judul skripsi

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan sistem tenaga listrik yang terinterkoneksi harus beroperasi
pada frekuensi nominal dengan batas toleransi yang diizinkan, akan tetapi karena
variasi beban dari waktu ke waktu dan adanya gangguan, frekuensi tidaklah dapat
selalu berada pada batas toleransi yang diizinkan. Untuk mengatasi variasi beban
sistem, generator harus mampu menyesuaikan daya yang dibangkitkan sehingga
dapat mempertahankan frekuensi nominalnya.
Chevron Pacific Indonesia merupakan salah satu perusahaan energi terbesar di
dunia yang bergerak dalam bidak minyak dan gas bumi, yang mencakup kegiatan
eksplorasi, pengolahan dan produksi, pemasaran dan transportasi, manufaktur produk
kimia, serta pembangkitan energi listrik. Pusat kegiatan operasi perusahaan di
Indonesia berada di Riau, Sumatera. Pihak perusahaan selalu melakukan studi – studi
peningkatan kualitas sistem kelistrikannya agar didapatkan sistem yang dapat bekerja
semakin efisien. Pada tahun 2014, Chevron kehilangan salah satu beban yaitu BOB
(Badan Operasi Bersama) sehingga berencana melakukan studi evaluasi terhadap
metode pelepasan beban (load shedding). Dapat dilihat single line diagram beban
BOB pada Gambar 1.1.
1
2
Gambar 1.1 Single line diagram Beban Badan Operasi Bersama PT. CPI
Pelepasan beban merupakan teknik pengontrolan atau pemutusan beban
berdasarkan prioritas apabila terjadi gangguan yang telah diimplementasikan pada
beberapa lokasi di eksisting sistem (Zin, Hfiz, & Aziz, 2004). Pada umumnya untuk
mengatasi terjadinya ketidakstabilan sistem misalkan pada penurunan frekuensi yang
diakibatkan oleh terjadinya kenaikan beban yang dirasakan sistem secara tiba-tiba.
Kenaikan beban yang dirasakan oleh sistem secara tiba-tiba disebabkan salah satu
generator trip pada sistem menyebabkan generator lain untuk memikul beban
tambahan dari beban yang diampu dari generator trip tersebut. Dari kasus tersebut
dapat menyebabkan penurunan frekuensi pada generator lain dan ketidakstabilan
seperti penurunan tegangan pada bus-bus yang terhubung pada beban-beban seperti
motor (J. Grainger & Stevenson, Jr., 1983)
3
Sistem tenaga listrik yang digunakan pada industri ini, memiliki frekuensi
nominal 60 Hz. Sistem dikatakan berada dalam keadaan operasi baik bila frekuensi
dalam batasan kisaran operasi nominal (60 ± 0,2 Hz), kecuali penyimpangan dalam
waktu singkat diperkenankan (60 ± 0,5 Hz).
Pada umumnya rekursi (penyimpangan frekuensi yang disebabkan variasi
pada beban sistem) sangatlah kecil, hal ini disebabkan oleh besarnya momen inersia
generator – generator pada sistem, dan adanya peran governor pada generator –
generator tersebut. Namun, apabila terjadi perbedaan yang cukup besar antara daya
pembangkitan dengan beban sistem, maka akan terjadi rekursi frekuensi yang
signifikan. Kelebihan daya pembangkitan akan mengakibatkan overfrequency, dan
sebaliknya kekurangan (defisit) daya pembangkitan menimbulkan underfrequency
pada sistem.
Studi tentang penanganan rekursi frekuensi lebih ditekankan pada keadaan
underfrequency daripada keadaan overfrequency, hal ini dikarenakan keadaan
overfrequency dapat segera ditangani dengan cara menurunkan daya yang
dibangkitkan pada generator melalui governor maupun kendali manual, peningkatan
kecepatan shaft generator akan meningkatkan kemampuan sistem pendinginan, dan
meningkatkan pula kapabilitas pembebanan generator. Sedangkan keadaan
underfreuency tidak dapat ditangani secara lokal, penuruan kecepatan shaft generator,
akan menurunkan sistem pendinginan pada generator, dan dengan itu pula menurunya
kapabilitas pembebanan generator.
Sistem yang beroperasi dibawah frekuensi nominalnya adalah sistem dalam
keadaan overload. Dalam keadaan overload, generator dan terutama turbin akan
4
mengalami keadaan yang akan memicu kerusakan. Turbin akan mengalami resonansi
mekanik. Resonasi mekanik ini dapat menyebabkan turbine blade retak atau bahkan
mengalami kerusakan yang parah. Oleh karena itu, jika aksi governor tidak dapat
mengembalikan sistem ke keadaan frekuensi normal, generator akan segera
dipisahkan dari sistem oleh alat proteksi, dan selanjutnya memungkinkan terjadinya
system collapse. Underfrequency load shedding (UFLS) adalah upaya terakhir untuk
menyelamatkan sistem dari keadaan collapse.
Underfrequency load shedding (UFLS) didesain untuk melepaskan beban
yang cukup, untuk mengembalikan keseimbangan daya antara pembangkitan dan
beban pada sistem, dan memperbaiki keadaan underfrequency. Penurunan frekuensi
adalah tolok ukur dari tingkat keparahan keadaan overload pada sistem.
Pihak PT. Chevron Pacific Indonesia menginginkan adanya studi mengenai
frekuensi sistem yang akan menurun akibat lepasnya generator. Dapat dilihat pada
Gambar 1.2 single line diagram sistem kelistrikan industri ini. Studi ini dilakukan
dengan tujuan untuk menjaga stabilitas sistem kelistrikan pada PT. CPI manakala
terjadi gangguan atau kondisi yang menyebabkan kondisi transien dimana
pembebanan pada masing – masing pembangkit yang interkoneksi dengan sistem
akan secara signifikan bertambah besar, dikarenakan sistem harus tetap menyuplai
beban yang seharusnya disuplai oleh pembangkit yang terlepas tersebut.
5
Gambar 1.2 Single line diagram PT. CPI
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang ada, kondisi sistem tenaga listrik industri
bersifat dinamis, artinya perubahan dari waktu ke waktu, baik konfigurasi sistem,
beban sistem, unit pembangkit yang masuk ke dalam sistem. Karena kedinamisan
inilah dibutuhkan adanya studi yang berkesinambungan dan berkala mengenai
underfrequency load shedding sistem tenaga listrik. Pada penelitian ini digunakan
data perhitungan dari PT. Chevron Pacific Indonesia sebagai obyek penelitian dalam
peninjauan skema load shedding yang salah satu bebannya dilepas. Beban yang
dilepas tersebut adalah BOB (Badan Operasi Bersama) yang digunakan di industri
tersebut. Peneliti menggunakan data yang didapatkan pada kondisi cuaca terburuk
6
pada tengah tahun 2014 di Sumatra. Data tersebut akan disimulasikan dan dianalisis
respon frekuensi pada masing – masing kasus serta memastikan sistem kembali
normal setelah load shedding.
Hasil dari penelitian merupakan skema perhitungan load shedding dan
rekomendasi terhadap sistem kelistrikan di industri ini. Skema dan rekomendasi
diharapkan dapat menjadi acuan pada keberlangsungan stabilitas sistem tenaga listrik
pada industri ini. Pada akhir penelitian ini akan ada perhitungan dari spinning reserve
setelah load shedding.
1.3.
Batasan Masalah
Untuk
memperoleh
pembahasan
yang
mengarah
pada
tujuan
dan
memudahkan proses pengolahan data, maka ditetapkan batasan-batasan masalah
terhadap penelitian yang dilakukan. Berikut adalah batasan-batasan masalah dalam
penelitian ini.
1.
Tugas akhir ini hanya membahas sistem pelepasan beban berdasarkan
studi kestabilan transient, dengan kasus berupa lepasnya generator dari
sistem.
2.
Metode pelepasan beban mengacu terhadap turunnya frekuensi sistem.
3.
Studi kestabilan dilakukan dengan analisis pada respon frekuensi saat
terjadi gangguan dan setelah terjadinya pelepasan beban.
4.
Skenario lepasnya generator dari sistem dibatai sampai dengan 4
generator utama dari total 20 generator.
7
5.
Studi perancangan dibatasi sampai dengan aspek teknis, sedangkan
untuk aspek ekonomi tidak dilakukan.
6.
Gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik sangalah banyak dan
beragam, oleh karena itu dalam tugas akhir ini gangguan yang
dimaksud adalah gangguan yang menyebabkan beban lebih (overload).
Adapun contoh overload yang dimaksud adalah penambahan daya
beban dan berkurangnya daya pembangkitan dalam jumlah besar dan
secara tiba – tiba, yang menyebabkan penurunan frekuensi.
1.4.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut :
1.
Untuk mempelajari pola pengamanan sistem tenaga listrik PT. CPI
setelah kehilangan beban BOB (Badan Operasi Bersama), khususnya
mengenai underfrequency load shedding dengan melakukan simulasi
terburuk yang dapat terjadi pada sistem kelistrikan secara keseluruhan.
2.
Menentukan skema load shedding dengan tingkat akurasi pelepasan
beban tinggi sebagai salah satu komponen pola pengamanan (proteksi)
sistem tenaga listrik
1.5.
Metode Penulisan
Dalam membuat karya yang baik, penulisan penelitian ini dilakukan dengan
metode – metode mendasar sebagai berikut :
8
1.
Studi literatur, yaitu mempelajari dasar teori yang berkaitan dengan judul
penelitian.
2.
Pengumpulan data lapangan, yaitu mengumpulkan data – data sistem tenaga.
3.
Analisa hasil simulasi awal tanpa adanya sistem pelepasan beban.
4.
Perhitungan perancangan konfigurasi rele frekuensi, serta analisis simulasi
setelah dilakukan penambahan rele frekuensi.
5.
Perbandingan antara sistem skema load shedding yang lama dengan skema
perancangan baru.
1.6.
Sistematika Penulisan
Secara keseluruhan, sistematika penulisan pada penelitian ini terbagi menjadi
lima bagian atau bab, dengan rincian bab sebagai berikut.
1.
Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, dan sistematika penulisan.
2.
Bab II Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori, mengenai konsep stabilitas
transien yang merupakan dasar dari studi underfrequency load shedding.
Dipaparkan pula mengenai konsep studi underfrequency load shedding
beserta aspek – aspek terkait secara umum.
3.
Bab III Metode Penelitian, menguraikan secara singkat langkah-langkah
dalam melakukan penelitian.
4.
Bab IV Hasil dan Analisis, berisi analisis hasil penelitian simulasi stabilitas
transien menggunakan ETAP Power Station 7.5.0 dan perancangan skema
9
underfrequency load shedding untuk sistem tenaga listrik PT. Chevron Pacific
Indonesia.
5.
Bab V Kesimpulan dan Saran, berisi kesimpulan dan saran untuk penelitian
serupa atau untuk obyek yang sama di waktu yang akan datang.