## SIMULASI PELEPASAN BEBAN DENGAN
RELAYFREQUENCY PADA SISTEM TENAGA LISTRIK CNOOC SES Ltd.NORTH BUSINESS UNIT MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 7.5

## Syarif Mahmud, M. Toni Prasetyo, Achmad Solichan
Jurusan Teknik Elektro FT Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kasipah No.12 Semarang INDONESIA
Email : Syarifmahmud223@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Adanya  gangguan  pada  sistem  tenaga  listrik  dapat  memicu ketidakstabilan  frekuensi sistem.  Tugas  Akhir  ini  membahas  tentang  skema  pelepasan  beban  menggunakan  rele  frekuensi pada  sistem  tenaga  listrik  CNOOC  SES  Ltd. North  Business  Unit  yang  mempunyai  pembangkit listrik tenaga gas. Metode yang digunakan untuk simulasi transien analisis adalah perangkat lunak ETAP  7.5.  Pelepasan  beban  dapat  memulihkan  frekuensi  dengan  cepat  dan  jumlah  beban  yang dilepaskan seminimal mungkin. Oleh sebab itu diperlukan seting waktu tunda rele, frekuensi kerja dan  besar  beban  yang  dilepaskan.  Dari  simulasi  menggunakan  rele  frekuensi  dapat  mencegah penurunan frekuensi dan mengembalikan ke kondisi normal.
Kata kunci:ETAP 7.5, Pelepasan Beban, Pembangkit Listrik Tenaga Gas, Rele Frekuensi

## 1. PENDAHULUAN
Sistem tenaga listrik yang baik adalah sistem  tenaga  listrik  yang  memiliki keandalan  tinggi,  bersifat  ekonomis  dan aman.  Keandalan  yang  tinggi  dapat ditunjukan  oleh  kemampuan  dari  sistem tersebut mampu menghasilkan dan menyalurkan energi listrik kepada konsumen secara kontinyu. Dalam penyediaan  energi  listrik  yang  kontinyu maka  harus  didukung  dengan  pemakaian dan penyediaan daya listrik yang seimbang dan tentunya dengan infrastruktur  yang  baik.  Keamanan  dari sistem  tenaga  listrik  perlu  diperhatikan, baik  keamanan  dari  sisi  peralatan  yang
digunakan  maupun  keamanan  dalam penyaluran energi listrik
Untuk menjaga kualitas energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit yang kelebihan  beban,  maka  dilakukanlah susatu pelepasan beban untuk memperbaiki  frekuensi sistem. Pelepasan beban  dapat  dilakukan  secara  manual maupun  otomatis,  hal  ini  bergantung kepada  besar  penurunan  frekuensi  yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Semakin besar  kelebihan  beban  yangterjadi  maka semakin  besar  pula  penurunanfrekuensi yang  terjadi.  Untuk  menghindari  hal-hal yang  tidak  diinginkan  maka  pelepasan beban pun semakin cepat dilakukan.Dengan  menggunakan  skema
pelepasan bebanmenggunakan rele
frekuensi penurunanfrekuensi pada sistem tenaga  listrik CNOOC  SES  Ltd  North BusinessUnit.cepat teratasi tanpa menimbulkan  kerugianyang  signifikan terhadap perusahaan (Wahyu, 2011).

## 2. PERANCANGAN SKEMA PELEPASAN BEBAN
Penurunan frekuensi yang
berkelanjutan akan mengakibatkan pemadaman  total  pada  sistem  untuk menghindari kerusakan pada sistem pembangkitan  (ANSI/IEEE  Std  C37.102- 1995).  Hal-hal  yang  dapat  dilakukan untuk mengatasi hal tersebut adalah : a. Mengoptimalkan kapasitas pembangkit yang masih beroperasi. Dalam hal ini mengoptimalkan cadangan  daya  pembangkit  yang  masih belum dimanfaatkan ketika seluruh pembangkit  beroperasi  dengan  normal. Pengoptimalan  daya  ini  dilakukan  oleh pengaturan governor.
b. Pelepasan beban (Load Shedding)
Ketika beban lebih terjadi pada sistem tenaga  listrik  yang  telah  mengoptimalkan seluruh  kapasitas  daya  pembangkitnya diperlukan  suatu  pelepasan  beban  untuk memperbaiki frekuensinya. Pelepasan beban ini dilakukan secara bertahap sesuai dengan tingkatan turunnya frekuensi.
c. Pemisahan sistem (Islanding)
Ketika  penurunan  frekuensi  terjadi secara  drastis  dan  pelepasan  beban  tidak mampu  mengatasi  hal  tersebut,  hal  yang paling mungkin dilakukan sebelum pemadaman  total  adalah  memisahkan sistem pembangkit dan beban  yang masih mampu  disuplai  ke  dalam  kelompok- kelompok  kecil.  Hal  ini  bertujuan  untuk menyelamatkan sistem tenaga listrik  yang masih bisa beroperasi dengan normal.
Generator turbin gas memiliki karakteristik frekuensi tertentu, karakteristik  frekuensi  kerja  tersebut  60 Hz  dan  waktu  opersi  yang  diijinkan  telah diatur dalam beberapa standar, antara lain ANSI/IEEE
C37.106-1987 danANSI/IEEE  C37-106-2003  tentang standar frekuensi abnormal yang digunakan dalam pemasangan rele frekuensi. Standar frekuensi kerja abnormal  generator  turbin  gas  dan waktu operasi  yang  diijinkan  digambarkan pada grafik sebagai berikut :
Gambar 1. Standar frekuensi kerja abnormal generator turbin gas dan waktu operasi yang diijinkan
Frekuensi kerja yang diijinkan adalah 60 ± 0.5  Hz.  Ketika  generator  bekerja diluar batas  frekuensi  tersebut  maka  terdapat batas waktu operasi  yang diijinkan.Sesuai dengan  standar  tersebut,  generatorturbin gas boleh bekerja secara terus- menerusketika  frekuensi  kerja memiliki nilai  59,5 – 60,5  Hzdengan  frekuensi nominal  60  Hz.  Karena  usiagenerator yang relatif tua, maka pada skemapelepasan beban ini dipilih frekuensi  59,5  Hzsebagai  frekuensi  kerja rele tahap pertama.

## 3. SIMULASI
Simulasi  pelepasan  beban  akibat frekuensi  rendah  dapat  dilakukan  pada perangkat  lunak  ETAP  7.5  (Electrical Transient Analyzer Program). Fitur perangkat lunak yang dapat
mensimulasikankondisi  transien  adalah transient  stability  analysis.  Untuk  dapat mengamati  perubahan  perilaku sistem tenaga  listrik  saat  sebelum  gangguan  dan penurunan frekuensi hingga terjadi pelepasan  beban  dan  frekuensi  pulih, simulasi dilakukan selama 60 detik.
Studi  kasus  diterapkan  pada  CNOOC SES  Ltd  sesuai  data  pada  tahun  2009. Pada  simulasi  analisis  transien  akan dilakukan 3 skenario yaitu :
a. Lepasnya Incoming Kara
b. Lepasnya GT 5 dan GT 7 di Rig lisa.
c. Lepasnya Incoming  Kara tanpa  ada pelepasan beban
Untuk  dapat  mensimulasikan  adanya gangguan  generator  lepas  dari  sistem  dan melihat  respon  frekuensi  dari  sistem akibat  gangguan  tersebut  pada  skripsi  ini digunakan perangkat lunak ETAP (Electrical Transient    Analyzer  Program) dengan  fitur  analisa  stabilitas  transien. Device yang  digunakan  untuk  mendeteksi dan  mengambil  tindakan  ketika  terjadi penurunan  frekuensi  pada  tenaga  listrik adalah  rele  frekuensi.  Berikut  ini  adalah pengaturan rele frekuensi yang digunakan pada simulasi ETAP 7.5.

## Tabel 1.Pengaturan rele frekuensi
No Platform CB Relay %Hz F (Hz) Waktu tunda
1 Widuri E CB 5 FR 4 99.16 59.5 1 2 Widuri B CB 4 FR 4 98.83 59.2 1 3 Indri CB 2 FR 4 97.5 58.5 1
Untuk mengantisipasi kerusakan pada generator  akibat  terjadinya  penurunan frekuensi drastis yang dapat menyebabkan pemadaman  total,  selain  pemasangan  rele frekuensi  pada  bus Switchgear,  pada setiap  bus  generator  juga  dipasang  rele frekuensi  yang  akan  mengirimkan  sinyal kepada  pemutus  tenaga  yang  ada  didekat generator  ketika  frekuensi  pada  bus
generator tersebut bernilai 57.6 Hz (96%)
(Multilin, 2005).
Berikut  ini  adalah  pengaturan  rele frekuensi  pada  bus  generator  di  sistem tenaga  listrik CNOOC  SES  LtdNorth

## Business Unit.
Tabel 2.Pengaturan rele frekuensi pada bus generator CNOOC SES LtdNorth Business Unit.
No Generator CB Relay % Hz Waktu
tunda 1 GT 2 CB 6 FR 12 96 0,01 2 GT 3 CB 11 FR 11 96 0,01 3 GT 5 CB 33 FR 10 96 0,01 4 GT 6 CB 30 FR 9 96 0,01 5 GT 7 CB 34 FR 8 96 0,01 6 GT 8 CB 36 FR 7 96 0,01 7 GT 10 CB 22 FR 6 96 0,01 8 GT 12 CB 26 FR 5 96 0,01
Pada  setiap  simulasi  hal  yang  diamati adalah :
a. Perubahan  frekuensi  sistem  tenaga listrik.
b. Besarnya  beban  yang  dilepaskan untuk memulihkan frekuensi

## Skenario 1 Lepasnya Incoming Kara
Pada  setiap  simulasi  yang  diamati adalah  perubahan  frekuensi  sistem  tenaga listrik  diarea  utara.  Skenario  ini incoming kara lepas dan menyuplai daya sebesar 12 MW sebelum gangguan terjadi.
Tabel 3. Skenario 1 Lepasnya Incoming Kara
Kondisi sebelum gangguan Kondisi setelah gangguan Beban lepas (MW) Pemutus incoming kara Suplai (MW) Beban (MW) Suplai (MW) Beban (MW) 13.707 OFF
53.730 53.231 41.730 39.524
Gambar 2. Daftar aksi stabilitas transien pada skenario 1
Gambar 3. Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan skenario 1
Lepasnya Incoming  Kara tersebut membuat  sistem  tenaga  listrik  kehilangan Daya  aktif    sebesar  12  MW,  hal  ini menyebabkan  frekuensi  turun  drastis karena  cadangan  daya  aktif  yang  dimiliki generator diutara sudah maksimal. Sehingga  untuk  memulihkan  frekuensi sistem dibutuhkan pelepasan beban hingga 3  tahap.  Setelah  dilakukan  pelepasan beban frekuensi akan normal kembali

## Skenario 2 lepasnya GT 5 dan GT 7 di Rig Lisa
Tabel 4. Skenario 2 lepasnya GT 5 dan GT 7 di Rig Lisa Kondisi sebelum gangguan Kondisi setelah gangguan Beban lepas (MW) Pemutus incoming kara
Suplai (MW) Beban (MW) Suplai (MW) Beban (MW) 12.131 OFF
53.730 53.231 45.830 33.699
Perubahan  Sistem Tenaga  Listrik  Ketika lepasnya GT 5 dan GT 7 di Rig Lisa
Gambar 4. Daftar aksi stabilitas transien pada skenario 2
Gambar 5. Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguan skenario 2
Ketika  skenario  2  terjadi  pada  saat t=30s, rele daya lebih (Over Power Relay) bekerja  karena  daya  yang  dikirimkan  dari Incoming  Kara lebih  dari  pengaturan  rele
yakni 12 MW. Setelah lepasnya GT 5 dan GT 7 yang ada di rig Lisa, generator yang ada  diwilayah  utara  berusaha  memenuhi seluruh kebutuhan daya beban tetapi tidak dapat  menyuplai  daya  beban  akhirnya terjadi  pelepasan  beban  di  platform Widuri E dan platform Widuri B.
Daya  aktif  setelah  adanya  pelepasan beban  di  dua  platform  masih  tersisa  4.5 MW untuk mengurangi kerugian perusahaan  setelah  sistem  stabil  kembali, maka beban yang dilepaskan dihubungkan kembali  kesistem  dengan  cara  dipilih sumur  yang  paling  banyak  produksinya. Frekuensi sistem setelah beban yang telah dilepaskan  dihubungkan  kembali  tetap terjaga  diatas  59.5  Hz  sehingga  tidak terjadi pelepasan beban.

## Skenario 3 Incoming Kara Lepas Tanpa Ada Pelepasan Beban
Perubahan  Sistem  Tenaga  Listrik  Ketika Incoming Kara Lepas tanpa Ada
Pelepasan Beban

## Tabel 5.Skenario 3Incoming Kara Lepas
Tanpa Ada Pelepasan Beban
Kondisi sebelum gangguan Kondisi setelah gangguan Beban lepas (MW) Pemutus incoming kara Suplai (MW) Beban (MW) Suplai (MW) Beban (MW) 0 OFF 53.730 53.231 0 0
Gambar 6. Daftar aksi stabilitas transien pada skenario 3
Gambar 7. Perubahan frekuensi sebelum dan setelah gangguanskenario 3
Pada  skenario  ini  lepasnya Incoming kara menyebabkan  kehilangan  daya sebesar 12 MW sehingga drastis penurunan  frekuensinya  tanpa  diimbangi pelepasan beban disebabkan Under
Frequency  Relay tidak  mendeteksi  sinyal penurunan  frekuensi  dibus  yang  dipasang rele  tersebut.  Sedangkan  pada  masing- masing  bus  generator  terdapat  rele frekuensi  yang  akan  mengirimkan  sinyal kepada  pemutus  tenaga  didekat  generator untuk  bekerja  apabila  frekuensi  yang terdeteksi  di  bus  tersebut  mencapai  57.6 Hz  dengan  waktu  tunda  0.01  s.  hal  ini tidak  dapat  mengembalikan  frekuensi  ke sistem  ke  keadaan  normal  dan  penurunan frekuensi  masih  terus  berlangsung  hingga
menyentuh  57.6  Hz.  Rele  frekuensi  pada semua bus generator pada unit bisnis utara mengirimkan  sinyal  ke  pemutus  tenaga generator untuk bekerja. Sehingga skenario ini terjadi pemadaman total pada bisnis  unit  utara.  Ini  terjadi  untuk menyelamatkan  generator  yang  masih aktif.

## 4. KESIMPULAN
Setelah melakukan beberapa simulasi  berkaitan  dengan  pelepasan beban  menggunakan  rele  frekuensi  pada CNOOC  SES  Ltd  North  Business  Unit dapat ditarik beberapa kesimpulan :
a. Penggunaan  rele  frekuensi  sebagai device untuk mendeteksi adanya penurunan  frekuensi akibat  beban  lebih karena  generator  lepas  pada  suatu  sistem tenaga  listrik  memiliki  kemampuan  yang cukup baik dalam rangka upaya pemulihan frekuensi.
b. Pada  sistem  tenaga  listrik,  frekuensi merupakan  indikator  dari  keseimbangan antara  daya  yang  dibangkitkan dengan total  beban  sistem.  Frekuensi  sistem  akan turun bila terjadi kekurangan pembangkitan  atau  kelebihan  beban. Penurunan  frekuensi  yang  besar  dapat mengakibatkan kegagalan unit-unit pembangkit secara beruntun yang menyebabkan  kegagalan  sistem  secara total.  Pelepasan  sebagian  beban  secara otomatis dengan menggunakan rele
frekuensi (Under Frequency Relay), dapat mencegah penurunan frekuensi dan mengembalikannya  ke  kondisi  frekuensi yang normal.

## DAFTAR PUSTAKA
ANSI/IEEE  C37.106- 1987,  “ IEEE  Guide for  Abnormal  Frequency  Protection for Power Generating Plants ”.
ANSI/IEEE  C37.106- 2003,  “ IEEE  Guide for  Abnormal  Frequency  Protection for Power Generating Plants ”.
ANSI/IEEE  Std.  C.37.117- 2007,  “ IEEE Guide for The Application of Protective Relays Used for Abnormal
Frequency Load Shedding and Restoration ”.
ANSI/IEEE  Std  C37.102-1995, IEEE Guide for AC Generator protection ”.
ANSI/IEEE  C37.97-1979, “ IEEE  Guide for  Protective  Relay  Applications  to Power System Buses ”.
CNOOC SES Ltd Database Library Power System, 2009. “ Load Shedding North
Business Unit ” .
Wahyu  Winanti  Chairi,  2011.  “ Analisis
Statis dan Dinamis Stabilitas
Tegangan  Sistem  Tenaga  Listrik
CNOOC SES Ltd ”. UI.
GE Multilin, 2005.  “ F35 Multiple Feeder
Management Relay ”.
Hidayat,  Fani  Irfan  2004. “Simulasi
Pelepasan Beban Pada Sistem
Tenaga Listrik” . Depok: Departemen.
Elektro Fakultas Teknik UI.
Indar Chaerah Gunadin, 2009. “ Studi Laju Penurunan  Frekuensi  Pada  Saat PLTG  Sengkang  Lepas  dari Sistem Sulseltrabar”. Unhas.
Jusmedy, Fery ,2007.  “ Studi  aliran  daya sistem  115  KV    PT.  Chevron  Pacific Indonesia ” .
Putranta Ary Primanda, 2006.“ Analisis Stabilitas Transien Dan Perancangan Pelepasan Beban Pada Sistem Kelistrikan  Tabang  Coal  Upgrading Plant  (TCUP)  Kalimantan  Timur” .
Teknik Elektro, ITS.
Waluyo,Triwahyu Rubianto, Syahrial,
2013. “Studi  Load  Shedding  Pada Sistem
Kelistrikan
Pengeboran Minyak  Lepas  Pantai”.
Elektro Institut Teknologi Nasional Bandung.
________Help program, “ Electric Transient  Analyzer  Program ”. Versi 7.5.