## JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

## Analisis Kestabilan Transien dan Pelepasan Beban Pada Sistem Integrasi 33 KV PT. Pertamina RU IV Cilacap akibat Penambahan Beban RFCC dan PLBC
Firdaus Ariansyah, Ardyono Priyadi, dan Margo Pujiantara Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail : priyadi@ee.its.ac.id , margo@ee.its.ac.id
Abstrak - Keseimbangan daya antara kebutuhan  beban  dengan  kapasitas  pembangkitan generator  merupakan  salah  satu  parameter  dari kestabilan  operasi  sistem  tenaga  listrik.  Namun dalam pengoperasian sistem tenaga listrik akan selalu terjadi  perubahan  beban  sehingga  pembangkit  perlu menyesuaikan  daya  keluarannya  melalui  governor maupun pengaturan eksitasi. Hal ini perlu dilakukan agar  kestabilan  sistem  tetap  terjaga.  Adanya penambahan  beban  pada  sistem  kelistrikan  di  PT Pertamina RU IV Cilacap mengakibatkan penambahan pembangkit dan pabrik baru. Akibatnya sistem kelistrikan di PT Pertamina RU IV Cilacap  berubah  karena  perlu  menambahkan  sistem bus  33  kV.  Untuk  mengetahui  batas  kestabilan  yang baik  pada  sistem  kelistrikan  suatu  industri,  maka ditetapkan  standar  batas  kemampuan  normal frekuensi,  tegangan,  dan  sudut  rotor.  Standar  yang digunakan  mengacu  pada  IEEE  Std  C37.106-2003 (Revisi  dari  ANSI/IEEE  C37.106-1987)  mengenai pengamanan  frekuensi  abnormal  turbin  dengan menggunakan metode pelepasan beban.
Kata Kunci: Kestabilan transien, Beban RFCC dan Beban PLBC.

## I. PENDAHULUAN
Keseimbangan  daya  antara  kebutuhan  beban dengan kapasitas pembangkitan generator merupakan  salah  satu  parameter  dari  kestabilan operasi  sistem  tenaga  listrik.  Namun  dalam pengoperasian  sistem  tenaga  listrik  akan  selalu terjadi perubahan beban sehingga pembangkit perlu menyesuaikan  daya  keluarannya  melalui  governor maupun  pengaturan  eksitasi.  Hal  ini  perlu dilakukan agar kestabilan sistem tetap terjaga.
Semakin  berkembangnya  sistem  tenaga  listrik di  industri  maka  semakin  kompleks  pula  masalah yang  akan  dihadapi.  Masalah  seperti  adanya gangguan  dari  lepasnya  generator,  gangguan hubung  singkat, starting  motor ataupun  efek  dari perubahan beban  yg  mendadak akan  menyebabkan sistem keluar dari daerah kestabilannya. Kecepatan pembangkit  memberi  reaksi  terhadap  perubahan yang  terjadi  pada  sistem  menjadi  faktor  penentu dari kestabilan sistem. Kestabilan mesin pembangkit  sangat  bergantung  pada  kemapuan sistem kendalinya, dimana sistem kendali dikatakan  handal  apabila  mampu  mengendalikan
mesin  tetap  beroperasi  dalam  keadaan  normal  dan berada  di  daerah  kestabilannya  meskipun  sistem mengalami gangguan.
Pada  situasi  dimana  adanya  penambahan kapasitas  pembangkit  dengan  daya  cukup  besar atau  beban  besar  hilang  dari  sistem  atau  bahkan terjadi  gangguan  pada  saluran  tranmisi,  stabilitas sistem  harus  cukup  kuat  untuk  mempertahankan diri  terhadap  perubahan  beban  yang  relatif  besar, dimana  ini  akan  berdampak  pada  keseimbangan sistem.  Ketidakseimbangan  ini  akan  menyebabkan adanya  perubahan  pada  kestabilan  sistem  terutama kestabilan  frekuensi,  kestabilan  tegangan  dan kestabilan  sudut  rotor.  Karena  kestabilan  di kelistrikan  industri  berkaitan  dengan  kemampuan sistem  dalam  mempertahankan  kondisi  kestabilan sehingga  peralatan  dapat  bekerja  dengan  baik  dan memiliki  efisiensi  tinggi,  jadi  perlu  dilakukan adanya  penanganan  khusus  untuk  menjaga  sistem tetap  dalam  keadaan  stabil  saat  terjadi  gangguan, salah  satunya  yaitu  mekanisme  pelepasan  beban atau load shedding.

## II. KESTABILAN TRANSIEN
Dalam  keadaan  operasi  sistem  tenaga  listrik yang  normal  terdapat  keseimbangan  antara  daya mekanis pada prime mover dengan daya listrik atau beban pada sistem. Dalam keadaan seimbang, daya mekanik  dan  daya  elektrik  bergerak  secara bersamaan  dengan  kecepatan  konstan.  Ketika terjadi  gangguan,  maka  terjadi  perbedaan  daya elektrik  dan  mekanik  dari  generator.  Kelebihan daya  elektrik  membuat  perlambatan  putaran  rotor generator, hal ini disebebakan semakin terbebaninya  generator.  Namun  kelebihan  daya mekanik  membuat  percepatan  pada  putaran  rotor, hal  ini  disebabkan  semakin  ringan  beban  yang ditanggung  generator.  Bila  gangguan  tidak  segera dihilangkan,  maka  perlambatan  atau  percepatan putaran  rotor  generator  mengakibatkan  hilangnya sinkronisasi dalam suatu sistem [1].
Berdasarkan  Paper  IEEE definition  and classification  of  power  system  stability ,  kestabilan sistem  tenaga  listrik  dibagi  menjadi  tiga  kategori yaitu [2]:
Gambar 1 . Klasifikasi Kestabilan Sistem Tenaga
1. Kestabilan sudut rotor
Stabilitas  sudut  rotor  tergantung  pada  kemampuan untuk mempertahankan atau mengembalikan keseimbangan  antara  torsi  elektromagnetik  dan torsi  mekanik  setiap  mesin  sinkron  dalam  sistem tersebut.  Ketidakstabilan  ini  dapat  mengakibatkan terjadinya  peningkatan  ayunan  sudut  beberapa generator sehingga menyebabkan hilangnya sinkronisasi generator satu dengan generator lain. 2. Kestabilan frekuensi Kestabilan  frekuensi  mengacu  pada  kemampuan sistem untuk tetap mempertahankan nilai frekuensi nominal  agar  tetap  stabil  mengikuti  perubahan sistem  yang  berubah  secara  tiba-tiba  akibat ketidakseimbangan  pasokan  daya  pembangkit dengan daya yang diserap beban. Perputaran turbin sangat  erat  kaitannya  dengan  frekuensi  sistem tenaga listrik.
3. Kestabilan tegangan Stabilitas  tegangan  mengacu  pada  kemampuan suatu  sistem  tenaga  untuk  mempertahankan tegangan pada kondisi stabil pada semua bus dalam sistem  tenaga  listik  setelah  terjadi  gangguan  dari kondisi  operasi  awal  yang  diberikan.  Hal  ini tergantung pada kemampuan untuk mempertahankan/mengembalikan keseimbangan antara  permintaan  beban  dan  suplai  beban  dari sistem  tenaga  listrik.  Ketidakstabilan  frekuensi dapat  mengakibatkan  terjadinya  penurunan  atau naiknya tegangan dari beberapa bus.
Standar yang Digunakan untuk Analisis Kestabilan Transien
Dalam menentukan suatu sistem tenaga listrik stabil atau tidak yaitu dengan mengevaluasi respon tegangan  dan  frekuensi  sistem.  Standart  yang dipakai  untuk  menentukan  sistem  stabil  atau  tidak yaitu :
Standar  Frekuensi  yang  digunakan  adalah  standar Untuk Steam  Turbin  Generator (IEEE  Std C37.106-2003)
Gambar 2 . Standar Frekuensi
Standart  tegangan  yang  digunakan  adalah  standart IEEE 1159-1995.
Gambar 3. Standar Tegangan
Pelepasan Beban ( Load Shedding ) Pelepasan  beban  merupakan  salah  satu langkah  untuk  mempertahankan  kestabilan.  Jika terjadi gangguan seperti generator outage mengakibatkan  daya  yang  tersedia  tidak  mampu melayani  beban,  sehingga  untuk  menjaga  sistem tidak black  out maka  diperlukan  pelepasan bebanBerdasarkan  standar  ANSI/IEEE  C37.106- 1987,  terdapat  2  skema  pelepasan  beban  ketika terjadi  gangguan  antara  lain  adalah  pelepasan beban  3  langkah  dan  pelepasan  beban  6  langkah. Tabel  dibawah  adalah  pelepasan  beban  3  langkah di frekuensi 50 Hz [3]

## Tabel 1. Standar Pelepasan Beban 3 Langkah
Step Frequency Trip Point (Hz) Percen t (%) Percent of Load Shedding (%) Fixed Time Delay (cycles) on Relay 1 49,02 98,84 10 6 2 49,08 98,16 15 6 3 48,75 97,5 As required to arrest decline before 48,5
Hz

## JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

## III. SISTEM KELISTRIKAN
Sistem  kelistrikan  PT.  Pertamina  RU  IV Cilacap  yang  baru  dapat  ditujukan  pada  gambar dibawah ini :

## Gambar 4. Single Line Diagram PT. Pertamina RU IV Cilacap
PT.  Pertamina Refinery  Unit  I (Unit Pengolahan)  IV  Cilacap  memiliki  sebuah  sistem yang  cukup  besar  dengan  sistem  kelistikan  yang juga  cukup  kompleks.  Sebelumnya  PT  Pertamina RU  IV  Cilacap  memiliki  8  unit  pembangkit  yang diantaranya  terdiri  4  unit  berkapasitas  20  MW dan 4  unit  pembangkit  berkapasitas  8  MW.  Total Substation di  PT.  Pertamina  RU  IV  Cilacap berjumlah  32 substation. dimana  masing  masing substation memiliki  beban  statis  dan  motor. Sedangkan  untuk  sistem  kelistrikan  di  PT. Pertamina  RU  IV  Cilacap  dibagi  menjadi  3 utility yaitu utility I, II dan IIa.
Adanya  penambahan  beban  pada  sistem kelistrikan  di  PT  Pertamina  RU  IV  Cilacap mengakibatkan penambahan pembangkit dan pabrik  baru.  Akibatnya  sistem  kelistrikan  di  PT Pertamina  RU  IV  Cilacap  berubah  karena  perlu menambahkan  sistem  bus  33  kV.  Selain  itu  3 daerah utility berkembang  menjadi  4  daerah utility yaitu tambahan utility III.

## Tabel 2.Data Kapasitas Generator
No ID MW MVA KV PF 1 51G1 8 10 13,8 80 % 2 51G2 8 10 13,8 80 % 3 51G3 8 10 13,8 80 % 4 510G2 8 10 13,8 80 % 5 510G301 8 10 13,8 80 % 6 510G201 20 25 13,8 80 % 7 051G101 20 25 13,8 80 % 8 051G102 20 25 13,8 80 % 9 051G103 20 25 13,8 80 % 10 152G501A 15 18,75 13,8 80 % 11 152G501B 15 18,75 13,8 80 %
12 152G501C 15 18,75 13,8 80 %
Akibat  dari  penambahan  beban  pada  sistem kelistrikan  di  PT.  Pertamina  RU  IV  Cilacap mengakibatkan  perlunya  penambahan  pembangkit dan  pabrik  baru.  Penambahan  tersebut  juga mengakibatkan  berubahnya  sistem  kelistrikan dengan  adanya  penambahan  sistem  bus  33  Kv  dan berkembangnya  daerah utility menjadi  4  daerah utility.
Tabel 3.Data Motor No Motor ID KV HP KVA RPM Poles 1 260K101AM 3,3 2700 2612 300 20 2 84K202C 3,3 2000 1965 300 20 3 053P101CM 3,3 1250 1076 1500 4 4 011P102AM 3,3 1500 1289 1500 4 5 014K102ABCM 3,3 2500 2437 250 24 6 46P101AM. 3,3 1000 910 3000 2
Beban  PLBC  atau  Proyek  Langit  Biru Cilacap  merupakan  penambahan  beban  baru  yang dilakukan di PT Pertamina RU IV Cilacap. Hal ini berkaitan dengan adanya  varian baru dari produksi PT pertamina yaitu pertalite. Beban PLBC tersebar di semua utility PT Pertamina RU IV Cilacap. Data beban PLBC dapat dilihat pada data berikut :

## Tabel 3.Data Beban PLBC
No ID KV KVA PF 1 PLBC-2_3650HP 13,8 2758 98,73% 2 PLBC-3_200kW2 13,8 219 91,19% 3 PLBC-2_3650HP1 13,8 2758 98,73% 4 PLBC-149HP 13,8 174 85,6% 5 PLBC-630HP 13,8 586 80,2% 6 PLBC-149HP1 13,8 174 85,6% 7 PLBC-630HP2 13,8 586 80,2% 8 PLBC-3_200kW 13,8 219 91,19% 9 PLBC-1 13,8 11690 74,92% 10 PLBC-630HP1 13,8 5000 80%

## III. SIMULASI DAN ANALISIS TRANSIEN
Pemodelan Single  Line  Diagram PT Pertamina  RU  IV  Cilacap    dimodelkan  melalui software ETAP  12.6  dengan  menggunakan  data- data existing dan data peralatan yang digunakan di PT  Pertamina  RU  IV  Cilacap.  Kemudian  simulasi akan dilakukan berkaitan dengan analisis kestabilan sistem ketika mengalami gangguan-gangguan besar seperti  generator  lepas  ( generator  outage )  dan starting motor.
1. Simulasi Kestabilan Transien Generator Lepas Pada  kasus  generator  lepas  dari  sistem kelistrikan,  diasumsikan  bahwa  terdapat  satu generator  trip  secara  tiba-tiba  setelah  sistem beroperasi  selama  1  detik.  Generator  yang  lepas untuk  Case  A  adalah  GEN  51G2  (8  MW),  Case B adalah  GEN  152-G-501A  (15  MW),  dan  Case  C
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
adalah  GEN    051G-102  (20  MW)  dengan  kondisi
operasi yang berbeda-beda Tabel 4. Hasil Simulasi Studi Kasus Generator Lepas
Menggunakan Load Shedding standar IEEE Studi kasus Frekuensi min (%) Tegangan min (%) kondisi Load shedding 33 kv 13,8 kv 33 kv 13,8 kv f v TS 1 A - 99,9 96,7 96,4 √ √ No Load Shedding C 98,7 98,7 95,9 97,6 √ √ Load Shedding I TS 2 A 99,7 99,7 96,3 99,7 √ √ No Load Shedding B 98,7 98,7 95,7 91,9 √ √ Load Shedding I C 98,8 98,8 97,7 96,6 √ √ Load Shedding I TS 3 A 99,8 99,8 97,1 94,6 √ √ No Load Shedding B 99,1 99 95,5 91,8 √ √ No Load Shedding C 98,7 98,8 97,9 97,5 √ √ Load Shedding I TS 4 A 98,7 98,7 98,3 97,2 √ √ Load Shedding II B 98 97,9 96,1 91,8 √ √ Load Shedding II C 98,1 98,1 96,3 94 √ √ Load Shedding II
2. Simulasi Kestabilan Transien Generator Lepas Pada kasus motor starting yaitu  motor akan beroperasi  ketika  sistem  baru  beroperasi  selama  1 detik.  Respon  frekuensi,  tegangan,  dan  sudut  rotor akan  diamati  dengan  mempertimbangkan  referensi standar  tegangan  yang  berdasar  pada  IEEE  Std C37.106-2003.  Motor  yang  akan  beroperasi merupakan  motor  induksi  tiga  fasa  dengan  ID
motor  yaitu  260K101/102AM  yang  memiliki kapasitas daya 2700 HP dan 014K102ABCM yang memiliki  kapasitas  daya  2500  HP.  Data  yang diamati  adalah  respon  frekuensi,  tegangan  dan sudut rotor ketika motor di- start .
Tabel 5. Hasil Simulasi Studi Kasus Motor Starting Menggunakan Load Shedding standar IEEE Studi kasus Frekuensi min (%) Tegangan min (%) kondisi Load shedding 33 kv 13,8 kv 33 kv 13,8 kv f v TS 11 A - 99,9 96,7 96,4 √ √ No Load Shedding B 98,7 98,7 95,9 97,6 √ √ Load Shedding I

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh  dari simulasi  dan  analisis  pada  Tugas  Akhir  ini,  dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Gangguan  lepasnya  generator  pada  sistem di  beberapa  bentuk  operasi  menyebabkan penurunan  frekuensi  pada  bus  13,8  kv maupun  bus  33  kv.  Sehingga  perlu dilakukan penanganan untuk mengembalikan  kestabilan  sistem  dengan melakukan pelepasan beban ( load shedding)
2. Gangguan starting  motor dilakukan  pada pola operasi kemungkinan terburuk, sistem
masih mampu mempertahankan
kestabilannya  saat  motor  starting  2700  HP yang  menggambarkan  motor  terbesar  di plan  Pertamina  RU  IV  Cilacap  terhubung ke  sistem.  Hal  ini  juga  memberikan jaminan bahwa motor starting akan berhasil pada pola operasi yang lain.
3. Pelepasan  beban  ( load  shedding )  yang dilakukan  telah  berhasil  mengembalikan kestabilan  sistem.  Pelepasan  beban  yang digunakan mengacu pada standart ANSI/IEEE  3  langkah  dengan  pelepasan beban  sebesar  10%  untuk  langkah  1  dan 15% untuk langkah 2.
4. Di beberapa operasi, Penggunaan frekuensi standart  ANSI/IEEE  dalam  pelepasan beban ( load shedding )
mampu memperbaiki  respon  frekuensi  lebih  baik daripada standart frekuensi yang selama ini digunakan di PT. Pertamina RU IV Cilacap
DAFTAR PUSTAKA [1]  Marsudi,  Djiteng, “ Operasi  Sistem  Tenaga Listrik ”, Yogyakarta : Graha Ilmu, 2006.
[2]   IEEE/CIGRE  Joint  Task  Force  on  Stability Terms  and  Definitions,  “ Definition  and Classification
of Power System
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
Stability”, IEEE  Transactions  on  Power System , Vol. 19, No. 2, May 2004 [3]  ANSI/IEEE C37.106-1987, ” IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants ”.