TUGAS AKHIR

ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DAN PELEPASAN BEBAN DI PT. WILMAR NABATI GRESIK AKIBAT ADANYA

PENGEMBANGAN SISTEM KELISTRIKAN FASE 2

WIJAYA KHISBULLOH -------2208100001--------

Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D Dr. Eng. Ardyono Priyadi, ST. MT

Dosen Pembimbing

1. Latar Belakang

2. Perumusan Masalah

3. Tujuan

4. Metode

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Pengembangan Pabrik Fase 2

Penambahan Beban dan Suplai (PLN, GTG 10 Mw dan 6.4 MW)

1. Perlu adanya analisis ulang tentang kestabilan sistem apabila mengalami gangguan.

2. Adapun gangguan yang mungkin terjadi dan perlu dilakukan analisis ulang antara lain : Generator Lepas, Motor Starting, Hubung Singkat dan hilangnya suplai dari PLN.

3. Perlu adanya analisis ulang akan tindakan, atau rekomendasi yang harus dilakukan apabila terjadi gangguan tersebut.

RUMUSAN MASALAH

Analisa sistem kelistrikan di PT. Wilmar Nabati Gresik dengan beberapa kasus konfigurasi dan skema pembebanan yang ada.

Analisis dan simulasi Stabilitas Transien (Transient Stability Analisys) dengan memperhatikan respon sudut rotor dan putaran generator serta respon tegangan dan frekuensi bus utama pada system akibat adanya kasus gangguan seperti generator lepas (generator trip), lepasnya suplai PLN (utility trip), Motor Starting, hubung singkat (short circuit) pada sistem kelistrikan PT. Wilmar Nabati Gresik

Perencanaan dan evaluasi skema pelepasan beban yang efektif dan handal.

Perangkat lunak yang digunakan dalam simulasi dan analisis adalah software Electrical Transient Analysis Program (ETAP).

TUJUAN

Merancang sebuah skema pelepasan beban (Load Shedding) yang handal

Melaksanakan studi mengenai kestabilan transien sistem kelistrikan PT. Wilmar Nabati Gresik

Mendapatkan Rekomendasi yang diperlukan.

Menjaga Beban-beban penting saat terjadi gangguan

METODE

1. Studi Literatur

2. Pengumpulan Data

3. Pengolahan Data dan Pemodelan sistem

4. Simulasi dan Analisis Data

5. Penulisan Buku Tugas Akhir

1. Definisi Kestabilan

2. Standart

3. Jenis Gangguan

DASAR TEORI

DEFINISI KESTABILAN

Rotor angle stability.

Voltage stability and Voltage Collapse.

Long Term and Mid Term Stability

Studi Kestabilan dibagi menjadi tiga

Sumber : Power System Stability and Control by Prabha Kundur

STANDAR ANSI/IEEE Std C37.106-1987

Step Frequency Trip

Point (Hz) Percent of Load Shedding (%)

Fixed Time Delay (Cycles) on Relay

1 59.3 10 6 2 58.9 15 6

3 58.5 As Required to arrest

decline before 58.2 Hz

VOLTAGE SAG DURATION VOLTAGE SAG

Duration (s) Cycles at 60 Hz Cycles at 50 Hz Percent (%) of Equipment Nominal Voltage

< 50 ms < 3 Cycles <2.5 cycles Not Specified

50 to 200 ms 3 to 12 cycles 2.5 to 10 cycles 50%

200 to 500 ms 12 to 30 cycles 10 to 25 cycles 70%

500 to 1000 ms 30 to 60 cycles 25 to 50 cycles 80%

> 1000 ms > 60 cycles > 50 cycles Not Specified

SEMI F47

JENIS GANGGUAN

Gangguan yang Mempengaruhi Kestabilan

Hubung Singkat

Motor Starting

Lepas Pembangkit

Perubahan Beban

1. Extreme Condition

2. Peak Load Condition

SIMULASI DAN ANALISIS

EXTREME CONDITION

MW Mvar MVA % PF Source (Swing Buses): 14.388 9.998 17.520 82.12 Lagging Source (Non-Swing Buses): 45.700 20.101 49.926 91.54 Lagging Total Demand: 60.088 30.099 67.205 89.41 Lagging Total Motor Load: 49.696 33.050 59.683 83.27 Lagging Total Static Load: 9.656 -8.239 12.694 76.07 Leading

ID Jenis Nominal (kW) Operasi

kW Kvar PLN Grid 13000 13000 2501 PWS-DG-01 DEG 1600 1500 0 PWS-DG-02 DEG 1600 1500 0 PWS-STG-01 STG 15000 14388 9998 PWS-STG-02 STG 15000 14600 7437 Future Gen GTG 10000 9000 5889 PWS-NGT-01 GTG 6400 6100 4274

Total 62600 60088 30099

Supply : 2 DEG, PLN, 2 STG, 2 GTG Loading Faktor : Extreme condition

EXTREME CONDITION

Nama Kasus Keterangan Gen_Trip_15 Generator PWS-STG-02 Off Sumber Lain On Gen_15_LS Generator PWS-STG-02 Off dan Load Shedding Gen_Trip_10 Future Generator Off Sumber Lain On Gen_10_LS Future Generator Off dan Load Shedding Gen_Trip_6.4 Generator PWS-NGT-01 Off Sumber Lain On Gen_6.4_LS Generator PWS-NGT-01 Off dan Load Shedding PLN_Trip PLN Off Sumber Lain On PLN_Trip_LS1 PLN Off dan Load Shedding Tahap 1 PLN_Trip_LS2 PLN Off dan Load Shedding Tahap 2 SC_10.5kV Hubung Singkat di bus 10.5 kV SC_10.5_LS Hubung Singkat di bus 10.5 kV + Open CB SC_3.3kV Hubung Singkat di bus 3.3 kV MS_1 Motor Starting motor terbesar dengan VSD MS_2 Motor Starting motor terbesar di bus 3.3 kV

EXTREAME CONDITION Gen_Trip_15

99.2

99.4

99.6

99.8

100

100.2

100.4

0 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 15 16 17 18 18 19

Frek

uens

i (%

)

Waktu (Detik)

Frekuensi

70

75

80

85

90

95

100

105

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Teg

anga

n (%

)

Waktu (detik)

FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003

SP-BUS-12000

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Am

pere

(A)

Waktu (detik)

Arus

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

MV

A

Waktu (detik)

SP-TRF-32001

SP-TRF-34002 212.5 %

Arus yang diserap dari PLN sebesar 212.5 % 382 A menjadi 812 A

SP-TRF-32001 overload : 6.5 MVA ke 9.92 MVA SP-TRF-34002 overload : 12 MVA ke 17.46 MVA

152 %

145 %

100 %

98.7 %

88.3 %

EXTREAME CONDITION

1.05 x In (Trip dalam waktu : > 60 menit) 1.20 x In (Trip dalam waktu : < 20 menit) 1.50 x In (Trip dalam waktu : < 10 menit) 4.00 x In (Trip dalam waktu : koord dengan setting OCR trafo).

Perjanjian Pembatasan daya antara PLN dengan PT. Wilmar Nabati Gresik. Karakteristik waktu Tripping berdasarkan TDL 2001

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

MVA

Waktu (detik)

PLN

PLN

Daya dari 13 MVA menjadi 27.88 MVA

214.4 %

Sumber : PT.PLN Persero

EXTREAME CONDITION

.t = σ x [ I ] 2

- ln

[ I ]2 [ k x Is]2

( ) ( )

2 2

2 22 2

812. ln 13.49 ln 3.77812 1.05 382

It menitI k Is

σ = × = × = − × − ×

Perhitungan waktu Tripping Overload Relay :Rele GEC Measurement Type MCHNO2

I = Arus Beban yang masuk ke rele Is = Arus Beban Penuh σ = time constant13,49 menit k = 1,05 (konstanta)

Rele akan trip pada saat t = 3.77 menit

Sumber : PT.PLN Persero

EXTREAME CONDITION Gen_15_LS

99.6

99.7

99.8

99.9

100

100.1

100.2

100.3

100.4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frek

uens

i (%

)

Waktu(detik)

frekuensi

70

75

80

85

90

95

100

105

110

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Teg

anga

n (%

)

Waktu (detik)

FUTURE FLOUR MILL 1

SP-BUS-56003

SP-BUS-12000

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

MV

A

Waktu (detik)

SP-TRF-34002

SP-TRF-32001

Daya yang melalui Trafo SP-TRF-34002 dan SP-TRF-32001 telah kembali normal.

Load shedding sebesar 12.31 MW saat t=1.3 detik atau 0.3 detik setelah generator trip.

Daya yang diserap PLN kembali normal

100 %

99.12 %

97.8 %

8.3 %

4.58 %

EXTREAME CONDITION SC_10.5kV

98

99

100

101

102

103

104

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frek

uens

i (%

)

Waktu (Detik)

SP-BUS-12000

SP-BUS-56003

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Teg

anga

n (%

)

Waktu (Detik)

FUTURE FLOUR MILL 1

SP-BUS-56003

SP-BUS-12000

Terjadi Overfrequency

Tegangan Jatuh

1. Tegangan pada bus sistem yang tidak mengalami hubung singkat ikut jatuh.

2. Terjadi pelonjakan Frekuensi pada beberapa bus yang dekat dengn daerah hubung singkat.

103 %

102 %

100 %

0.2 %

77 %

78 %

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frek

uens

i (%

)

Waktu (Detik)

FUTURE FLOUR MILL 1

SP-BUS-56003

SP-BUS-12000

95

96

97

98

99

100

101

102

103

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frek

uens

i (%

)

Waktu (Detik)

Frekuensi

SP-BUS-56003

EXTREAME CONDITION SC_10.5_LS

Tegangan Jatuh

1. Berdasarkan grading waktu, open CB pada t = 0.7 sekon.

2. Tegangan pada SP-BUS-56003 sempat mengalami voltage sag yang cukup rendah hingga mencapai 0.2 %.

100 % 100 %

EXTREAME CONDITION MS_2

tegangan bus SP-BUS-56003 sempat mengalami undervoltage menjadi 88.04 % selama starting awal motor yakni selama 3 detik

Setting rele undervoltage di set agar tidak trip saat motor START

80

85

90

95

100

105

0 2 4 6 8

Teg

anga

n (%

)

Waktu (s)

SP-BUS-56002

SP-BUS-56003

88.04 %

PEAK LOAD CONDITION

MW Mvar MVA % PF Source (Swing Buses): 25.752 5.683 26.371 97.65 Lagging Source (Non-Swing Buses): 15.100 6.911 16.606 90.93 Lagging Total Demand: 40.852 12.594 42.749 95.56 Lagging Total Motor Load: 34.027 22.354 40.713 83.58 Lagging Total Static Load: 6.534 -10.980 12.777 51.14 Leading

ID JENIS NOMINAL

(kW) OPERASI

KW kVar

PWS-STG-01 ST 15000 13626 3317

PWS-STG-02 ST 15000 12126 2365

Future Gen GT 10000 9000 4005

PWS-NGT-01 GT 6400 6100 2907

TOTAL 46400 40852 12594

Supply : 2 STG, 2 GTG Loading Faktor : Peak Load condition

PEAK LOAD CONDITION

Nama Kasus Keterangan Gen_ 15 Generator PWS-STG-02 Off Sumber Lain On Gen_15+LS1 Generator PWS-STG-02 Off dan Load Shedding Gen_ 10 Future Generator Off Sumber Lain On Gen_10+LS1 Future Generator Off dan Load Shedding Gen_ 6.4 Generator PWS-NGT-01 Off Sumber Lain On Gen_6.4+LS Generator PWS-NGT-01 Off dan Load Shedding SC_10.5kV Hubung Singkat di bus 10.5 kV SC_10.5+LS Hubung Singkat di bus 10.5 kV + Open CB SC_3.3kV Hubung Singkat di bus 3.3 kV MS_1 Motor Starting motor terbesar dengan VSD MS_2 Motor Starting motor terbesar di bus 3.3 kV (grup motor)

PEAK LOAD CONDITION Gen_15

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frek

uens

i (%

)

Waktu (Detik)

Frekuensi

70

75

80

85

90

95

100

105

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Teg

anga

n (%

)

Waktu (detik)

FUTURE FLOUR MILL 1

SP-BUS-56003

SP-BUS-12000

Frekuensi Turun Tegangan turun

PEAK LOAD CONDITION Gen_15+LS1

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

% F

reku

ensi

Waktu (detik)

Frekuensi

Frekuensi Turun

Berdasarkan standar ANSI/IEEE Std C37.106-1987. Dilakukan pelepasan beban tahap 1 (10 %) sebesar 4.461 MW. Pada saat t = 1,321 Sekon.

PEAK LOAD CONDITION Gen_15+LS2

97

97.5

98

98.5

99

99.5

100

100.5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frekuensi

PELEPASAN BEBAN TAHAP 2 = 4.937 MW saat t=1.662 sekon

80

85

90

95

100

105

110

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tega

nagn

(%)

Waktu (detik)

Future Flour Mill

SP-BUS-12000

SP-BUS-56003

99.57 % 100 %

101 %

1. Kesimpulan

2. Saran

PENUTUP

KESIMPULAN

Pada kasus generator 15 MW lepas dari sistem pada saat kondisi pembebanan ekstrim, perlu dilakukan pelepasan beban sebesar 12.31 MW dan pada saat kondisi beban puncak (tanpa grid), rele under frequency melakukan pelepasan beban dalam dua tahap sebesar 9,398 MW.

Pada saat terjadi kasus hubung singkat, tegangan di SP-BUS-56003 jatuh sampai dengan 0.2 %.

Pada kasus motor start, tegangan jatuh menjadi 88.04 % selama 3 detik.

SARAN

Pada saat sistem terhubung dengan grid, ketika salah satu generator trip, harap memperhatikan trafo SP-TRF-32001 dan SP-TRF-34002 agar tidak overload. Karena kehilangan daya akibat generator trip, akan dikompensasi oleh PLN sehingga kedua trafo akan overload.

Sebaiknya memasang rele yang memiliki kemampuan PLC, sehingga dapat bekerja optimal melakukan pelepasan beban saat generator Trip, namun sistem terhubung ke grid.

Setting rele undervoltage pada motor harus diatur lebih lama dari 3 detik agar saat terjadi motor start tidak trip.

SEKIAN

LAMPIRAN

LAMPIRAN SLD 2 of 5

LAMPIRAN SLD 3 of 5

LAMPIRAN SLD 4 of 5

LAMPIRAN SLD 5 of 5

PERTANYAAN

1. Tunjukkan respon tegangan kasus Gen_15 untuk rentang waktu 30 detik.

2. Apa jenis exciter yang digunakan pada generator. 3. Mengapa frekuensi pada saat SC naik? Tunjukkan

respon daya dari PLN dan di sekitar titik hubung singkat.

Respon Gen_15

70

75

80

85

90

95

100

105

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Teg

anga

n (%

)

Waktu (detik)

Tegangan

SP-BUS-56003

Future Flour Mill

SP-BUS-12000

Respon tegangan masih tidak stabil

Eksiter

Tipe eksiter yang digunakan adalah eksiter IEEE Type 2 – Rotating Rectifier System (2)

Parameter STG-01 STG-02 NGT-01 Future VRmax 16.37 16.37 16.37 16.37 VRmin 0 0 0 0 SEmax 0.9955 0.9955 1.65 1.65 SE .75 0 0 1.13 1.13 Efdmax 8.2 8.2 6.18 6.18 KA 1636 1636 400 400 KE 1 1 1 1 KF 0.075 0.075 0.075 0.075 TA 0.02 0.02 0.02 0.02 TE 0.6 0.6 0.6 0.6 TF1 0.6 0.6 0.6 0.6 TF2 3.237 3.237 3.237 3.237 TR 0 0 0 0

Short Circuit

2850

2900

2950

3000

3050

3100

3150

3200

0 2 4 6 8 10

RPM

waktu (detik)

RPM generator

PWS-STG-01

PWS-STG-02

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10

Degr

ee

Waktu (sekon)

Sudut Rotor

PWS-STG-01

PWS-STG-02

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10

MW

Waktu (detik)

Daya

PWS-STG-02

-10

-5

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

MW

Waktu (detik)

Daya PLN

Daya PLN

Short Circuit

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Degr

ee

Time (S)

Rotor Angle

PWS-STG-02

PWS-STG-01

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

MW

Waktu (detik)

PWS-STG-02

PWS-STG-02

2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

RPM

Waktu (sekon)

PWS-STG-02

PWS-STG-02

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

MW

Waktu (sekon)

Daya PLN

Daya PLN