Abstrak  —  PT.  Pusri  Palembang  adalah  perusahaan  yang didirikan  sebagai  produsen  pupuk  nasional  yang  juga bertanggung  jawab  dalam  melaksanakan  distribusi  dan pemasaran  pupuk  bersubsisdi  untuk  mendukung  program pangan  nasional.  Untuk  memenuhi  kebutuhan  produksi  PT. Pusri Palembang melakukan penambahan pabrik baru. Maka untuk  menjaga  kontinuitas  sistem  kelistrikan  yang  ada diperlukan  penambahan  1  unit  pembangkit  baru,  pada mulanya ada 4 unit pembangkit yang beroperasi menjadi 5 unit pembangkit.  Akibat  penambahan  pabrik  baru  ini,  kestabilan transien  pada  plant  belum  dianalisis  secara  mendalam, sehingga  perlu  dilakukan  studi  stabilitas  transien  untuk mengetahui  keandalan  sistem  saat  terjadi  gangguan  transien. Pada penelitian ini akan dilakukan analisis kestabilan transien akibat  generator  lepas,  motor  starting,  dan  hubung  singkat kemudian  akan  dilakukan  perancanggan  mekanisme  load shedding agar sistem  mampu  mempertahankan  kestabilannya dan  kontinuitas  aliran  daya  tetap  terjaga.  Hasil  simulasi menunjukkan  bahwa  saat  salah  satu  generator  outage  pada case  A  dan  saat  generator  P1B  atau  STG  outage  pada  case  B memerlukan  mekanisme  load  shedding.  Mekanisme  load shedding yang dilakukan menggunakan standar frekuensi. Saat kasus  hubung  singkat  pada  bus  SG-3301,  SG-SB,  dan  STG_1 memerlukan mekanisme load shedding. Selain itu, kasus motor starting masih diperbolehkan saat 5 generator ON karena tidak memberikan  efek  yang  singnifikan  pada  respon  tegangan, frekuensi, dan sudut rotor pada sistem.
Kata Kunci: Gangguan  Transien,  Kestabilan  Transien, Pelepasan Beban.

## I. PENDAHULUAN
EIRING  dengan  perkembangan  sistem  tenaga  listrik, masalah stabilitas pada sistem tenaga listrik menjadi hal yang  utama  untuk  menjamin  kontinuitas  dan  keandalan operasi dari suatu sistem tenaga listrik. Perkembangan sistem tenaga listrik baik pada beban maupun generator akan secara otomatis menimbulkan masalah-masalah  baru yang menyangkut tentang masalah kestabilan sistem. Dalam suatu sistem atau plant yang besar, lebih dari dua generator yang bekerja  secara  bersamaan,  kerugian  besar  mungkin  dapat terjadi  jika  kontinuitas  daya  tidak  stabil  [1].  Suatu  sistem dikatakan  stabil  ketika  terdapat  keseimbangan  antara  daya mekanik  pada  penggerak  utama  generator  ( prime  mover ) dengan  daya  output  listrik.  Daya  output  listrik  sangat dipengaruhi oleh kenaikan dan penurunan beban dimana saat hal  tersebut  terjadi  maka prime  mover harus  mampu menyesuaikan  masukan  daya  input  mekanik  yang  sesuai. Apabila  pada  saat  yang  sama prime  mover tidak  mampu
menyesuaikan  dengan  kondisi  beban,  hal  ini  dapat mengakibatkan  sistem  menjadi  tidak  stabil  Dalam  keadaan setimbang  maka  generator  berputar  dengan  kecepatan sinkron.  Berdasarkan  paper  IEEE Transactions  on  Power Systems  berjudul  Definition  and  Classification  of  Power System Stability , kestabilan sistem tenaga listrik dikategorikan menjadi tiga, yaitu kestabilan frekuensi, sudut rotor,  dan  tegangan  [2].  Definisi  ini  berlaku  juga  untuk sistem  yang  beroperasi  dengan  menginterkoneksikan beberapa generator ( multimachine ) [3].
Gangguan  transien  sangat  mempengaruhi  stabilitas  dari suatu sistem kelistrikan pada industri-industri besar sehingga perlu dianalisis lebih lanjut. Setelah dilakukan penambahan generator  dan  penambahan  beban,  PT.  Pusri  Palembang belum  melakukan  studi  transien  yang  lebih  mendalam. Sehingga  dibutuhkan  studi  stabilitas  transien  untuk mengetahui kestabilan sistem saat terjadi gangguan transien. Berdasarkan paper referensi Definition and Classification of Power System Stability, maka pada penelitian ini dilakukan analisis yang meliputi kestabilan frekuensi, sudut rotor, dan tegangan [2]. Sedangkan perubahan yang akan terjadi pada sistem meliputi generator lepas, motor starting, dan hubung singkat. Pada penelitian ini juga akan dianalisis mekanisme pelepasan  beban  untuk  mengatasi  gangguan  transien  yang terjadi.

## II. KESTABILAN TRANSIEN
A. Kestabilan Sistem Tenaga
Sistem tenaga listrik  yang kompleks  memiliki banyak beban-beban  dinamis  yang  besar  daya  yang  diserapnya sangat variasi dalam rentang waktu tertentu, dengan adanya perubahan ini pasokan daya yang disalurkan oleh generator harus sesuai dengan kebutuhan bebannya. Kestabilan sistem tenaga  listrik  secara  umum  dapat  didefinisikan  sebagai kemampuan  dari  suatu  sistem  tenaga  listrik  untuk mempertahankan keadaan sinkronnya pada saat dan sesudah terjadi gangguan. Definisi ini berlaku juga untuk sistem yang beroperasi dengan menginterkoneksikan beberapa generator ( multimachine ).  Ketika  kondisi  sistem  tidak  sinkron  perlu dilakukan  usaha  untuk  mengembalikan  sistem  menjadi sinkron  setelah  terjadi  ganguan.  Berdasarkan  Paper  IEEE definition  and  classification  of  power  system  stability , kestabilan sistem tenaga listrik dibagi menjadi tiga kategori, yaitu :

## Analisis Kestabilan Transien Dan Mekanisme Pelepasan Beban Di PT. Pusri Akibat Penambahan Generator Dan Penambahan Beban
Baghazta Akbar A, Margo Pujiantara, Daniar Fahmi Jurusan Teknik Elektro,  Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya – 60111 Indonesia e-mail: margo@ee.its.ac.id, daniar.fahmi@ee.its.ac.id
S

## Gambar 1. Klasifikasi Kestabilan SistemTenaga
1. Kestabilan sudut rotor
Kestabilan  sudut  rotor  merupakan  kemampuan  dari mesin sinkron yang terhubung dengan sistem untuk tetap sinkron  setelah  terjadi  gangguan.  Ketidakstabilan  akan mengakibatkan  naiknya  sudut  rotor  yang  berbeda-beda dari  generator  sehingga  dapat  mengakibatkan  generator mengalami hilang sinkronisasi dengan generator lain [2].
2. Kestabilan frekuensi [1] Kestabilan frekuensi merupakan kemampuan dari sistem tenaga  mempertahankan  frekuensi  untuk  tetap  stabil ketika  terjadi  gangguan  dan  setelah  terjadi  gangguan. Biasanya  gangguan  ini  berupa  perubahan  pembangkit atau bebanyang signifikan.
3. Kestabilan tegangan [1] Kestabilan tegangan merupakan kemampuan dari sistem tenaga mempertahankan tegangan untuk tetap stabil pada semua  bus  setelah  terjadi  gangguan.  Hal  ini  tergantung dari  sistem  untuk  tetap  mempertahankan  keseimbangan antara suplai daya dan beban.

## B. Kestabilan Transien
Kestabilan  transien  merupakan  kemampuan  dari  sistem tenaga untuk mempertahankan sinkronisasi ketika mengalami gangguan transien. Gangguan transien ini berupa gangguan  besar  yang  terjadi  pada  sistem  seperti  gangguan hubung  singkat, motor  starting, pelepasan  beban  serta penambahan beban secara tiba-tiba [2].

## C. 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 :
Gambar  2.  Standar  Frekuensi  untuk Steam  Turbin  Generator (IEEEStdC37.106-2003)
Gambar 3. Definisi Voltage Magnitude Event berdasarkan Standar IEEE 1195-1995

## D. Pelepasan Beban
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 beban.
Ketika  beban  dalam  kondisi  kekurangan  suplai  daya, tidak dijinkan melepas beban secara besar-besaran. Terdapat dua  skema  pelepasan  beban  yang  mengacu  pada  standar ANSI/IEEE  C37.106-1987  [4],  yaitu  pelepasan  beban  tiga langkah dan pelepasan beban enam langkah.

## III. SISTEM KELISTRIKAN PT. PUSRI PALEMBANG
PT  Pusri  Palembang  mempunyai  sistem  kelistrikan yang besar dan kompleks. Pada kondisi awal sebelum diberi penambahan beban dan generator baru, PT Pusri Palembang memiliki tiga unit pembangkit dengan kapasitas 15 MW dan satu  unit  pembangkit  dengan  kapasitas  22,6  MW.  Sistem kelistrikan  di  PT  Pusri  Palembang  merupakan  sistem kelistrikan islanding, yang  saling  terhubung  dengan synchronous  bus untuk  menjaga  keandalan  dari  sistem kelistrikan  PT  Pusri  Palembang. Islanding tersebut  terbagi atas Pusri 2, Pusri 3, Pusri 4, dan Pusri 1B.
Penambahan  beban  berupa  Pusri  2B  serta pembangkit  STG-1  yang  berkapasitas  38  MW  membuat perubahan  sistem  kelistrikan  pada  PT  PUSRI  sehingga membutuhkan penambahan synchronous bus baru dengan kapasitas 33 kV untuk menghubungkan jaringan baru dan jaringan lama. Powerplant yang semula terbagi atas empat bagian, kini berubah  menjadi lima bagian dengan adanya Pusri  2B.  Pembangkit  STG-1  ini  mensuplai  daya  untuk Pusri  2B  dan  mengalirkan  daya  ke  jaringan  kelistrikan yang lama.
Gambar 2. Sistem Kelistrikan Baru PT. Pusri Palembang

## IV. SIMULASI DAN ANALISIS

## A. Studi Kasus Kestabilan Transien
Pada  simulasi  ini  dilakukan  analisis  kestabilan  transien dan  mekanisme  pelepasan  beban  di  PT.  Pusri  Palembang akibat  generator outage , short  circuit ,  motor starting . Parameter-parameter  yang  perlu  diperhatikan  dalam penelitian  ini  adalah  respon  dari  frekuensi,  tegangan,  dan sudut rotor pada sistem.

## B. Simulasi Generator Outage
Terdapat  2  case  utuk  generator  outage  yaitu  case  A (saat plant P2B sudah terhubung dengan sitem, pembangkit STG belum) dan case B (saat plant P2B dan pembangkit STG terhubung)
Tabel 1. Studi kasus generator outage Kasus Keterangan CASE A Plant P2B terhubung, STG belum Gen P-4 OFF Generator P-4 outage dari sistem CASE B Plant P2b dan STG terhubung Gen STG OFF Generator STG outage dari sistem
B.1  Studi kasus CASE A, Gen P-4 off
Pada  kasus  ini  disimulasikan  case  A  (STG  belum terhubung)  lepasnya  generator  P-4  dan  dilanjutkan mekanisme load shedding.
Gambar 3. Respon Frekuensi Saat Generator P-2 Outage dari Sistem
Gambar 4. Respon Frekuensi Saat Generator P-2 Outage dari Sistem dengan mekanisme load shedding
Gambar  3  menunjukan  ketika  generator  P-4  outage frekuensi  terus  menurun.  Gambar  4  menunjukan  setelah dilakukan  mekanisme  load  shedding  sistem  masih  dapat mempertahankan kestabilannya. Penurunan frekuensi terendah  99,73%  dan  kembali  steady  state  pada  100,04%. Berdasarkan  kepada  standar  ANSI/IEEE  C37.106-1987  [4] penurunan frekuensi yang terjadi pada studi kasus ini masih diperkenankan.
Gambar 5. Respon Tegangan Saat Generator P-4 Outage dari Sistem
Gambar 6. Respon Tegangan Saat Generator P-4 Outage dari Sistem dengan mekanisme load shedding
Gambar  5  menunjukkan  ketika  generator  P-4  outage tegangan  pada  masing-masing  bus  terus  turun.  Gambar  6 menunjukkan  tegangan  pada  masing-masing  bus  setelah dilakukan  mekanisme  load  shedding,  penurunan  tegangan berada  pada  90,86%  -  96,23%.  Kemudian  sistem  kembali stabil nilai tegangan antara 99,93% - 102,26%.

## B.2  Studi kasus CASE B, Gen STG off
Pada kasus ini disimulasikan case B (STG terhubung) lepasnya  generator  STG  dan  dilanjutkan  mekanisme load shedding.
Gambar 7. Respon Frekuensi Saat Generator STG Outage dari Sistem
R R R R R R R STG 1 32 MW STG_1 13.8 kV SG-61 13.8 kV New Syn Bus 33 kV T-STG_1 13.8 kV R R Old Syn Bus 13.8 kV R R SG-21 13.8 kV R R R R R R SG-31 13.8 kV SG-41 13.8 kV SG-51 13.8 kV R R R R R R R P-2 P-4 P-3 STG P-2B
Gambar 8. Respon Frekuensi Saat Generator STG Outage dari Sistem dengan mekanisme load shedding
Gambar  7  menunjukan  ketika  generator  STG  outage frekuensi  terus  menurun.  Gambar  8  menunjukan  setelah dilakukan  mekanisme  load  shedding  sistem  masih  dapat mempertahankan kestabilannya. Penurunan frekuensi terendah  99,70%  dan  kembali  steady  state  pada  99,78%. Berdasarkan  kepada  standar  ANSI/IEEE  C37.106-1987  [4] penurunan frekuensi yang terjadi pada studi kasus ini masih diperkenankan.
Gambar 9. Respon Tegangan Saat Generator STG Outage dari Sistem
Gambar 10. Respon Tegangan Saat Generator STG Outage dari Sistem dengan mekanisme load shedding
Gambar  9  menunjukkan  ketika  generator  STG  outage tegangan  pada  masing-masing  bus  terus  turun.  Gambar  10 menunjukkan  tegangan  pada  masing-masing  bus  setelah dilakukan  mekanisme  load  shedding,  penurunan  tegangan berada  pada  78,12%  -  94,50%.  Kemudian  sistem  kembali stabil nilai tegangan antara 90,93% - 99,92%.

## C. Simulasi Short Circuit
Simulasi  kestabilan  transien  untuk  studi  kasus  ketika terjadi short circuit pada Bus STG_1
Gambar 11. Respon Frekuensi Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat di Bus STG_1
Gambar 12. Respon Frekuensi Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat di Bus STG_1 dengan mekanisme load shedding
Gambar  11  menunjukan  saat  terjadi  gangguan  hubung singkat di bus STG_1 frekuensi terus menurun. Gambar 12 menunjukan  setelah  dilakukan  mekanisme  load  shedding sistem  masih  dapat  mempertahankan  kestabilannya. Penurunan  frekuensi  terendah  99,47%  dan  kembali  steady state pada 99,59%. Berdasarkan kepada standar ANSI/IEEE C37.106-1987  [4]  penurunan  frekuensi  yang  terjadi  pada studi kasus ini masih diperkenankan.
Gambar 13. Respon Tegangan Saat Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat di Bus STG_1
Gambar 13  menunjukan tegangan saat terjadi gangguan hubung  singkat  di  bus  STG_1  masih  sedikit  berosilasi. Gambar 14 menunjukkan tegangan pada masing-masing bus setelah  dilakukan  mekanisme  load  shedding,  penurunan tegangan  berada  pada  0,79%  -  78,82%.  Kemudian  sistem kembali  stabil  nilai  tegangan  antara  91,35%  -  99,87%. Kondisi tegangan sistem setelah dilakukan meknisme Load Shedding pada  saat  studi  kasus  ini  masih  diperkenankan. Dengan  kondisi  koil  kontaktor  CB  tidak  dihubungkan dengan bus secara langsung melainkan dihubungkan dengan UPS  atau  sumber  lain  dan  mengubah  setting  relay undervoltage menjadi lebih lama 0,2 s dari sebelumnya.

## D. Simulasi Motor Starting
Simulasi  kestabilan  transien  untuk  studi  kasus  ketika terjadi starting motor dengan kapasitas yang terbesar . Pada kasus ini akan disimulasikan, motor dengan ID 101-J1’ yang berkapasitas 2200 kW starting dengan metode direct-online.
Gambar 15. Respon Frekuensi Saat Starting Motor 101-J1’
Gambar  15  menunjukkan  bahwa  respon  frekuensi  bus pada  saat  101-J1’ start pada  t  =  2 s .  Dari  gambar menunjukkan  bahwa  frekuensi  bus  pada  masing-masing level  tegangan  mengalami  penurunan,  akan  tetapi  sistem masih  dapat  mempertahankan  kestabilannya.  Penurunan frekuensi  terendah  mencapai  99,79%  pada  detik  ke  6,3  s. Sistem  kembali steady  state pada  99,89%  dari  frekuensi normal . Berdasarkan  kepada  standar  ANSI/IEEE  C37.106- 1987  [4]  osilasi  frekuensi  yang  terjadi  pada  studi  kasus  ini masih diperkenankan.
Gambar 16. Respon Tegangan Saat Starting Motor 101-J1’
Gambar  16  menunjukkan  respon  tegangan  masing- masing bus pada saat 101-J1’ start pada t = 2 s . Bus SG-21 mengalami penurunan tegangan hingga 98,30% dan kembali stabil  pada  99,98%.  Bus  SG-31  mengalami  penurunan tegangan  hingga  94,44%  dan  kembali  stabil  pada  99,92%. Bus SG-41 mengalami penurunan tegangan hingga 98,27% dan  kembali  stabil  pada  99,97%.  Bus  SG-51  mengalami penurunan tegangan hingga 98,17% dan kembali stabil pada 99,98%. Bus SG-61 mengalami penurunan tegangan hingga
98,77%  dan  kembali  stabil  pada  99,76%.  Bus  SG-3301 mengalami  penurunan  tegangan  hingga  98,38%  dan  dan kembali  stabil  pada  100,01%.  Bus  STG_1  mengalami penurunan tegangan hingga 99,02% dan dan kembali stabil pada  99,99%.  Dengan  demikian  dapat  disimpulkan  bahwa kondisi  tegangan  sistem  pada  saat  studi  kasus  ini  masih dalam batas aman.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh  dari  simulasi  dan analisis  pada  penelitian  ini,  dapat  diambil  beberapa kesimpulan sebagai berikut:
a) Dari  9  kasus  lepasnya  pembangkit  sebelum  dilakukan mekanisme load  shedding dapat  menyebabkan  kondisi sistem  kelistrikan  yang  berbahaya,  yaitu  1  kasus menyebabkan underfrequency dan  5  kasus  lainnya menyebabkan terjadi underfrequency dan undervoltage .
b) Dari 4 kasus hubung singkat pada plant baru didapatkan bahwa  kasus SC 1  (SG-3301)  33kV, SC 2  (SG-SB) 13,8kV,  dan SC 4  (STG-1)  13,8  mengakibatkan  sistem menjadi  tidak  stabil,  sehingga  tidak  didapat  kondisi steady  state .  Sedangan  pada  kasus SC 3  (SG-61) menunjukkan  bahwa  respon  tegangan,  frekuensi,  dan sudut rotor tetap stabil. Nilai  tegangan antara 100,04%- 100,42%, frekuensi 100,81%, dan sudut rotor berosilasi namun simpangannya tidak melebihi 90 derajat dan dapat stabil kembali. Nilai tersebut masih dalam batas standar yang diizinkan sehingga sistem masih aman.
c) PT.  Pusri  Palembang  sangat  handal  dalam  hal starting motor.  Penyalaan  motor  2200  kW  secara direct  online saat 5 generator ON masih diizinkan karena tegangan dan frekuensi hanya mengalami penurunan yang sangat kecil. Penurunan  frekuensi  0,10%  dan  penurunan  tegangan 5,48%  dari  kondisi  steady  state  serta  sudut  rotor mengalami  sedikit  osilasi  namun  masih  dalam  batas standar aman.
Saran  yang  dapat  diberikan  untuk  memperbaiki  sistem setelah melakukan anlisis adalah sebagai berikut:
a) Sebaiknya  dalam  perancangan  pelepasan  beban,  beban- beban  yang  dilepas  harus  di  dekat  generator  yang mengalami kasus outage/lepas.
b) Untuk  beberapa  kasus  lepasnya  unit  pembangkit  yang mengakibatkan nilai tegangan bus mengalami penurunan hingga  kurang  dari  80%,  perlu  dilakukan  setting  rele pengaman  (undervoltage  relay)  dengan  delay  waktu minimal  sebesar  total  durasi  waktu  saat  tegangan  bus kurang dari 80% pada saat terjadi gangguan.
c) Untuk kasus hubung singkat SC 1 (SG-3301) 33kV, SC 2 (SG-SB) 13,8kV, SC 3 (SG-61) dan SC 4 (STG-1) 13,8, saran kedepannya, nilai dari kedip tegangan (voltage sag) lebih  diperhatikan  agar  tidak  mempengaruhi  kerja  dari peralatan-peralatan  elektronik  atau  peralatan  control dalam pabrik/industri.
d) Untuk kasus hubung singkat SC 1 (SG-3301) 33kV, SC 2 (SG-SB) 13,8kV, SC 3 (SG-61) dan SC 4 (STG-1) 13,8, perlu  dilakukan  setting  rele  pengaman  (undervoltage relay)  dengan  delay  waktu  minimal  sebesar  total  durasi waktu  saat  tegangan  bus  kurang  dari  80%  pada  saat terjadi gangguan. Kontaktor circuit breaker dihubungkan dengan  UPS  atau  sumber  lain,  tidak  disarankan dihubungkan langsung dengan bus.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Grigsby,  Leonard.,  “Power  System  Stability  and  Control,  3rd edition”, CRC Press, Taylor and Francis Group, 2012.
[2] IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions,
“ Definition  and  Classification  of  Power  System  Stability” IEEE Transactions on Power system , vol. 19, no. 2, may 2004.
[3] Kundur, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw-
Hill Companies Inc, 1994.
[4] IEEE,  “ Guide  for  Abnormal  Frequency  Protection  for  Power Generating  Plants ”,  1987.  IEEE  Std.  C37.106-2003(Revision  of ANSI/IEEE C37.106-1987).