Tugas Makalah Gejala Medan Tinggi [PDF]

Citation preview

MAKALAH GEJALA MEDAN TINGGI DAMPAK GEJALA MEDAN TINGGI AKIBAT LOAD SHEDDING (PELEPASAN BEBAN) PADA GENERATOR



Dosen : M. Irsyam, ST, M.si



Disusun oleh KELOMPOK TEKNIK ELEKTRO GENAP Masri



11.03.0.018



Ady Nugroho



11.03.0.036



Guntur Saputra



11.03.0.022



Ruly Sumargo



12.03.3.058



FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS RIAU KEPULAUAN 2013



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Sistem tenaga listrik membutuhkan keseimbangan yang terus menerus, energi pada penggerak awal dengan beban listriknya agar dapat beroperasi dengan stabil. Beban listrik terus bervariasi seperti misalnya beban penerangan, peralatan listrik, atau motor-motor listrik. Perubahan sebuah beban mungkin relative kecil dibandingkan sistem tenaga listrik secara keseluruhan tetapi setiap kali beban bertambah atau berkurang harus diikuti dengan perubahan daya pada penggerak awal generator. Jika daya mekanik pada poros penggerak awal tidak dengan segera menyesuaikan dengan besarnya beban listrik maka frekuensi dan tegangan akan bergeser dari posisi normal. Keadaan yang lebih buruk dapat terjadi apabila ada pada sistem seperti pada saluaran transmisi/Sistem Distribusinya, hilangnya pembangkitan atau beban yang besar. Pada sisi pembangkit, adanya peralatan kontrol seperti governor pada turbin dan regulator tegangan diharapkan dapat mengembalikan tegangan dan frekuensi ke posisi normal atau masih dalam batas-batas yang dapat diterimaApabila terjadi ketidakstabilan pada bagian pembangkit listrik dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan daya pada sebagian atau bahkan ke seluruh konsumen. Beberapa kondisi yang menyebabkan sistem pembangkit menjadi tidak stabil antara lain gangguan hubung singkat pada saluran transmisi, pelepasan beban generator, perubahan beban secara tiba-tiba atau switching saluran. Untuk jenis gangguan ini, terkadang memerlukan tindakan lebih anjut yang cepat agar tidak terjadi pemadaman total (blackout), dan membuat sistem kembali stabil serta bekerja secara optimal. Salah satu tindakan yang dilakukan adalah melakukan pelepasan beban (load shedding) secara bertahap. 1.2 Identifikasi Masalah Sesuai dengan judul perancangan dan latar belakang



permasalahan, maka yang



menjadi pokok - pokok pembahasan dalam karya tulis ini ini dapat dirumuskan sebagai berukut:



1) Apakah permasalahan yang terjadi pada sisi pembangkit tenaga listrik? 2) Bagaimana menanggulangi permasalahan pada sisi pembangkit listrik jika mengalami pembebanan secara berlebihan? 3) Apakah pengertian dari load shedding pada generator? 4) Apakah latar belakang terjadinya load shedding pada generator? 5) Bagaimana proses eksekusi dari load shedding pada generator? 6) Sebutkan klasifikasi dari load shedding? 7) Apakah dampak dari load shedding generator?



1.3 Pembatasan Masalah



Agar tujuan penlisan tugas makalah ini sesuai dengan yang diharapkan serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan diatas, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut : (1) Pengertian pelepasan beban generator (load shedding) secara teknis. (2) Penyebab terjadinya load shedding pada generator secara umum. (3) Prosedur dalam melakukan load sheeding pada generator. (4) Karya tulis ini tidak membahas mengenai jenis penggerak mekanik awal dari sistem pembangkit listrik dan juga saluran transmisi maupun distribusi listrik. (5) Perhitungan pada bagian generator secara spesifik (misalnya persamaan ayunan, pergeseran sudut rotor, dan lain-lain) diabaikan. Rumusan perhitungan overload hanya di bahas secara umum. (6) Beberapa dampak dari load shedding pada generator. (7) Proses load restoration tidak dibahas secara mendetail. .



BAB II LANDASAN TEORI



2.1 Kestabilan Sistem Tenga Listrik A. Definisi Kestabilan Stabilitas sistem tenaga dapat secara luas didefinisikan sebagai properti dari sistem tenaga yang memungkinkan untuk tetap berada dalam keadaan seimbang dalam kondisi operasi normal dan dapat kembali mencapai keadaan yang seimbang lagi setelah mengalami gangguan. B. Analisis Kestabilan Sistem Tenaga Listrik Dalam keadaan operasi yang stabil dari sistem tenaga



listrik, terdapat



keseimbangan antara daya input mekanis pada prime mover dengan daya output listrik (beban) pada sistem. Dalam keadaan ini semua generator berputar pada kecepatan sinkron. Namun sistem tidak selalu berjalan dengan stabil, dimana sistem selalu mengalami gangguan ( kecil maupun besar). Gangguan kecil terjadi akibat perubahan beban secara kontinyu, dan sistem selalu berusaha untuk bertahan pada kondisi tersebut. Sedangkan yang termasuk gangguan besar adalah hubung singkat, hilangnya daya dari generator atau beban secara tiba–tiba dengan kapasitas besar yang melebihi daya yang dihasilkan oleh generator. Bila sistem tidak dapat mengatasi gangguan besar maka sistem akan kehilangan posisi sinkronnya. Dan hal ini yang akan menyebabkan rotor dari generator berayun (tidak stabil) karena adanya torsi yang mengakibatkan perlambatan pada rotor tersebut. Kestabilan sistem pembangkit dibagi menjadi tiga area yaitu : 1. Rotor angle stability. 2. Voltage stability and Voltage Collapse. 3. Frequency stability. D. Gangguan yang Dapat Mempengaruhi Kestabilan Sistem Tenaga Listrik Terdapat beberapa gangguan yang dapat mempengaruhi suatu sistem tenaga listrik. Gangguan tersebut antara lain: 1. Gangguan Hubung Singkat.



2. Starting Motor 3. Penambahan beban secara tiba-tiba. 4. Pelepasan beban generator.



2.2 Pelepasan Beban (Load Shedding) pada Generator Setiap



generator



atau



pembangkit



tenaga



listrik



akan



selalu



mencoba



menyeimbangkan output daya yang dihasilkan dengan beban yang di gandengnya. Penggerak utama generator listrik akan mengalami perlambatan pergerakan pada saat terjadi beban lebih. Apabila sumber pembangkit listrik dalam saluran tenaga listrik terdiri atas beberapa sumber, maka akan terjadinya daya yang berayun (beban tidak berimbang diantara pembangkit) dan juga penurunan frekeunsi listrik yang dihasilkan. Penurunan nilai frekuensi listrik ini akan dapat membahayakan generator listrik, sebagai contoh pada sistem pembangkit tenaga panas. Daya output pada pembangkit ini bergantung pada gaya gerak bantu motor , seperti pompa boiler feed water, perangkat penghancur batu bara, dan perangkat umpan baliknya. Pada saat frekuensi sistem pembangkit turun, output dari gaya gerak bantu motor akan mengalami penurunan secara drastis. Hal ini mempengaruhi jumlah energi input pada generator pembangkit listriknya. Saat penurunan frekuensi listrik yang dihasilkan terus menurun, pembangkit listrik akan mengalami keadaan yang berbahaya, karena pada penggunaan yang lama, turbin uap yang dipergunakan akan rusak. Untuk menghindari pemadaman secara keseluruhan pada sistem tenaga listrik yang ada, under frequency relays dipergunakan untuk melakukan pelepasan beban secara bertahap, sesuai dengan skala prioritas yang telah ditentukan oleh pihak pengelola pembangkit listrik. Langkah pelepasan ini harus diambil dengan cepat dan dapat mengembalikan sistem dari kondisi frekuensi rendah, ke kondisi normal. Proses pelepasan beban dari pembangkit listrik ini disebut Load shedding.



BAB III PEMBAHASAN



3.1 Alat pembagi beban generator Listrik seperti kita ketahui adalah bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, di mana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi, potensial air dan energi angin. Sistem pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin generator tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin turbin, mesin diesel atau mesin balingbaling.



Dalam pengoperasian pembangkit listrik dengan generator, karena faktor keandalan dan fluktuasi jumlah beban, maka disediakan dua atau lebih generator yang dioperasikan dengan tugas terus-menerus, cadangan dan bergiliran untuk generator-generator tersebut. Penyediaan generator tunggal untuk pengoperasian terus menerus adalah suatu hal yang riskan, kecuali bila bergilir dengan sumber PLN atau peralatan UPS.



Untuk memenuhi peningkatan beban listrik maka generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar generator atau paralel generator dengan sumber pasokan lain yang lebih besar misalnya dari PLN. Sehingga diperlukan pula alat pembagi beban listrik untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya.



Operasi Generator Secara Paralel



Pasokan listrik ke beban dimulai dengan



menghidupkan satu generator, kemudian secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan generator tersebut, selanjutnya menghidupkan lagi generator berikutnya dan memparalelkan dengan generator pertama untuk memikul beban yang lebih besar lagi. Saat generator kedua diparalelkan dengan generator pertama yang sudah memikul



beban diharapkan terjadinya pembagian beban yang semula ditanggung generator pertama, sehingga terjadi kerjasama yang meringankan sebelum beban-beban selanjutnya dimasukkan.



Seberapa besar pembagian beban yang ditanggung oleh masing-masing generator yang bekerja paralel akan tergantung jumlah masukan bahan bakar dan udara untuk pembakaran mesin diesel, bila mesin penggerak utamanya diesel atau bila mesin-mesin penggeraknya lain maka tergantung dari jumlah (debit) air ke turbin air, jumlah (entalpi) uap/gas ke turbin uap/gas atau debit aliran udara ke mesin baling-baling.



Jumlah masukan bahan bakar/ udara, uap air/ gas atau aliran udara ini diatur oleh peralatan atau katup yang digerakkan governor yang menerima sinyal dari perubahan frekuensi listrik yang stabil pada 50Hz, yang ekivalen dengan perubahan putaran (rpm) mesin penggerak utama generator listrik. Bila beban listrik naik maka frekuensi akan turun, sehingga governor harus memperbesar masukan ( bahan bakar/udara, air, uap/gas atau aliran udara) ke mesin penggerak utama untuk menaikkan frekuensinya sampai dengan frekuensi listrik kembali ke normalnya.



Sebaliknya bila beban turun, governor mesin-mesin pembangkit harus mengurangi masukan bahan bakar/udara, air, uap air/gas atau aliran udara ke mesin-mesin penggerak sehingga putarannya turun sampai putaran normalnya atau frekuensinya kembali normal pada 50 Hz. Bila tidak ada governor maka mesin-mesin penggerak utama generator akan mengalami overspeed bila beban turun mendadak atau akan mengalami overload bila beban listrik naik.



3.2 Prinsip Alat Pembagi Beban Generator Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0 % sampai dengan 100% kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0 % sampai dengan 100 % sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100 % pada tegangan dan frekuensi yang konstan.



Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan sinyal masukan dari keluaran arus generator berupa elektris, sehingga masukan ini perlu diubah ke mekanis dengan menggunakan elektric actuator untuk menggerakkan motor listrik yang menghasilkan gerakan mekanis yang diperlukan oleh governor. Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya disamakan tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban listrik tidak akan dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran tegangan dan frekuensinya selama beban masih dibawah kapasitas total paralelnya, sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak digunakan sebagai sumber sinyal bagi governor. Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator sebagai sumber sinyal pembagian beban sistem paralel generator-generator tersebut.



Saat diparalelkan pembagian beban generator belum seimbang/sebanding dengan kemampuan masing-masing generator. Alat pembagi beban generator dipasangkan pada masing-masing rangkaian keluaran generator, dan masing-masing alat pembagi beban tersebut dihubungkan secara paralel satu dengan berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masing-masing generator dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing generator. Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban akan merupakan petunjuk posisi governor berapa % , atau arus yang lewat berapa % dari kemampuan generator. Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alat-alat pembagi beban dengan jumlah arus kemampuan generator -generator yang beroperasi paralel dikalikan 100 (%) merupakan nilai posisi governor yang harus dicapai oleh setiap mesin penggerak utama sehingga menghasilkan keluaran arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan masingmasing generator. Bila ukuran generator sama maka jumlah arus yang dideteksi oleh masing-masing alat pembagi beban dibagi jumlah generator merupakan arus beban yang harus dihasilkan oleh generator setelah governornya diubah oleh electric actuator yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sesaat setelah generator diparalelkan .



Instalasi Teknis Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan komponenkomponen seperti berikut : trafo arus, trafo tegangan (sebagai pencatu daya), electric actuator, potensiometer pengatur kecepatan dan saklar-saklar bantu. Lihat diagram pengkabelannya dalam Gambar 1.



1. Trafo arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai dengan sebesar arus sinyal yang sesuai untuk alat pembagi beban generator (biasanya maksimum 5 A atau = 100 % kemampuan maksimum generator) 2. Trafo tegangan berfungsi sebagai sumber daya bagi alat pembagi beban, umumnya dengan tegangan 110 V AC, 50 Hz; dibantu adapter untuk keperluan tegangan DC. 3. Electric actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sehingga mampu menggerakkan motor DC di governor sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang diharapkan. 4. Potensiometer pengatur kecepatan adalah alat utama untuk mengatur frekuensi dan tegangan saat generator akan diparalelkan atau dalam proses sinkronisasi. Tegangan umumnya sudah diatur oleh AVR, sehingga naik turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin penggerak. Setelah generator dioperasikan paralelkan atau sudah sinkron dengan yang telah beroperasi kemudian menutup Mccb generator, fungsi potensiometer pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban generator. Untuk lebih akuratnya pengaturan kecepatan dalam proses sinkronisasi secara manual, biasanya terdapat potensiometer pengatur halus dan potensiometer pengatur kasar. 5. Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh SPM (modul pemaralel generator) dengan mengatur tegangan dan frekuensi keluaran dari generator, kemudian mencocokan dengan tegangan dan frekuensi sistem yang sudah



bekerja secara otomatis, setelah cocok memberikan sinyal penutupan ke Mccb generator sehingga bergabung dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat dilihat dalam satu panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa generator dimana masing-masing panel generator mempunyai saklar sinkron disamping SPM-nya.



Dalam Gambar 2



ditunjukkan penggunaan alat pembagi beban generator dalam suatu sistem kontrol tenaga generator, kontrol mesin penggerak dan managemen beban.(file power generation control). f. Saklar-saklar bantu pada alat pembagi beban generator berfungsi sebagai alat manual proses pembagian (pelepasan & pengambilan) beban oleh suatu generator yang beroperasi dalam sistem paralel. Misalnya *saklar 1 ditutup untuk meminimumkan bahan bakar diesel yang berarti melepaskan beban.* Saklar 3 ditutup untuk menuju pada kecepatan kelasnya (rated speed) yang berarti pengambilan beban dari generator yang perlu diringankan beban listriknya. Setelah generator beroperasi secara paralel, generator-generator dengan alat pembagi bebannya selalu merespon secara aktif segala tindakan penaikan atau penurunan beban listrik, sehingga masing-masing generator menanggung beban dengan prosentasi yang sama diukur dari kemampuan masing-masing.



Kesimpulan 1. Alat pembagi beban generator merupakan peralatan otomatis yang menyeragamkan operasi governor dalam menaikkan atau menurunkan power mesin atau daya generator sesuai perubahan bebannya, dan sangat diperlukan bila memiliki lebih dari dua generator dengan karakteristik yang berbeda yang beroperasi secara paralel. 2. Dengan alat pembagi beban generator, maka setiap generator mempunyai faktor penggunaan (beban maksimum dibagi kapasitas generator) yang sama dan kecil yang berarti bagus. 3. Perubahan beban akibat pemasukan atau pengeluaran generator dari sistem paralel generator-generator akan dirasakan sama oleh setiap generator dalam sistem tsb , tanpa overload atau overspeed.



4. Alat pembagi beban generator hanya bisa diterapkan pada generator set-engine yang mempunyai governor dan bisa dikembangkan untuk sistem kontrol yang lebih lanjut seperti kontrol dengan distributed control system (DCS).