4525-8700-1-sm

7/23/2019 4525-8700-1-SM

1/6

e-journal Teknik Elektro dan Komputer (2014), ISSN 2301-8402 1

I. PENDAHULUAN

Salah satu faktor yang mempengaruhi untuk kesejahteraan

masyarakat adalah indikator pertumbuhan kebutuhan listrik

yang terus meningkat tiap tahunnya.

Oleh karena itu perlu diperhatikan kesinambungan dari

proses penyaluran tenaga listrik agar aktivitas dan kegiatan

dari masyarakat dapat berlangsung dengan baik.

Selain tersedianya pembangkitan yang cukup, hal lain yang

juga harus ditentukan adalah apakah kondisi transientjika

terjadi gangguan akan mengganggu operasi normal sistem atau

tidak.

PLTA Tanggari II GI Sawangan merupakan lingkup dari

sistem Minahasa yang saling terinterkoneksi dengan sistem

yang lainnya dimana dalam hal ini akan menganalisa apakah

sistem tersebut stabil atau tidak jika terjadi gangguan. Maka

dalam penulisan skripsi ini penulis mengambil judul Analisa

Stabilitas Transien untuk Menentukan Waktu Pemutusan

Kritis (Critical Clearing Time) pada Jaringan Transmisi 70 kV

PLTA Tanggari II GI Sawangan dengan Menggunakan

Program Matlab.

II. LANDASAN TEORI

A. Sistem Tenaga ListrikSistem Tenaga Listrik adalah Sekumpulan

Pusat/Pembangkit Listrik dan Gardu Induk (Pusat Beban)

yang satu sama lain dihubungkan oleh Jaringan Transmisi

sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi agar tenaga

listrik dapat mengalir sesuai kebutuhan. Berikut gambar 1

adalah gambar skema tenaga listrik secara umum dari

pembangkit yang dihubungkan melalui saluran transmisi ke

Beban.

Gambar 1. Skema Pusat Listrik yang dihubungkan melalui saluran transmisi

ke Beban.

Analisa Stabilitas Transien Untuk Menentukan

Waktu Pemutusan Kritis (Critical Clearing Time)

Pada Jaringan Transmisi 70 kV PLTA Tanggari II-GI

Sawangan Dengan Menggunakan Program Matlab

James A. Pongtiku, Maickel Tuegeh, ST., MT., Ir. Hans Tumaliang, MT.,Jurusan Teknik Elektro-FT, UNSRAT, Manado-95115, Email: [email protected]

Abstract - An electric power system is connected through the

interconnected transmission network is not free from

interference. The existence of disturbance can cause instability .

Instability can affect change in the system , such as a change in

voltage and frequency of the system . Sudden severe disorder that

is common in systems such as short circuit , conductor rupture ,

and increased loading can cause loss of synchronization . Itstretcher requires transient stability analysis that helps to

determine the time setting on / off relay protection and circuit

breaker disconnection time critical . In this thesis aims to

determine the critical clearing time in the event of disruption of

three phase on the electrical system of PLTA Tanggari II - GI

Sawangan . Therefore , simulation using matlab program

termination critical in determining the appropriate time to

anticipate system instability.

Keywords : Critical Clearing Time, Disturbance, Matlab

Programs, Transient Stability,

Abstrak - Suatu sistem tenaga listrik yang dihubungkan

secara terinterkoneksi melalui jaringan transmisi tidak lepasdari adanya gangguan. Adanya gangguan yang terjadi dapat

menimbulkan ketidakstabilan. Ketidakstabilan dapat

mempengaruhi perubahan pada sistem, berupa perubahan

pada tegangan dan frekuensi sistem. Gangguan berat yang

bersifat mendadak pada sistem yang sering terjadi seperti

hubung singkat, putusnya penghantar, dan meningkatnya

pembebanan dapat menyebabkan hilangnya sinkronisasi. Hal

terebut memerlukan analisa stabilitas transien yang membantu

untuk menentukan setting waktu on/off relai proteksi , dan

waktu pemutusan kritis circuit breaker. Pada tugas akhir ini

bertujuan untuk mengetahui waktu pemutusan kritis (Critical

Clearing Time) pada saat terjadi gangguan tiga phasa (3 phase

fault) pada sistem kelistrikan PLTA Tanggari II - GI

Sawangan. Oleh karena itu, dilakukan simulasi dengan

menggunakan program matlab dalam menentukan waktupemutusan kritis yang tepat untuk mengantisipasi terjadinya

ketidakstabilan sistem.

Kata Kunci : Gangguan, Kestabilan Transien, Progam

Matlab, Waktu Pemutusan Kritis

[11]

7/23/2019 4525-8700-1-SM

2/6

e-journal Teknik Elektro dan Komputer (201

Di dalam suatu keadaan sistem tenaga li

interkoneksi seperti ini tidak luput dari adany

sistem sehingga menyebabkan terganggunya

mengalir diberbagai bagian dari sistem.

gangguan yang sering terjadi itu adalah pad

transmisi, dimana dapat menimbulkan kerus

suatu sistem khususnya dalam masalah pera

yang akan tercakup dalam keadaan studi kesta

Maka dalam hal ini sangat diperlukan suatuntuk dapat menganalisa suatu sitem untuk

kerusakan, sehingga pencegahan kerusakan

saluran-saluran transmisi beserta cara-cara un

sistem pada saat terjadi gangguan-gangguan si

B. Stabilitas Sistem Tenaga Listrik

Stabilitas sistem tenaga listrik adalah s

sistem tenaga listrik dengan operasi awa

mendapatkan kembali dan mempertahanka

kondisi operrasi dalam sistem setelah men

Batas stabilitas sistem adalah daya-daya

mengalir melalui suatu titik dalam sistem unt

ketika keseluruhan sistem tanpa menyeb

stabilitas. Gangguan pada sistem tenaga listridua, yaitu gangguan kecil dan gangguan

kecil dalam bentuk perubahan beban yan

kontiyu dan sistem menyesuaikan dengan p

Selain itu pada gangguan besar, sistem har

dari dalam maupun dari luar sistem, termasu

pada saluran teransmisi atau lepasnya p

pembangkit.

Dalam ketidakstabilan yang terjadi pa

tenaga listrik dapat terjadi dalam bentuk-ben

bergantung bentuk gangguan yang terjadi.

tenga listrik dapat diklasifikasikan berdasar

diantaranya sifat alami dari ketidakstabila

terkait parameter sistem utama, dimana ketidiamati. Sifat alami lainnya adalah ukuran

menunjukkan pada metode perhitungan d

ketidakstabilan yang sesuai. Selain dua si

terdapat juga sifat alami yaitu proses dan re

harus diambil untuk menjadi pertimbangan d

kestabilan.

Faktor-faktor utama dalam masalah stabili

PM= Prime Mover

G = Generator sinkron

X = Reaktansi saluran

SL = Sumbu beban

Gambar 2. Diagram faktor-faktor utama dalam

[8]

), ISSN 2301-8402

trik yang saling

kesalahan pada

aliran daya yang

ebanyakan dari

saluran-saluran

akan besar pada

lihan (transient)

ilan.

studi kestabilanemnimalisirkan

peralatan pada

uk perlindungan

stem.

atu kemampuan

l tertentu untuk

kesetimbangan

alami gangguan.

maksimum yang

uk dipertahankan

abkan hilangnya

k dibagi menjadiesar. Gangguan

g terjadi secara

rubahan kondisi.

s dapat bertahan

k hubung singkat

erasi dari suatu

da suatu sistem

tuk tertentu yang

Stabilitas sistem

an beberapa hal,

yang dihasilkan

akstabilan dapatgangguan yang

alam menangani

fat alami diatas

tang waktu yang

lam menentukan

tas adalah:

asalah kestabilan.

C. Stabilitas Transient

Stabilitas Transient yang mer

suatu sistem tenaga untuk me

setelah megalami gangguan besar

selama sekitar satu swing (yang

bahwa pengatur tegangan otoma

belum bekerja. Analisis Stabilita

pendekatan model non linear. Sta

fungsi dari kondisi operasi dan gangMasalah kestabilan peralihan m

yang tidak lagi memungkinkan p

persamaan tidak linier differen

diselesaikan dengan metoda langs

iterasi. Masalah kestabilan peraliha

kedalam kestabilan ayunan pertam

majemuk (multiswing). Kestabilan

pada model generator yang

memasukkan sistem pengaturannya

yang periode waktu yang diselid

setelah timbulnya gangguan pada si

berada dalam kondisi serempak s

pertama, maka kita katakan sis

kestabilan ayunan majemuk menclebih lama, dan karenanya harus

pengaruh sistem pengaturan genera

didalam periode waktu yang cuk

mesin dengan perincian yang lebih

menggambarkan kinerjanya dengan

Pada bagan gambar 3 menunj

pada sistem tenaga listrik, yak

stabilitas frekuensi, dan stabilitas te

Gambar 3. Klasifikasi Stabilitas

2

upakan kemampuan dari

pertahankan sinkronisasi

yang bersifat mendadak

pertama) dengan asumsi

is (AVR) dan governor

s transien menggunakan

ilitas transien merupakan

guan. enyangkut gangguan besar

oses kelinieran, sehingga

sial dan aljabar harus

ng atau dengan prosedur

dapat lebih lanjut dibagi

(first-swing) dan ayunan

yunan pertama didasarkan

cukup sederhana tanpa

. Biasanya periode waktu

iki adalah detik pertama

tem. Bila mesin dikatakan

ebelum berakhirnya detik

em ini stabil. Masalah

akup periode telaah yangmempertimbangkan juga

or terhadap kinerja mesin

p lama. Model model

tinggi harus dibuat untuk

tepat.

ukan klasifikasi stabilitas

i stabilitas sudut rotor,

angan..

Sistem Tenaga listrik[4]

7/23/2019 4525-8700-1-SM

3/6


D. Parameter Keadaan Transien

Kondisi sistem yang benar-benar mantap

pernah ada. Perubahan beban selalu terja

Penyesuaian oleh pembangkit akan dil

gevernor dari penggerak mula dan eksitasi ge

Perubahan kondisi sistem yang seketika,

akibat adanya gangguan hubung singkat pa

listrik, dan pelepasan atau penambahan b

secara tiba-tiba. Akibat adanya perubahansistem ini, maka keadaan sistem akan beru

lama ke keadaan baru.

E. Dinamika Rotor Dan Persamaan Ayu

Persamaan ayunan mesin merupakan

yang mengatur dinamika (gerak) putar

Dalam studi kestabilan persamaan tersebut

differensial orde kedua yang dapat dituliskan

persamaan differensial orde pertama di mana

s

H

2

dt

d=Pm Peper unit

F. Kriteria Luas Sama (Equal Area Crit

Studi stabilitas transient meliputi penent

tidaknya keserempakan setelah mesin men

Gangguan tersebut dapat berupa pembe

kehilangan pembangkit, kehilangan beban ya

gangguan pada sistem. Keadaan keadaa

selama, dan sesudah terjadinya gangguan

dengan menganalisis lengkungan lengku

dalam gambar 4.. Ini hanya dapat dicap

peningkatan kecepatan yang dihasilkan dari

Pm yang konstan. Mesin bekerja pada titik se

titik ini daya input mekanik Pm0 = Pe0 seperti

gambar 5. Penambahan daya input tiba-tiba

oleh garis horizontal Pm1. Dengan Pm1 > Pe0,

pada rotor adalah positif dan sudut daya ber

Kelebihan energi yang tersimpan pa

percepatan awal adalah :

0

)( dPP em = luas abc = l

Gambar 4. Kriteria luas sama pada kecepata

Gambar 5. Kriteria luas sama pada perubahan beban

), ISSN 2301-8402

sebenarnya tidak

i dalam sistem.

akukan melalui

erator.

biasanya terjadi

da sistem tenaga

ban yang besar

ondisi kerja dariah dari keadaan

an

ersamaan dasar

esin serempak.

dalah persamaan

sebagai dua buah

, s

(1)

rion)

an tercapai atau

alami gangguan.

banan tiba-tiba,

g besar, ataupun

n fisik sebelum,

dapat dimengerti

gan sudut daya

ai dengan suatu

daya percepatan

timbang 0. Pada

ditunjukan pada

yang dinyatakan

daya percepatan

tambah.

a rotor selama

uas A1 (2)

n serempak.

mendadak.

Dengan penambahan , daya li

saat = 1 maka daya input yang b

daya percepatan adalah nol pada titi

kecepatan serempak. Oleh karena i

listrik Pebertambah secara kontinyu

Sekarang Pm < Pe yang menye

kearah kecepatan serempak hingga

energi yang tersimpan pada rotor s

sebagai berikut :

mak

dPP em

1

)( 1 = luas bd

Dari persamaan (2) dan (3) dida

|luas A1| = |luas

G. Aplikasi Metode Kriteria L

Tiga Fasa

Untuk keandalan yang semp

dirancang untuk kestabilan peralih

fasa pada lokasi yang menimbulkan

sudah merupakan praktek yang dijal

Untuk menentukan sudut da

diperlukan penyelesaian persamaan

hal ini, dimana daya listrik sela

penyelesaian analitik untuk Criti

ditentukan. Sehingga didapatkan

berikut :

Waktu Pemutus Kritis,

m

c

cPf

Ht

0

0

.

)(2

Sudut Pemutus Kritis,

2

0 )(/cosr

PP makmakmk

H. Program Matlab Simulink.

Program matlab merupakan b

canggih untuk komputansi t

pemograman semuanya ada didala

untuk digunakan, karena permasa

dinyatakan dalam bentuk notasi

kegunaan program matlab ada

komputansi, pengembangan- algori

pembuatan prototype, analisa dat

serta pembuatan aplikasi termasukinterface.

III. METODE

A. Gambaran Umum

PLTA Tanggari II dan Gardu In

suatu bagian yang termasuk dari sis

terinterkoneksi. PLTA Tanggari II d

ini dihubungkan oleh jaringan tr

dalam proses penyaluran daya

[4]

[4]

3

strik bertambah, dan pada

aru adalah Pm1. Walaupun

k ini, rotor berputar di atas

tu sudut daya dan daya

abkan motor diperlambat

= mak, maka kelebihan

elama perlambatan adalah

e = luas A2 (3)

atkan suatu hubungan :

A2| (4)

as Sama pada Gangguan

rna, suatu sistem harus

n terhadap gangguan tiga

pengaruh terburuk, dan ini

ankan secara universil.

waktu pemutus kritis,

ayunan non linear. Dalam

a gangguan adalah nol,

al Clearing Time dapat

persamaannya sebagai

(5)

1

012 coscos

r

rr mak

(6)

ahasa pemograman yang

eknik. Suatu integrasi

lingkungan yang mudah

lahan dan pemecahannya

atematika. Secara umum

lah untuk matematika-

tma, pemodelan, simulasi,

a, eksplorasi, visualisasi,

pembuatan graphical user

PENELITIAN

duk Sawangan merupakan

tem Minahasa yang saling

an Gardu Induk Sawangan

ansmisi 70 kV. Dimana,

yang disalurkan melalui

[4]

7/23/2019 4525-8700-1-SM

4/6


jaringan transmisi ini seringkali mengalami ketidakstabilan

sehingga terjadinya perubahan kondisi pada sistem. Perubahan

kondisi sistem yang seketika, terjadi akibat adanya gangguan

hubung singkat pada sistem tenaga listrik, dan pelepasan atau

penambahan beban yang benar secara tiba-tiba. Oleh karena

itu pada periode peralihan di antara kedua keadaan diperlukan

suatu analisis sistem tenaga listrik untuk menentukan untuk

sistem tersebut kembali stabil.

B. Prosedur Penelitian

Untuk penelitian ini, tahapan yang dilakukan antaralain

ada lima tahap, yaitu yang pertama mengumpulkan dan

mempelajari literature-literatur yang berhubungan dengan

penentuan kestabilan sistem pada periode transien. Kemudian

tahap selanjutnya adalah menentukan data-data dan parameter

secara langsung dari instansi terkait yang diperlukan untuk

menunjang perhitungan dan penentuan Critical Cleaning

Time. Tahap yang ketiga mengumpulkan data-data teknis

secara langsung dari instansi terkait. Tahap yang keempat

mengolah data yang telah diperoleh berdasarkan teori-teori

yang ada dengan menggunakan program matlab. Tahap yang

terakhir adalah melakukan penulisan berdasarkan penelitian

yang telah dilakukan.

C. Data Teknis

Data teknis yg bersumber dari PT. PLN Suluttenggo

(AP2B Sistem Minahasa), dimana tabel I. berikut menyatakan

akan data reaktansi dan kontanta inersia pada salah satu

generator PLTA Tanggari II. Selanjutnya tabel II. berikut

menyatakan akan data reaktansi trafo GI- Sawangan dan

PLTA Tanggari II. Kemudian tabel III. berikut menyatakan

akan data reaktansi saluran transmisi GI- Sawangan dan PLTA

Tanggari II. Serta tabel IV. berikut menyatakan akan data

infinite bus GI- Sawangan.

TABEL I. DATA REAKTANSI DAN KOSNTANTA INERSIA PADAGENERATOR

Generator

Reaktansi

(X) dalam

p.u

Konstanta Inersia

Mesin (H) dalam

MJ/MVA

J 0.25 8

TABEL II. DATA REAKTANSI PADA TRAFO

TrafoReaktansi (X)

dalam p.u

1 j0,0873

2 j0,0873

TABEL III. DATA REAKTANSI SALURAN TRANSMISI

Saluran

Transmisi

Reaktansi (X)

dalam p.u

1 j0,43

2 j0,43

TABEL IV. DATA REAKTANSI SALURAN TRANSMISI

Infinite Bus

Daya (S)

dalam p.u

0.74 + j0.29

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Menghitung Reaktansi Saluran

1. Menghitung reaktansi saluran sebelum terjadi gangguan

(gambar 6)

2

231

231

11 T

STSTST

STSTST

Tq XXXX

XXXXXjX

087,0215,0215,043,0

215,0215,043,0087,025,01 j

jjj

jjjjjjX

= 087,095,0087,025,0 jjjj

= puj 374,1

2. Menghitung reaktansi saluran saat terjadi gangguan

(gambar 7) kemudian dihubung bintang (gambar 8)

231

21

1.2

))((

STSTST

STST

XXX

XXX

215,0215,043,0

)215,0)(43,0(1.2

jjj

jjX

= puj 1,0

231

31

2.2

))((

STSTST

STST

XXX

XXX

215,0215,043,0

)215,0)(43,0(2.2

jjj

jjX

= puj 10,0

231

32

3.2

))((

STSTST

STST

XXX

XXX

215,0215,043,0

)215,0)(215,0(3.2

jjj

jjX

= puj 053,0

Setelah itu rektansi salurannya dihubung delta (gambar 9)

jX =

3

32222131 ))(())(())((

Z

ZXZXZXXZXX TTTqTq

053,0

)053,0)(187,0()187,0)(33,0()053,0)(33,0(

j

jjjjjjjX

= puj 64,1

qE'

25.0jXg 087.01 jXT

43.01 jXST

215.02 jXST 215.03 jXST

001

087.02 jXT

7/23/2019 4525-8700-1-SM

5/6


24.0j

qE'

087.0j j

43.0j

215.0j215.0j

1

1

2

2

3

3

Gambar 7. Diagram reaktansi selama gangguan seditanahkan dan dihubung Y untuk mencari impeda

24.0j 087.0j 1.0j .0j

053.0jqE'

Gambar 8. Diagram reaktansi ketika saluran telah d

qE'

64.1j

Gambar 9. Diagram reaktansi setelah ditransfor

25.0j

qE'

087.0j j

43.0j

1

2 3

Gambar 10. Diagram reaktansi setelah terjadi

), ISSN 2301-8402

087.

001

4

ua saluransi pengganti

87

001

ihubung bintang

001

asikan Y-

087.0

001

4

gangguan

3. Menghitung reaktansi saluran

(gambar 10)

2113 TSTTq XXXXjX

43,0087,025,0 jjjj

puj 854,0

B. Hasil Analisa ProgramAnalisa Sudut (gambar 11) dan

Kritis (Critical Clearing Time) yan

menggunakan program matlab.

TABEL V. HASIL PERHIT

WAKTU PEMU

Gambar 11.Kurva hasil perhitu

B

A

C

D

5

setelah terjadi gangguan

087,0

Waktu (tabel V) Pemutus

g telah didapatkan dengan

NGAN SUDUT DAN

US KRITIS

gan sudut pemutus kritis

E

F

7/23/2019 4525-8700-1-SM

6/6


Sudut motor maju dari 0 ke sudut pemutus kritis k yang

berarti berubah dari titik B ke titik C. Pada titik D, keluaran

daya listrik Pe melebihi masukan daya mekanis Pm sehingga

diperlukan kestabilan dengan menentukan sudut dan waktu

pemutusan kritis. Akibatnya kecepatan rotor menurun

sementara Peberubah dari titik C ke titik D. Pada titik D ke E

kecepatan rotor mulai kembali pada kecepatan serempak

walaupun rotor melebihi pada kondisi kecepatan tetap dan

harus terus mengurangi kecepatan.Sehingga pada titik E ke titik F daya mekanis melebihi

daya listrik dan kecepatan rotor naik lagi sehingga mencapai

kecepatan serempak pada titik F (sudut rotor sudah maju

sampai mak). Sudut mak ditentukan dari kriteria luas sama

yaitu A1 = A2. Terlihat dalam hasil analisa bahwa pemutusan

yang diperlukan pada detik 0,40293 dengan sudut pemutusan

kritis yang didapatkan 98,16220

V. KESIMPULAN

Dalam menentukan waktu pemutusan dalam menggunakan

program matlab dapat disimpulkan dalam beberapa hal, antara

lain dengan menentukan lengkung ayunan untuk panjangnyawaktu yang diizinkan sebelum diputuskannya gangguan dari

sistem tenaga listrik tersebut didapatkan nilai waktu

pemutusan kritis 0,40293 detik, interval waktu ini sangat

penting untuk melakukan manuver terhadap jaringan apakah

sistem akan segera dibuka pemutusnya atau tidak, sehingga

dibutuhkan proteksi yang baik dalam hal pengamanan agar

pada keadaan peralihan disistem PLTA Tanggari II - GI

Sawangan melalui jaringan transmisi sistem Minahasa dapat

ditangani secara cepat dan tepat.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Stevenson, W.D,Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi Keempat,

Kamal Idris, Penterjemah, Jakarta : Erlangga. 1984.

[2] C. Cekmas, Sistem Tenaga Listrik, Yogyakarta : Andi, 2006.

[3] S . Sudirham,Analisis Sistem Tenaga. Bandung. 2012.

[4] Kundur, Prabha, dkk,Definition and Classification of Power

System Stability, IEEE Transactions on Power System, Vol.19, 2004.

[5] Kundur, Prabha,Power System Stability and Control, McGraw-

Hill, Inc. California, 1994.

[6] H. Saadat,Power System Analysis, McGraw-Hill, Inc, 1999.

[7] D. Das,Electrical Power Systems, New Delhi : Institute of

Technology, 2006.

[8] Irsan, Perbaikan Stabilitas Peralihan Menggunakan Breaking

Resistor Pengendali Logika Fuzzy Dengan Metode Kriteria

Sama Luas, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. 2008.

[9] Widhiana, Nyoman, dkk,Perhitungan CCT (Critical Clearing

time)Untuk Analisis Kestabilan Transient Pada SistemKelistrikan 500 kV Jawa Bali, Jurnal Teknik POMITS,

Vol. 1, No. 1, 2012.

[10] Pujiriyanto, A, Cepat Mahir Matlab, Tutorial Matlab : PDF, 2004.

[11] Pongtiku, James, Operasi dan Pemeliharaan Jaringan Transmisi

70 kV/150 kV, Laporan Kerja Praktek, Universitas Sam

Ratulangi, Manado, 2013.

4525-8700-1-sm

Documents