Tabel 3.2 menunjukkan hubungan frekuensi
4
Gambar 9 Bentuk gelombang keluaran zero crossing
detector.
Melalui tampilan
pengaturan berupa:
Time/div
Volt/div
pada
osiloskop
Gambar 10 Tampilan Halaman Judul HMI/SCADA
dengan
Terdapat 2 kondisi pada tampilan setiap island,
yaitu kondisi tunggal dimana seluruh island memiliki
nilai frekuensi yang sama dan kondisi tombol reset
ditekan sebagai simulasi pemulihan frekuensi yang
terjadi di seluruh island kecuali pada island Cilacap.
Gambar 11 sampai dengan gambar 16 merupakan contoh
tampilan pada kondisi normal atau tombol reset tidak
ditekan, yaitu pada besaran frekuensi berapapun, nilai
frekuensi setiap island adalah sama. Sedangkan gambar
17 dan gambar 18 menunjukkan tampilan halaman utama
monitoring frekuensi pada tampilan HMI/SCADA pada
saat kondisi tombol reset ditekan.
: 2 ms
:1V
diperoleh bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan
pada gambar 9, dengan panjang 1 gelombang sebesar 6,2
kotak. Sedangkan menurut perhitungan maka jumlah
pulsa yaitu:
=
............................................(4.1)
=
/
.............................................(4.2)
Berdasarkan persamaan 4.2 dimana T adalah
perioda antar pulsa, maka untuk mengetahui jumlah
pulsa atau besar frekuensi dari gambar 9 yaitu:
=
,
..........................................(4.3)
Sehingga jumlah pulsa dari gambar 9 selama 1
detik adalah 80,645 pulsa ≈ 80 pulsa atau sama dengan
nilai frekuensi yang diatur yaitu 80 Hz. Dengan
demikian maka hasil ini sesuai dengan perancangannya
untuk menjumlah pulsa yang diperoleh dari rangkaian
penyearah setengah gelombang, dimana besar frekuensi
adalah jumlah pulsa yang dibaca mikrokontroler dalam 1
detik.
B.
Gambar 11 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi tunggal normal
Pengujian Pembacaan dan Tampilan Nilai
Frekuensi
Pada tampilan display HMI terdapat 3 buah
halaman kerja, yaitu: halaman judul, halaman tampilan
utama monitoring frekuensi dan halaman data logging
frekuensi. Gambar 10 menunjukkan tampilan halaman
judul pada tampilan HMI/SCADA.
Gambar 12 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi tunggal di bawah normal biasa
Halaman tampilan utama monitoring frekuensi ini
berisi tampilan nilai frekuensi dalam bentuk tampilan
setiap island, dalam bentuk grafik frekuensi island
Cilacap dan terdapat status island Cilacap.
Gambar 13 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi tunggal island tahap 1
5
Gambar 18 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi awal tombol reset ditekan dan kembali
normal
Gambar 14 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi tunggal island tahap 2
Pada grafik yang terdapat di halaman utama ini
dibuat hanya untuk keperluan memantau frekuensi dari
island Cilacap secara real time.
Data frekuensi pada island Cilacap selanjutnya
akan direkam pada halaman data logging dari
HMI/SCADA. Tampilan halaman data logging
ditunjukkan pada gambar 19
Gambar 15 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi tunggal host load
Gambar .19 Tampilan Halaman Data Logging Frekuensi HMI/SCADA
Tampilan halaman data logging terdapat 2
kolom yaitu kolom waktu (dalam detik) dan kolom
frekuensi (dalam hertz) yang akan muncul nilai masingmasing ketika sistem monitoring diaktifkan.
Gambar 16 Tampilan halaman utama monitoring frekuensi
HMI/SCADA pada kondisi tunggal over frequency
Dari tampilan nilai frekuensi yang terdapat pada
halaman utama HMI/SCADA, secara tampilan grafik,
data logging, maupun pada tampilan LCD terlihat bahwa
nilai frekuensi selalu berubah-ubah atau tidak stabil, hal
ini disebabkan oleh input sistem dari alat Audio
Frequency Generator (AFG) yang digunakan memiliki
pengaturan frekuensi yang memiliki tingkat akurasi atau
presisi yang tidak terlalu baik dibandingkan Audio
Frequency Generator (AFG) digital yang dapat diatur
dengan perangkat keypad untuk mengatur nilai keluaran
Audio Frequency Generator (AFG).
Gambar 17 Tampilan Halaman Utama Monitoring Frekuensi
HMI/SCADA pada Kondisi Tombol Reset Ditekan
Hasil keluaran dari Audio Frequency Generator
(AFG) yang tidak stabil, atau pembacaan sistem
monitoring frekuensi yang berubah-ubah juga akan
menyebabkan pengaruh pada sistem pelepasan beban.
Gambar 17 menunjukkan bahwa pada saat
tombol reset ditekan, maka seluruh island mengalami
pemulihan ke kondisi normal yaitu frekuensi 50 Hz
kecuali pada island Cilacap. Ketika frekuensi pada
island Cilacap sudah kembali ke nilai 50 Hz (normal),
maka tampilan frekuensi di seluruh island akan kembali
sama atau kembali ke kondisi normal seperti ditunjukkan
oleh gambar 18.
C.
Pengujian Pelepasan Beban
Pengujian dilakukan dengan cara mengamati
kondisi lampu indikator dari gardu induk transmisi 150
kV yang termasuk ke dalam island Cilacap. Lampu
indikator ini terhubung dengan mikrokontroler
ATMega8535 melalui perantara relay 12 VDC untuk
6
keperluan proses pemutusan-penyambungan
listrik ke lampu indikator gardu induk tersebut.
tenaga
Pada saat frekuensi turun pada 48-49 Hz
dilakukan pelepasan beban yang merupakan gardu induk
yang digolongkan pada beban dengan prioritas rendah.
Dalam hal ini adalah gardu induk Lomanis dan
Majenang secara otomatis akan dilepas dari interkoneksi
Jawa
Madura
Bali.
Pada kondisi ini PORT C.0 mikrokontroler akan
memberikan logika 1 pada rangkaian relay 12 VDC
sehingga relay akan memutus aliran tenaga listrik yang
menuju lampu indikator gardu induk Lomanis dan gardu
induk Majenang.
1) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi Normal
dan Over Frequency
Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati
lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi ≥
50 Hz. Berikut ini tabel 3 akan menampilkan status nyala
lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang
termasuk ke dalam Island Cilacap.
TABEL III
STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA
SAAT FREKUENSI ≥ 50 HZ
No
1
Indikator
Status
Inter koneksi
Nyala
Tersambung
2
Nyala
3
4
3) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah
Normal Sebesar 46-47 Hz sebagai Island Tahap 1.
Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati
lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi
bernilai 46-47 Hz. Berikut ini tabel 5 akan menampilkan
status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150
kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
Nama Gardu Induk
Semen, Rawalo, Wates,
Purbalingga, Gebong,
Mrica
Kebumen, Purworejo,
Kalibakal, Bumiayu,
Kabesen,
Brebes, Pemalang, Walin,
Bantul, Lomanis,
Majenang, Cilacap
-
Padam
Terlepas
Tersambung
Padam
Terlepas
-
TABEL V
STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA
SAAT FREKUENSI 46-47HZ
-
Pada kondisi ini seluruh lampu indikator gardu
induk island Cilacap menyala. Relay 12 VDC yang
dipasangkan ke saluran tenaga listrik 220 VAC secara
normally closed. Hal ini dapat diartikan bahwa pada saat
frekuensi normal (≥ 50 Hz) tidak terjadi pelepasan
beban, yaitu seluruh gardu induk transmisi 150 kV terinterkoneksi dengan jaringan interkoneksi Jawa Madura
Bali.
TABEL IV
STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA
SAAT FREKUENSI 48-49 HZ
Status
Interkoneksi
1
Nyala
Tersambung
2
Nyala
3
4
No
Nama Gardu Induk
Semen, Rawalo, Wates,
Walin, Purbalingga, Mrica
Gebong, Kebumen, Bantul,
Purworejo, Kalibakal,
Brebes Bumiayu, Kabesen,
Pemalang, dan Cilacap
-
Padam
Terlepas
Tersambung
Padam
Terlepas
Lomanis dan Majenang
Status Interkoneksi
1
Nyala
Terlepas
2
Nyala
3
Padam
Tersambung
Tersambung
4
Padam
Terlepas
Nama Gardu Induk
Semen, Rawalo, Wates,
Purbalingga, Gebong,
Cilacap, Kebumen,
Purworejo, Kalibakal,
Bumiayu dan Kabesen
Lomanis, Majenang,
Brebes, Pemalang, Walin,
Bantul, Mrica
Pada saat frekuensi turun pada rentang 46-47
Hz dilakukan pelepasan beban yang merupakan gardu
induk yang berada di ujung Island Cilacap, sehingga jika
pemutus tenaga (PMT) pada gardu-gardu tersebut aktif,
maka Island Cilacap akan terlepas dari jaringan
interkoneksi Jawa Bali. Dalam hal ini adalah gardu induk
Brebes, Pemalang, Mrica, Walin dan Bantul. Pada
kondisi ini terbentuklah Island Cilacap tahap 1.
Pada frekuensi 46-47 Hz, PORT C.1
mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada
rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus
aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu
induk Brebes,Pemalang, Mrica, Walin dan Bantul.
2) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah
Normal Sebesar 48-49Hz.
Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati
lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi
bernilai 48-49 Hz. Berikut ini tabel 4 akan menampilkan
status nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150
kV yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
Indikator
Indikator
No
4) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah
Normal Sebesar 43-45 Hz sebagai Island Tahap 2.
Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati
lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi
43-45 Hz. Berikut ini tabel 6 akan menampilkan status
nyala lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV
yang termasuk ke dalam Island Cilacap.
-
7
Host Load (pembangkit berbeban sendiri). Dimana
pembangkit PLTU Cilacap melepaskan seluruh beban
yang ditanggungnya, hingga unit pembangkit kembali
dapat beroperasi secara normal, maka langkah ini harus
dilakukan. Pada saat unit pembangkit pada PLTU
Cilacap sudah mampu beroperasi pada kondisi normal,
maka pembangkit sudah dapat dihubungkan ke beban
dan ke jaringan interkoneksi Jawa Bali secara paralel.
Pada frekuensi ≤ 42 Hz, PORT C.3
mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada
rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus
aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu
induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong,
Kebumen dan Purworejo.
TABEL VI
STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA
SAAT FREKUENSI 43-45 HZ
Indikator
Status
Interkoneksi
1
Nyala
Terlepas
2
Nyala
3
Padam
Tersambung
Tersambung
4
Padam
Terlepas
No
Nama Gardu Induk
Semen, Rawalo, Wates,
Purbalingga, Gebong,
Cilacap, Kebumen,
Purworejo
Lomanis, Majenang, Brebes,
Pemalang, Walin, Bantul,
Mrica, Kalibakal, Bumiayu
dan Kabesen
E.
Pengujian Penyambungan Beban
Pada pengujian penyambungan kembali beban
dikondisikan pada frekuensi ≤42 Hz atau unit
pembangkit PLTU Cilacap berbeban sendiri (Host Load)
menuju kondisi normal. Tabel menunjukkan status
beban ketika nilai frekuensi dinaikkan.
Pada saat frekuensi turun pada rentang 43-45
Hz dilakukan pelepasan beban berupa gardu induk
Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen. Pada kondisi ini
terbentuklah Island Cilacap tahap 2. Dimana hanya
gardu induk dengan prioritas lebih tinggi dibandingan
beban atau gardu induk pada Island Cilacap tahap 1 yang
masih mendapat pasokan daya listrik dari pusat Island
Cilacap berupa pembangkit PLTU Cilacap.
Pada frekuensi 43-45 Hz,
PORTC.2
mikrokontroler akan memberikan logika 1 pada
rangkaian relay 12 VDC sehingga relay akan memutus
aliran tenaga listrik yang menuju lampu indikator gardu
induk Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen.
TABEL VIII
STATUS BEBAN YANG TERSAMBUNG KEMBALI SAAT
FREKUENSI DINAIKKAN.
No
1
Nyala
2
Nyala
3
Padam
Terlepas
Tersambung
Tersambung
4
Padam
Terlepas
Gardu Induk yang tersambung
kembali
1
≤42
Tidak ada
Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga,
Gebong, Kebumen dan Purworejo
3
4
5
43-45
46-47
48-49
≥ 50
Kalibakal, Bumiayu dan Kabesen
Brebes, Pemalang, Mrica, Walin dan
Bantul
Lomanis dan Majenang
Berdasarkan pengujian tersebut, perancangan
sistem ini berbeda dengan yang diterapkan oleh
perusahaan penyedia listrik di Indonesia PT. PLN dalam
proses penyambungan kembali beban (gardu induk).
Perbedaan tersebut adalah jika pada PT. PLN
terdapat tahapan sinkronisasi nilai frekuensi, tegangan
dan fasa antara jaringan transmisi dengan beban yang
akan disambung paralel, sedangkan pada perancangan
tugas akhir ini tidak melibatkan tahapan sinkronisasi
pada proses penyambungan kembali beban.
Berdasarkan pengujian pelepasan beban
maupun pengujian penyambungan beban kembali erat
hubungannya dengan kondisi pembacaan frekuensi dari
Audio Frequency Generator (AFG). Tampilan yang
menunjukkan kondisi sistem pada saat frekuensi
berubah-ubah ditunjukkan pada gambar 20.
TABEL VII
STATUS GARDU INDUK 150 KV DI ISLAND CILACAP PADA
SAAT FREKUENSI ≤ 42 HZ
Status
Interkoneksi
Frekuensi
(Hz)
2
5) Pengujian Kondisi Beban pada Frekuensi di Bawah
Normal Sebesar ≤ 42 Hz sebagai Tahap Host Load.
Pengujian dilakukan dengan dengan mengamati
lampu indikator beban, dimana pada kondisi frekuensi ≤
42 Hz. Berikut ini tabel 7 akan menampilkan status nyala
lampu indikator dari setiap gardu induk 150 kV yang
termasuk ke dalam Island Cilacap.
Indikator
No.
Nama Gardu Induk
Cilacap
Lomanis, Majenang, Brebes,
Pemalang, Walin, Bantul,
Mrica, Kalibakal, Bumiayu
Kabesen,Kebumen,
Purworejo, Semen, Rawalo,
Wates, Purbalingga, Gebong
Pada saat frekuensi turun sampai pada nilai ≤ 42
Hz dilakukan pelepasan beban seluruhnya yang masih
tersisa pada Island Cilacap tahap 2, yaitu berupa gardu
induk Semen, Rawalo, Wates, Purbalingga, Gebong,
Kebumen dan Purworejo. Pada kondisi ini terbentuklah
8
Gambar 20 Tampilan Halaman Data Logging Frekuensi HMI/SCADA
Pembacaan nilai frekuensi yang berubah seperti
pada gambar 20, terutama pada nilai frekuensi pada nilai
ambang perubahan kondisi island akan menyebabkan
terjadinya putus-sambung antara lampu indikator dengan
sumber listrik. Hal ini pada kenyataanya tidak
diperkenankan dan tidak boleh terjadi pada sistem
transmisi dan distribusi tenaga listrik oleh PT.PLN. Oleh
sebab itu, pengaturan putaran potensio AFG untuk
besaran output frekuensi AFG harus benar-benar tepat
pada kondisi nilai frekuensi tidak berubah-ubah atau
nilai frekuensi berubah-ubah namun masih dalam
klasifikasi kondisi yang sama.
3.
4.
5.
V PENUTUP
Kesimpulan
Berdasarkan pengujian dan analisis yang
dilakukan pada simulasi telemetering frekuensi dan
pelepasan beban, didapatkan kesimpulan berupa:
1. Pemanfaatan perangkat mikrokontroler dan zero
crossing detector pada plant simulasi telemetering
frekuensi dan pelepasan beban pada sistem island,
dapat mendekati fungsi perangkat transducer yang
digunakan oleh PT.PLN untuk mengukur besaran
frekuensi.
2. Program HMI yang dibuat memiliki fungsi antara
lain: monitoring (mengawasi kondisi dan status
plant), data logging and storage, trending
(menampilkan grafik secara real time dan historis).
3. Pelepasan beban dimulai saat frekuensi turun
menjadi 48-49 Hz dengan status wilayah keja
island Cilacap masih terhubung dengan
interkoneksi Jawa Madura Bali. Saat frekuensi
turun menjadi 46-47 Hz status island Cilacap
berubah menjadi island tahap 1, sedangkan pada
frekuensi 43-45 Hz island masuk ke dalam tahap 2.
Pada saat frekuensi turun menjadi ≤ 42 Hz sistem
berubah status menjadi host load (berbeban
sendiri).
4. Simulasi penyambungan kembali beban, hanya
memanfaatkan logika kebalikan (invers) dari
algoritma pelepasan beban. Pada frekuensi tertentu
beban dihubungkan kembali pada sistem dengan
menutup kontak relay.
5. Pada plant simulasi telemetering frekuensi dan
pelepasan beban pada sistem island, frekuensi
ditampilkan dengan cara penjumlahan pulsa yang
dihasilkan rangkaian zero crossing detector dalam 1
detik oleh perangkat mikrokontroler.
A.
6.
dari rangkaian zero crossing detector, agar
didapatkan nilai frekuensi yang lebih akurat.
Sebaiknya untuk pengembangan plant simulasi
telemetering frekuensi dan pelepasan beban
pada sistem island, tahapan sinkronisasi
dimasukkan ke dalam proses penyambungan
beban kembali.
Sebaiknya dibuat beberapa tombol kendali
(control button) pada software tampilan HMI,
agar pada keadaan apapun, pengendalian bukatutup relay dapat dilakukan dari layar
HMI/SCADA.
Pengembangan dengan penggunaan perangkat
Programmable Logic Controller (PLC) sebagai
unit pengendali pada perancangan tugas akhir
ini dapat dilakukan agar penambahan perangkat
input, output dan modul elektronik lainnya
dapat lebih mudah dilakukan. PLC juga lebih
handal dikarenakan PLC merupakan perangkat
yang berbasis industri.
Penggunaan perangkat lunak (software) khusus
HMI/SCADA, misalnya Intouch Wonderware,
Vijeo Citect, Intellution dan berbagai software
berbasis industri lainnya akan memudahkan
dalam membangun tampilan HMI/SCADA dan
memudahkan dalam penambahan komponen
dalam tampilan HMI/SCADA.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Almanshury, M. Said, Studi Kasus: Monitoring Frekuensi
Island di RJTD dengan menggunakan Jaringan Intranet,
PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat Pengaturan
Beban Jawa Bali, 2011.
[2] Bailey, D. dan Wright E., Practical SCADA for Industry,
Oxfort: Elsevier, 2003.
[3] Ding, Duo., P.Z. David dan J. Wooyaoung, “A VoltageFrequency Island Aware Energy Optimization Framework
for Networks-on-Chip”, Texas University, Amerika Serikat,
2008.
[4] Handoko, Skripsi: Pemanfaatan Mikrokontroler ATMEL
ATMEGA8515
sebagai Penghitung Frekuensi pada
Generator Sinkron , Teknik Elektro, Universitas
Diponegoro, Semarang, 2006.
[5] Heryanto, M. Ary dan A.P. Wisnu, Pemrograman Bahasa C
Untuk Mikrokontroler AT MEGA 8535, Penerbit Andi,
Yogyakarta, 2008.
[6] Kurniawan, M. Supono, Skripsi: Perancangan Simulasi
Supervisory Controls and Data Acquisition (SCADA) pada
Prototipe Sistem Listrik Redundant, Teknik Elektro,
Universitas Diponegoro, Semarang, 2012.
[7] Pasand, S. dan Sayawe, H.M., “Design of New Load
Shedding Special Protection Schemes for a Double Area
Power System”, American Journal of Applied Sciences, 6
(2): 317-327, 2009.
[8] Patriandari, Skripsi: Analisis Pengoperasian Speed Droop
Governor sebagai Pengaturan Frekuensi pada Sistem
Kelistrikan PLTU Gresik, Teknik Elektro, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember, Surabaya, 2010.
[9] Permana, Inggih Surya, Skripsi: Rancang Bangun
Pengaturan Beban secara Elektronik pada Pembangkit
Listrik”, Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronik
Negeri Surabaya (PENS-ITS), Surabaya, 2010.
[10] Pramono, J., M.C. Buwono dan Zamruni, Makalah Teknik
Tenaga Listrik: Transmisi Tenaga Listrik, Teknik Elektro,
Universitas Indonesia, Jakarta, 2010.
[11] Sujatmoko, MN., “Dasar-Dasar Control Component Dan
Sysmac”, Departement Manufaturing Engineering, PT.
Omron Manufacturing Of Indonesia, 2000.
[12] Tiyono, Agus, Skripsi: Sistem Telekontrol SCADA Dengan
Fungsi Dasar Modbus menggunakan Mikrokontroler
AT89S51 dan Komunikasi Serial RS48, Teknik Elektro,
Universitas Diponegoro, Semarang, 2007.
B.
Saran
Pada pengembangan sistem lebih lanjut ada
beberapa saran yang dapat dilakukan yaitu sebagai
berikut:
1. Untuk keperluan pengembangan sebaiknya
menggunakan masing-masing satu unit
mikrokontroler untuk setiap island dan
dihubungkan dalam satu jaringan lokal (local
area network) dengan protokol komunikasi
TCP/IP, agar simulasi lebih menggambarkan
keadaan sesungguhnya di lapangan.
2. Sebaiknya pembacaan nilai frekuensi dilakukan
dengan cara menghitung periode antar pulsa
9
[13] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya,
Penerbit Gramedia, Jakarta, 1995.
[14] ---,
Daftar Istilah SCADA, http://www.dunialistrik.blogspot.com, Nopember 2011.
[15] ---,
Load
Shedding
(Pelepasan
Beban),
http://electricdot.wordpress.com, Nopember 2011.
[16] ---,
Load
Frequency
Control,
http://imaduddin.wordpress.com, Nopember 2011.
[17] ---,
“Master Station: Spesifikasi Teknis Fungsi
SCADA”, PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat
Pengaturan Beban Jawa Bali, 2006.
[18] ---,
“Spesifikasi Sistem Otomasi Gardu Induk
(SOGI)”, PT. PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat
Pengaturan Beban Jawa Bali, 2010.
[19] ---,
“Telekomunikasi Sistem Tenaga Listrik”, PT.
PLN (Persero) Penyaluran Dan Pusat Pengaturan Beban
Jawa Bali, 2006.
[20] --Datasheet
IC
phototransistor
4N35
,http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/4N35html
Ridho Saputro Hutomo
( L2F 007 068 )
dilahirkan di Surabaya, 27
Desember 1989, Saat ini sedang
menyelesaikan studinya di Teknik
Elektro
Fakultas
Teknik
Universitas
Diponegoro,
konsentrasi Kontrol.
Mengetahui dan mengesahkan,
Pembimbing I
Iwan Setiawan, ST, M.T
NIP. 197309262000121001
Tanggal:____________
Pembimbing II
Dr. Aris Triwiyatno, ST, MT
NIP. 197508091999031002
Tanggal:____________
10