Upload
duongcong
View
245
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
STABILITAS TEGANGAN DAN FREKUENSI PADA
SISTEM PEMBANGKITAN LISTRIK TERHADAP
BEBAN DINAMIK
Skripsi
diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana
Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Elektro
Oleh
Meifta Ristianto
NIM.5301410060
PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2017
ii
iii
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar
akademik (sarjana, magister, dan/atau doctor), baik di Universitas Negeri
Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain.
2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri,
tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim
Penguji.
3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis
atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas
dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang
dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila dikemudian hari
terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya
bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah
diperoleh karena karya ini, serta sanksi lainnya sesuai norna yang berlaku di
perguruan tinggi ini.
Semarang, Agustus 2017
Yang membuat pernyataan,
Meifta Ristianto
NIM.5301410060
iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
1. Sesuatu yang paling sulit dilakukan di dunia ini adalah memulai, maka
jangan memberikan rasa takut ke otak untuk memikirkan hal-hal mustahil
yang belum bisa dilakukan, cobalah dan yakin bisa
2. Menunda waktu sama dengan menunda masa depan yang lebih cerah
3. Jangan terus-menerus menjadi air yang mengalir di sungai, namun sesekali
beranikan diri untuk melawan arus dan berikan perubahan
4. Hidup itu diumpamakan sebagai roda yang berputar dan tak mempunyai
sudut
5. Seseorang memang tidak bisa untuk berubah, namun seseorang bisa
dijadikan alasan untuk mengubah seseorang
6. Bersyukur, belajar, belajar, belajar, berkarya, dan bersyukur
PERSEMBAHAN
1. Allah Swt, atas izin dan karunia-Nya, skripsi ini dapat terselesaikan tepat
waktu. Dan puji syukur yang tak terhingga atas ridhlo Nya dan
mengabulkan segala doa
2. Karya ini saya persembahkan kepada kedua orang tua, dan adik atas
dukungan moril, materi, dan doa untuk kesuksesan penulis.
3. Sahabat-sahabat dan teman-teman saya, khususnya PTE Legend’10 yang
telah mendukung dan memberikan motivasi serta bantuan atas karya ini
4. Kepada diri saya sendiri karena karya ini sebagai batu loncatan ke
kehidupan nyata yang lebih baik
v
RINGKASAN
Meifta Ristianto. 2017. Stabilitas Tegangan dan Frekuensi Pada Sistem Pembangkitan Listrik Terhadap Beban Dinami. Drs. Sutarno, M.T dan Drs. Agus
Suryanto, M.T. Pend. Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Negeri Semarang.
Sebuah sistem pembangkitan harus mampu menstabilkan tegangan dan
frekuensi ketika terjadi pembebanan, baik beban akselerasi, beban deselerasi, dan
beban suddenly load. Sistem pembangkitan tersebut harus mampu kembali ke
keadaan semula setelah adanya beban maupun yang diperoleh.
Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif dengan mengumpulkan,
menggambarkan data yang telah tersedia diobjek yang akan diteliti. Jenis
penelitian deskriptif yang digunakan yaitu penelitian studi kasus. Menurut
Suharsimi (2010: 3) Penelitian Deskriptif adalah aktivitas yang bertujuan untuk
menggambarkan situasi, fenomena yang dirancang untuk mendapatkan informasi
dalam keadaan sekarang. Pada studi ini para peneliti tidak melakukan manipulasi
atau memberikan perlakuan-perlakuan tertentu terhadap objek penelitian, semua
kegiatan atau peristiwa berjalan seperti apa adanya.
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan reaksi perubahan tegangan dan
frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik pada generator sinkron
menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer #490, bahwa kinerja
pembangkit yang disimulasikan pada trainer dengan daya tersedia pembangkit
sebesar 1500 MW (100 %), total beban akselerasi dan beban deselerasi tersedia
sebesar 18,6 %, total daya beban suddenly load tersedia rata-rata sebesar 8,24 %.
Pada beban akselerasi, tegangan turun sebesar 0,19 % dan frekuensi turun sebesar
0,49 %. Pada beban deselerasi, tegangan naik sebesar 0,15 % dan frekuensi naik
sebesar 0,37 %. Mengalami drop tegangan turun sebesar 0,28 % dari tegangan
awal, dan drop frekuensi turun sebesar 0,77 % dari frekuensi awal. Sistem
pembangkitan masih dalam keadaan normal karena masih di ambang batas
regulasi yang ditentukan.
Kata kunci: Sistem pembangkitan, stabilitas, tegangan, frekuensi. beban dinamik
vi
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahhirobbilalamin, puji syukur saya panjatkan atas ke hadirat
Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayahNya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul “Stabilitas Tegangan dan Frekuensi Pada
Sistem Pembangkitan Listrik Tehadap Beban Dinamik”.
Terselesainya skripsi ini tidak lepas dari dukungan oleh pihak-pihak yang
telah membantu baik secara materiil maupun spiritual. Oleh karena itu penulis
mengucapkan banyak terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Fathur Rokhman M.Hum selaku Rektor Universitas Negeri
Semarang.
2. Bapak Dr. Nur Qudus, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik UNNES. Bapak
Dr.-Ing. Dhidik Prastiyanto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Elektro
UNNES.
3. Bapak Drs Sutarno, M.T. dan bapak Drs. Agus Suryanto, M.T., selaku
dosen pembimbing yang telah berkenan meluangkan waktunya untuk
memberi bantuan, saran dan masukan, serta motivasi kepada penulis
sehingga terselesaikannya skripsi ini
4. Bapak Drs. Sugeng Purbawanto, M.T., selaku dosen wali yang selalu
memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis
5. Bapak, ibu dosen, dan Staff di Jurusan Teknik Elektro yang telah
memberikan ilmu dan pengalaman selama menempuh studi
6. Ibu, bapak, adik, dan sahabat yang telah menyayangiku, memberi nasehat,
dan mengiringi langkahku dengan doa
7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, dan para PTE’2010 yang
telah memberikan semangat dan bantuan
vii
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, atas motivasi
dan doanya
Penulis menyadari atas keterbatasan yang dimiliki atas karya ini. Oleh sebab
itu, adanya kritik dan saran sangat penulis harapkan. Atas saran yang membangun,
akhirnya penulis mengucapkan terima kasih dan semoga karya ini bermanfaat dan
bisa dikembangkan.
Semarang, Agustus 2017
Peneliti,
Meifta Ristianto
viii
DAFTAR ISI
Halaman
SAMPUL/COVER ..................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................... ii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN .................................................. iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................. iv
RINGKASAN ............................................................................................ v
KATA PENGANTAR ............................................................................... vi
DAFTAR ISI .............................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ...................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2 Identifikasi Masalah .......................................................................... 4
1.3 Pembatasan Masalah ......................................................................... 4
1.4 Rumusan Masalah ............................................................................. 5
1.5 Tujuan Penelitian ............................................................................... 5
1.6 Manfaat Penelitian ............................................................................ 5
1.7 Sistematika Penulisan ....................................................................... 6
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Pustaka .................................................................................. 8
2.2 Landasan Teori ................................................................................. 9
2.2.1 Pembangkitan Tenaga Listrik .................................................. 9
2.2.2 Kualitas Daya Listrik .............................................................. 10
2.2.3 Stabilitas Sistem Tenaga ......................................................... 13
2.2.4 Stabilitas Tegangan Pada Sistem Tenaga Listrik .................... 16
ix
Halaman
2.2.5 Beban ...................................................................................... 17
2.2.6 Kualitas Tegangan Listrik ....................................................... 18
2.2.7 Variasi Tegangan ..................................................................... 20
2.2.8 Gangguan Terhadap Sistem Pembangkitan ............................. 20
2.2.9 Hubungan Antara Tegangan dan Frekuensi Dalam Sistem
Pembangkitan .......................................................................... 23
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Dan Tempat Pelaksanaan ...................................................... 25
3.2 Desain Penelitian .............................................................................. 25
3.2.1 Alur Penelitian ......................................................................... 27
3.3 Alat Dan Bahan Penelitian ................................................................ 28
3.4 Parameter Penelitian ......................................................................... 28
3.5 Teknik Pengumpulan Data ............................................................... 28
3.6 Sumber Data Dan Variabel Penelitian .............................................. 29
3.7 Kalibrasi Instrumen .......................................................................... 30
3.8 Teknik Analisis Data ........................................................................ 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian ............................................................................... 35
4.2 Pembahasan ...................................................................................... 57
4.2.1 Perubahan Tegangan Terhadap Perubahan Beban Akselerasi
dan Beban Deselerasi ............................................................... 57
4.2.2 Perubahan Frekuensi Terhadap Perubahan Beban Akselerasi
dan Beban Deselerasi .............................................................. 58
4.2.3 Perhitungan Stabilitas Tegangan Dan Frekuensi .................... 58
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 60
5.2 Saran ................................................................................................. 60
x
Halaman
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 61
LAMPIRAN ............................................................................................... 62
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Daftar Alat-alat Penelitian ....................................................... 28
Tabel 4.1 Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Perubahan
Beban Akselerasi ...................................................................... 35
Tabel 4.2 Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Perubahan
Beban Akselerasi Berdasarkan Waktu ..................................... 36
Tabel 4.3 Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Perubahan
Beban Deselerasi ...................................................................... 36
Tabel 4.4 Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Perubahan
Beban Deselerasi Berdasarkan Waktu ..................................... 37
Tabel 4.5 Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Perubahan
Beban Suddenly Load .............................................................. 37
Tabel 4.6 Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Perubahan
Beban Suddenly Load Berdasarkan Waktu .............................. 38
Tabel 4,7 Hasil Perubahan Tegangan Nominal Per Beban Setelah
Adanya Perubahan Beban Akselerasi dan Perubahan Beban
Deselerasi ................................................................................ 57
Tabel 4.8 Hasil Perubahan Frekuensi Nominal Per Beban Setelah
Adanya Perubahan Beban Akselerasi dan Perubahan Beban
Deselerasi ................................................................................ 58
Tabel 4.9 Tegangan dan Frekuensi awal dan akhir ................................. 58
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga ..................................... 14
Gambar 2.2 Komponen Sistem Kendali yang Mempengaruhi Stabilitas
Tegangan ............................................................................... 21
Gambar 3.1 Flowchart Alur Penelitian ..................................................... 27
Gambar 3.2 Synchroscope - Running dan Incoming Belum Sinkron ...... 31
Gambar 3.3 Synchroscope - Running dan Incoming Sudah Sinkron ....... 31
Gambar 4.1 Perubahan Arus Terhadap Perubahan Beban Akselerasi ...... 39
Gambar 4.2 Perubahan Daya Aktif Terhadap Perubahan Beban
Akselerasi ............................................................................... 40
Gambar 4.3 Perubahan Daya Reaktif Terhadap Perubahan Beban
Akselerasi ............................................................................... 41
Gambar 4.4 Perubahan Tegangan Terhadap Perubahan Beban Akselerasi 42
Gambar 4.5 Perubahan Frekuensi Terhadap Perubahan Beban Akselerasi 43
Gambar 4.6 Perubahan Kecepatan Terhadap Perubahan Beban
Akselerasi ............................................................................... 44
Gambar 4.7 Perubahan Arus Terhadap Perubahan Beban Deselerasi ....... 45
Gambar 4.8 Perubahan Daya Aktif Terhadap Perubahan Beban
Deselerasi ............................................................................... 46
Gambar 4.9 Perubahan Daya Reaktif Terhadap Perubahan Beban
deselerasi ............................................................................... 47
Gambar 4.10 Perubahan Tegangan Terhadap Perubahan Beban Deselerasi 48
Gambar 4.11 Perubahan Frekuensi Terhadap Perubahan Beban Deselerasi 49
Gambar 4.12 Perubahan Kecepatan Terhadap Perubahan Beban
Deselerasi ............................................................................... 50
Gambar 4.13 Perubahan Arus Terhadap Perubahan Beban Suddenly Load 51
Gambar 4.14 Perubahan Daya Aktif Terhadap Perubahan Beban
Suddenly Load ....................................................................... 52
xiii
Halaman
Gambar 4.15 Perubahan Daya Reaktif Terhadap Perubahan Beban
Suddenly Load ....................................................................... 53
Gambar 4.16 Perubahan Tegangan Terhadap Perubahan Beban Suddenly
Load ....................................................................................... 54
Gambar 4.17 Perubahan Frekuensi Terhadap Perubahan Beban Suddenly
Load ....................................................................................... 55
Gambar 4.18 Perubahan Kecepatan Terhadap Perubahan Beban Suddenly
Load ....................................................................................... 56
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Surat Usulan Pembimbing .................................................... 63
Lampiran 2 SK Dosen Pembimbing ......................................................... 64
Lampiran 3 Surat Permohonan Ijin Penelitian ........................................ 65
Lampiran 4 Spesifikasi Electrical Generation Fundamentals Trainer,
#490 ...................................................................................... 66
Lampiran 5 Tabel Perubahan Arus, Daya Aktif, Daya Reaktif,
Tegangan, Frekuensi, dan Kecepatan Terhadap Perubahan
Beban Akselerasi, Beban Deselerasi dan Suddenly Load .... 69
Lampiran 6 Dokumentasi ......................................................................... 76
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tenaga listrik merupakan suatu bentuk energi sekunder yang dibangkitkan,
ditransmisikan dan didistribusikan untuk segala macam keperluan. Energi
sekunder merupakan suatu bentuk konversi energi primer. Sistem tenaga listrik
sendiri merupakan rangkaian instalasi tenaga listrik dari pembangkitan, transmisi
dan distribusi yang dioperasikan serentak dalam rangka penyediaan tenaga listrik.
Pembangkitan tenaga listrik adalah kegiatan memproduksi tenaga listrik. Menurut
Supari Muslim, et al., (2008: 1) Proses pembangkitan tenaga listrik banyak
dilakukan dengan cara memutar generator sinkron sehingga didapatkan tenaga
listrik arus bolak-balik tiga fasa. Tenaga mekanik yang dipakai memutar generator
listrik didapat dari mesin penggerak generator listrik atau biasa disebut penggerak
mula (primover). Mesin penggerak generator listrik yang banyak digunakan
adalah mesin diesel, turbin uap, turbin air, dan turbin gas. Mesin penggerak
generator melakukan konversi tenaga primer menjadi tenaga mekanik penggerak
generator. Proses konversi tenaga primer menjadi tenaga mekanik menimbulkan
produk sampingan berupa limbah dan kebisingan yang perlu dikendalikan agar
tidak menimbulkan masalah lingkungan. Dari segi ekonomi teknik, komponen
biaya penyediaan tenaga listrik terbesar adalah biaya pembangkitan, khususnya
biaya bahan bakar. Berbagai teknik untuk menekan biaya bahan bakar terus
berkembang, baik dari segi unit pembangkit secara individu maupun dari segi
2
operasi sistem tenaga listrik terpadu. Proses pembangkitan tenaga listrik adalah
proses konversi tenaga primer (bahan bakan atau potensi tenaga air) menjadi
tenaga mekanik sebagai penggerak generator listrik dan selanjutnya generator
listrik menghasilkan tenaga listrik. Generator sinkron (alternator) merupakan alat
yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik
dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena
adanya pergerakan relatif antara medan magnet dengan kumparan generator.
Pergerakan relatif adalah terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan
jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) karena pergerakan medan
magnet terhadap kumparan jangkar atau sebaliknya. Altenator ini disebut
generator sinkron (sinkron-serempak) karena kecepatan perputaran medan magnet
terjadi sama dengan kecepatan perputaran rotor generator. Alternator ini
menghasilkan energi listrik bolak-balik (AC) dan biasa diproduksi untuk
menghasilkan listrik AC 1-fasa atau 3-fasa.
Sistem tenaga akan dikatakan stabil apabila dalam sistem pembangkitannya
adanya keserempakan antara tegangan, frekuensi, dan sudut fasa yang
memungkinkan sistem tersebut untuk tetap berada pada kondisi dalam batas
operasi yang diinginkan pada keadaan normal. Tujuan dari kestabilan itu sendiri
disebutkan bahwa rotor mesin yang terganggu dapat kembali ke keadaan normal
dengan kecepatan yang konstan. “Meskipun kestabilan sebuah sistem dapat dilihat
secara menyeluruh dan meluas, tetapi untuk analis sebuah sistem, kestabilan
dibagi menjadi tiga kategori yaitu kestabilan mantap (Steady State Stability),
kestabilan dinamik (Dynamic Stability), dan kestabilan peralihan (Transient
3
Stability)” (Stevenson, 1990). Namun, seringkali bahwa hampir semua sistem
tenaga pasti terjadi gangguan yang menyebabkan suatu sistem pembangkitan tidak
stabil. Penyebab utama ketidakstabilan tegangan adalah ketidakmampuan sistem
tenaga untuk memenuhi permintaan daya reaktif. Masalah kestabilan merupakan
masalah yang sangat penting, biasanya masalah kestabilan itu terjadi karena
adanya beban lebih.
Pembebanan sendiri meliputi dengan rencana jangka waktu pembangkitan,
besar beban puncak, beban harian, dan beban tahunan. Beban listrik sendiri dapat
diartikan sebagai sesuatu yang harus dipikul oleh pembangkit listrik. Dalam
aplikasi sehari-hari dapat digambarkan bahwa beban listrik adalah peralatan yang
menggunakan daya listrik agar bisa berfungsi. Dalam perhitungan arus dan
tegangan, beban listrik (load) digambarkan sebagai hambatan listrik. Artinya,
beban listrik ini menghambat arus yang mengalir sehingga tidak terjadi hubung
singkat. Salah satu bentuk beban yaitu beban dinamik. Beban dinamik sendiri
merupakan beban yang besarnya (intensitas) berubah-ubah menurut waktu,
sehingga beban dinamik dapat dikatakan besarnya beban merupakan fungsi
waktu. Perubahan beban dinamik ini menimbulkan terjadinya reaksi perubahan
tegangan dan frekuensi pada generator sinkron. Dengan adanya pembebanan
dinamik, perubahan-perubahan tegangan dan frekuensi sangatlah sulit untuk
diamati secara langsung.
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan diatas maka penulis
bermaksud mengadakan penelitian tentang “STABILITAS TEGANGAN DAN
FREKUENSI PADA SISTEM PEMBANGKITAN LISTRIK TERHADAP
4
BEBAN DINAMIK”. Pada penelitian ini, teknik implementasi yang dipilih
adalah dengan menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer, #490.
Kelebihan trainer ini dapat lebih mudah mengamati reaksi perubahan tegangan
dan frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik secara tepat, jelas, akurat dan
spesifik.
1.2 Identifikasi Masalah
Pada umumnya alat yang digunakan untuk mengamati tegangan dan
frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik sangatlah sulit ditemukan dan
menjadi tidak begitu efektif apabila adanya pembebanan dinamik yang setiap
detiknya adanya perubahan tegangan dan frekuensi. Keunggulan Electrical
Generation Fundamentals Trainer, #490 adalah perhitungan reaksi perubahan
tegangan dan frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik pada generator
sinkron dalam bentuk nilai yang lebih tepat, jelas, akurat, dan spesifik. Sehingga
dalam mencari reaksi perubahan tegangan dan frekuensi setelah adanya
pembebanan dinamik pada generator sinkron akan lebih mudah untuk diamati.
1.3 Pembatasan Masalah
Untuk menghindari meluasnya masalah dalam penelitian ini, maka masalah
dibatasi dengan pembatasan. Hal ini diperbuat agar isi dan pembahasan penelitian
ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun
batasan masalah pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Materi yang digunakan hanya mencakup tentang stabilitas sistem tenaga dan
perubahan reaksi tegangan dan frekuensi pada sistem pembangkitan listrik
terhadap beban dinamik dengan durasi tertentu.
5
2. Tidak membahas prinsip kerja dan performasi generator sinkron secara
mendalam.
3. Menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer, #490 sebagai
alat untuk melihat adanya reaksi perubahan nilai frekuensi dan tegangan
setelah adanya pembebanan dinamik
1.4 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang yang ada diatas, maka rumusan masalah
yang dapat dikemukakan yaitu bagaimana reaksi perubahan tegangan dan
frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik pada generator sinkron
menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer, #490?
1.5 Tujuan Penelitian
Berdasarkan judul yang diambil, maka tujuan yang ingin dicapai adalah
untuk mengetahui reaksi perubahan frekuensi dan tegangan setelah adanya
pembebanan dinamik pada generator sinkron menggunakan Electrical Generation
Fundamentals Trainer, #490.
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini bagi akademik adalah
untuk menambah kepustakaan dalam bidang sistem pembangkitan listrik dengan
menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer, #490 sebagai alat
untuk mengamati adanya reaksi perubahan tegangan dan frekuensi setelah adanya
pembebanan dinamik pada generator sinkron.
6
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam sebuah penelitian berperan sebagai pedoman
penulis agar penulisannya lebih terarah dan sistematis dalam rangka menuju
tujuan akhir yang hendak dicapai.
Secara garis besar penulisan skripsi ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu
bagian awal, bagian isi, dan bagian akhir:
1. Bagian awal
Bagian awal skripsi meliputi: sampul/cover, lembar peretujuan pembimbing,
lembar pengesahan, lembar keaslian karya ilmiah, motto dan persembahan,
abstrak/abstract, kata pengantar, daftar isi, daftar tabel, daftar gambar, dan daftar
lampiran.
2. Bagian isi
Isi skripsi disajikan dalam 5 Bab dengan beberapa sub-bab pada tiap
babnya, disajikan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
BAB I memuat tentang latar belakang, identifikasi masalah,
pembatasan masalah, rumusan masalah, tujuan, manfaat, dan
sistematika penulisan.
BAB II : KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
BAB II memuat tentang kajian pustaka, landasan teori
BAB III : METODE PENELITIAN
7
BAB III ini memuat tentang waktu dan tempat pelaksanaan, desain
penelitian, alat dan bahan penelitian, parameter penelitian, teknik
pengumpulan data, kalibrasi instrument, dan teknik analisis data.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB IV ini memuat tentang deskripsi data, analisis data, dan
pembahasan.
BAB V : PENUTUP
BAB V ini memuat tentang kesimpulan dan saran-saran yang
relevan.
3. Bagian akhir
Bagian akhir skripsi berisikan daftar pustaka beserta lampiran-lampiran.
8
BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Pustaka
Dalam penulisan skripsi ini, peneliti menggali informasi dari penelitian-
penelitian sebelumnya sebagai bahan perbandingan, baik mengenai kekurangan
maupun kelebihan dibandingkan penelitian yang sudah ada sebelumnya. Peneliti
juga menggali informasi maupun opini dari buku-buku, jurnal, maupun web yang
berkaitan dengan bahan yang berkaitan dengan penelitian pada skripsi ini.
Beberapa penelitian tersebut di atas memiliki persamaan dengan penelitian
yang peneliti lakukan yaitu mengenai reaksi perubahan tegangan dan frekuensi.
Namun peneliti lebih fokus untuk melakukan penelitian tentang reaksi perubahan
tegangan dan frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik pada generator
sinkron. Penelitian yang berhasil peneliti dapatkan adalah penelitian yang
dilakukan oleh Sanatang (2008) lewat jurnal yang berjudul “Perbaikan Stabilitas
Frekuensi dan Tegangan Pada Beban Dinamik Sistem SULSELBAR
Menggunakan Metode Linear Quadric Regulator (LQR)”. Tujuan dari penelitian
ini adalah untuk mengetahui pengaruh beban dinamik terhadap frekuensi dan
tegangan pada sistem Interkoneksi Sulselbar 150 KV dan perbaikan stabilitas
frekuensi dan tegangan stabilitas frekuensi dan tegangan pada sistem dinamik
yang dilakukan dengan memberikan kendali feedback pada sistem dengan
penentuan nilai feedback (K) menggunakan metode Linear Quadric Regulator
(LQR).
9
Dengan demikian, meskipun telah disebutkan tentang adanya penelitian
dengan tema yang hampir sama dengan penelitian yang peneliti lakukan, akan
tetapi mengingat cara pengamatan dan tempat penelitian yang berbeda, maka
peneliti tertarik untuk penelitian tentang “Stabilitas Tegangan dan Frekuensi Pada
Sistem Pembangkitan Listrik Terhadap Beban Dinamik” yang mana
menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer, #490.
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Pembangkitan Tenaga Listrik
Pembangkitan listrik sebagian besar dilakukan dengan cara memutar
generator sinkron sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik 3
fasa. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat
dari mesin penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula (primemover).
Mesin penggerak generator yang digunakan dalam praktik, yaitu mesin diesel,
turbin uap, dan turbin gas. Mesin-mesin penggerak generator ini mendapat energi
dari proses pembakaran bahan bakar (mesin-mesin termal, air terjun, turbin air).
Jadi sesungguhnya mesin penggerak generator melakukan konversi energi primer
menjadi mekanik penggerak generator. Proses konversi energi primer menjadi
energi mekanik menimbulkan “produk” sampingan berupa limbah dan kebisingan
yang perlu dikendalikan agar tidak menimbulkan masalah lingkungan. Dari segi
ekonomi teknik, komponen biaya penyediaan tenaga listrik yang terbesar adalah
biaya bahan bakar yang terus berkembang, baik dari segi unit pembangkit secara
individu maupun dari segi operasi sistem tenaga listrik secara terpadu. Pusat
listrik adalah tempat dimana proses pembangkitan tenaga dilakukan mengingat
10
proses pembangkitan tenaga listrik merupakan proses konversi energi primer
(bahan bakar atau potensi tenaga air) menjadi energi mekanik penggerak
generator, yang selanjutnya energi mekanik ini diubah menjadi energi listrik oleh
generator, maka dalam pusat listrik umumnya terdapat :
1. Instalasi energi primer, yaitu bahan bakar atau instalasi tenaga air.
2. Instalasi mesin penggerak generator, yaitu instalasi yang berfungi sebagai
pengubah energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator.
Mesin penggerak generator ini dapat berupa ketel uap beserta turbin uap,
mesin diesel, turbin gas, atau turbin air.
3. Instalsi pendingin, yaitu intalasi yang berfungsi mendinginkan instalasi
mesin penggerak yang menggunakan bahan bakar.
4. Instalasi listrik, yaitu instalasi yang secara garis besar terdiri dari:
a. Instalasi tegangan tinggi, yaitu instalasi yang menyalurkan energi
listrik yang dibangkitkan generator
b. Instalasi tegangan rendah, yaitu instalasi alat-alat bantu dan instalasi
penerangan
c. Instalasi arus searah, yaitu instalasi yang terdiri dari baterai aki beserta
pengisiannya dan jaringan arus searah yang terutama digunakan untuk
proteksi, kontrol, dan telekomunikasi.
2.2.2 Kualitas Daya Listrik
Perhatian terhadap kualitas daya listrik dewasa ini semakin meningkat
seiring dengan peningkatan penggunaan energi listrik dan utilitas kelistrikan.
Istilah kualitas daya listrik telah menjadi isu penting pada industri tenaga listrik
11
sejak akhir 1980-an. Istilah kualitas daya listrik merupakan suatu konsep yang
memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat
adanya beberapa jenis gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan. Terdapat
empat alasan utama, mengapa para ahli dan praktisi di bidang tenaga
listrik memberikan perhatian lebih pada isu kualitas daya listrik, yaitu:
1. Pertumbuhan beban-beban listrik dewasa ini bersifat lebih peka terhadap
kualitas daya listrik seperti sistem kendali dengan berbasis pada
mikroprosesor dan perangkat elektronika daya.
2. Meningkatnya perhatian yang ditekankan pada efisiensi sistem daya listrik
secara menyeluruh, sehingga menyebabkan terjadinya peningkatan
penggunaan peralatan yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan
kecepatan motor listrik dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor
daya. Penggunaan peralatan-peralatan tersebut dapat mengakibatkan
peningkatkan terhadap tingkat harmonik pada sistem daya listrik, di mana
para ahli merasa khawatir terhadap dampak harmonisa tersebut di masa
mendatang yang dapat menurunkan kemampuan dari sistem daya listrik itu
sendiri.
3. Meningkatnya kesadaran bagi para pengguna energi listrik terhadap masalah
kualitas daya listrik. Para pengguna utilitas kelistrikan menjadi lebih pandai
dan bijaksana mengenai persoalan seperti interupsi, sags, dan peralihan
transien dan merasa berkepentingan untuk meningkatkan kualitas distribusi
daya listriknya.
12
4. Sistem tenaga listrik yang saling berhubungan dalam suatu jaringan
interkoneksi, di mana sistem tersebut memberikan suatu konsekuensi bahwa
kegagalan dari setiap komponen dapat mengakibatkan kegagalan pada
komponen lainnya.
Terdapat beberapa definisi yang berbeda terhadap pengertian tentang
kualitas daya listrik, tergantung kerangka acuan yang digunakan dalam
mengartikan istilah tersebut. Sebagai contoh suatu pengguna utilitas kelistrikan
dapat mengartikan kualitas daya listrik sebagai keandalan, di mana dengan
menggunakan angka statistik 99,98%, sistem tenaga listriknya mempunyai
kualitas yang dapat diandalkan. Suatu industri manufaktur dapat mengartikan
kualitas daya listrik adalah karakteristik dari suatu catu daya listrik yang
memungkinkan peralatanperalatan yang dimiliki industri tersebut dapat bekerja
dengan baik. Karakteristik yang dimaksud tersebut dapat menjadi sangat berbeda
untuk berbagai kriteria.
Kualitas daya listrik adalah setiap masalah daya listrik yang berbentuk
penyimpangan tegangan, arus atau frekuensi yang mengakibatkan kegagalan
ataupun kesalahan operasi pada peralatan-peralatan yang terjadi pada konsumen
energi listrik. Daya adalah suatu nilai dari energi listrik yang dikirimkan dan
didistribusikan, di mana besarnya daya listrik tersebut sebanding dengan perkalian
besarnya tegangan dan arus listriknya. Sistem suplai daya listrik dapat
dikendalikan oleh kualitas dari tegangan, dan tidak dapat dikendalikan oleh arus
listrik karena arus listrik berada pada sisi beban yang bersifat individual, sehingga
pada dasarnya kualitas daya adalah kualitas dari tegangan itu sendiri.
13
2.2.3 Stabilitas Sistem Tenaga
Permasalahan utama yang terjadi di sistem tenaga adalah operasi sinkron
antara tegangan, frekuensi, dan sudut fasa. Operasi ini akan menyatakan
keserempakan kerja mesin-mesin sinkron di jaringan dalam rentang waktu
tertentu. Dalam jaringan tenaga listrik sistem interkoneksi merupakan hal yang
umum dijumpai karena pemanfaatan interkoneksi di jaringan akan meningkatkan
keandalan dan dapat memperbesar suplai daya yang dihasilkan. Namun,
permasalahan yang mungkin muncul pada sistem interkoneksi adalah
ketidaksamaan tegangan, frekuensi, dan sudut fasa, sehingga sistem tenaga listrik
tidak dapat berjalan serempak atau mengalami ketidakstabilan. Kestabilan sistem
merupakan bagian yang perlu untuk dijaga dalam operasi sistem tenaga. Stabilitas
sistem tenaga didefinikan sebagai kemampuan sistem tenaga yang memungkinkan
sistem tersebut untuk tetap berada pada kondisi dalam batas operasi yang
diinginkan pada keadaan normal atau abnormal di sistem tenaga.
Sistem tenaga merupakan sistem yang sangat kompleks dan terdiri dari
banyak peralatan listrik yang memiliki karakteristik serta tanggapan masing-
masing terhadap perubahan kondisi. Oleh karena itu, perlu pengklasifikasian
kestabilan sistem tenaga berdasarkan faktor kontribusi yang menyebabkan
ketidakstabilan. Klasifikasi tersebut diperlihatkan pada Gambar 2.1
14
Gambar 2.1 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga
Tujuan dari kestabilan pada sistem tenaga adalah untuk menentukan rotor
mesin yang terganggu dapat kembali kekeadaan normal dengan kecepatan
konstan. Kondisi ini berarti kecepatan rotor harus menyimpang dari kecepatan
sinkron, paling tidak untuk beberapa waktu. Penyeimbangan kecepatan rotor yang
terlalu lama juga dapat membuat mesin menjadi rusak. Dalam stabilitas dibuat
asumsi sebagai berikut:
1. Dalam analisis stabilitas sistem tenaga, hanya diperhitungkan arus dan
tegangan frekuensi serempak. Oleh karena itu, semua komponen harmonis
akan diabaikan.
2. Komponen simetris digunakan representasi gangguan tidak seimbang.
3. Tegangan yang dibangkitkan dianggap tidak dipengaruhi oleh perubahan
kecepatan mesin.
Stabilitas Sistem Tenaga
Stabilitas Sudut Rotor
Stabilitas Frekuensi
Stabilitas Tegangan
Stabilitas Sudut Akibat
gangguan kecil
Stabilitas Transien
Stabilitas Tegangan
Akibat Ganguan
Kecil
Stabilitas Tegangan
Akibat Ganguan
luas
Cepat Cepat Lama Cepat Lama
15
Meskipun kestabilan sebuah sistem dapat dilihat secara menyeluruh dan
meluas, tetapi untuk analisis sebuah sistem, kestabilan sistem dapat dibagi
menjadi tiga (3) kategori (Stevenson,1990):
1. Kestabilan Mantap (Steady State Stability). Adalah kemampuan sistem
tenaga untuk mencapai kondisi stabil pada kondisi operasi baru yang sama
atau identik dengan kondisi sebelum terjadi gangguan kecil. Analisis
kestabilan steady state pada isstem tenaga dapat disebut sebagai kestabilan
sinyal kecil (small signal stability). Kestabilan steady state merupakan
sebuah fungsi dari kondisi operasi.
2. Kestablian dinamik (Dynamic Stability). Adalah keadaan sebenarnya
gangguan-gangguan (disturbances) pada sistem tenaga terjadi terus menerus
karena beban itu sendiri berus terus menerus dan juga karena perubahan
perputaran turbin tetapi perubahan ini biasanya kecil, sehingga tidak sampai
menyebabkan sistem kehilangan keserampakannya.
3. Kestabilan peralihan (Transient Stability). Adalah kemampuan sistem
tenaga untuk mencapai kondisi stabil operasi baru yang dapat diterima
setelah mengalami gangguan besar. Analisis kestabilan transient
menggunakan pendekatan model non linier. Kestabilan transient pada
sistem tenaga adalah respon keluaran yang mencapai kondisi operasi steady
state yang diizinkan dan sistem yang dapat kembali ke posisi semua pada
saat sistem mengalami gangguan. Kestabilan transient merupakan fungsi
dari kondisi operasi dan gangguan.
16
Untuk menjaga kestabilan sebuah sistem, amak perlu diupayakan mesin-
mesin sinkron berada pada kondisi sinkronnya, Anderson (2003) mengemukaan
dari sudut pandang sistem tenaga listrik eksitasi harus mendukung peningkatan
pengendalian tegangan yang efektif bagi stabilitas sistem. Ia harus mampu
merespon dengan cepat terhadap suatu gangguan tingkat stabilitas sementara dan
stabilitas sinyal yang lemah.
2.2.4 Stabilitas Tegangan Pada Sistem Tenaga Listrik
Salah satu faktor pada kestabilan sistem tenaga adalah stabilitas tegangan.
Stabilitas tegangan ialah kemampuan sistem tenaga untuk menjaga nilai tegangan
pada batas operasi yang ditentukan di semua bus pada sistem tenaga, saat sistem
berada pada kondisi normal dan tidak normal akibat terjadi gangguan. Sistem
mengalami kondisi tidak stabil ketika terjadi gangguan, perubahan beban, dan
perubahan kondisi pada sistem.
Berdasarkan Gambar 2.1 stabilitas tegangan terbagi menjadi dua, yaitu
stabilitas tegangan akibat gangguan yang kecil dan akibat gangguan yang luas.
Stabilitas tegangan akibat gangguan kecil ini terjadi akibat gangguan yang kecil
atau bersifat lokal, seperti perubahan kenaikan beban di sistem. Sedangakan,
stabilitas akibat gangguan besar adalah kemampuan sistem untuk
mempertahankan tegangan pada batas operasi yang ditentukan akibat terjadi
gangguan yang besifat luas, seperti kesalahan sistem, pelepasan generator, atau
kontingensi pada jaringan. Keadaan tersebut membuat sistem harus mendapatkan
kembali kestabilannya. Berdasarkan waktu kestabilan tegangan sistem akan
kembali selama cepat atau lama tergantung dari jenis gangguannya. Klasifikasi
17
stabilitas tegangan berdasarkan periode kestabilan dapat dibagi menjadi tiga
macam, yaitu stabilitas tegangan jangka pendek, jangka menengah, dan jangka
panjang. Rentang waktu stabilitas tegangan jangka pendek adalah 0 sampai 10
detik, jangka menengah adalah antara 10 detik sampai 10 menit, sedangkan jangka
panjang lebih dari 10 menit.
Kriteria yang menyatakan sistem tenaga memiliki kestabilan tegangan
adalah pada kondisi operasi tertentu dalam sistem, tegangan di bus tertentu akan
mengalami kenaikan tegangan ketika disuntikan daya reaktif pada bus yang sama.
Sedangkan, tegangan sistem tidak stabil jika paling tidak salah satu bus di sistem
tenaga mengalami penurunan tegangan saat disuntukkan daya reaktif pada bus
yang sama. Dengan demikian, maka sistem tenaga listrik memiliki hubungan yang
sebanding antara daya reaktif (Q) dengan tegangan (V) bus saat sistem memiliki
kestabilan tegangan.
2.2.5 Beban
Definisi beban dibagi menjadi 2 berdasarkan nilai/besar, yaitu beban
seimbang dan beban tidak seimbang. Beban seimbang yaitu beban yang memilki
nilai/besar dan sifat yang sama persis. Beban tidak seimbang yaitu beban yang
nilai/besar maupun sifatya tidak sama. Beban sendiri dibagi menjadi 3
berdasarkan jenisnya yaitu resitif, induktif, dan kapasitif.
1. Resitif (contoh : lampu)
a. Se-fasa (faktor daya = 1)
b. Pertambahannya menyebabkan drop tegangan (relative kecil)
18
2. Induktif (contoh : balast dan motor listrik)
a. Bersifat lagging (arus terhadap tegangan)
b. Menyimpan energi dalam bentuk beda potensial (dengan menarik arus
besar)
c. Melepas energi, terjadi pertambahan arus dalam system
3. Kapasitif (contoh : kapasitor)
a. Bersifat leading (rus terhadap tegangan)
b. Menyimpan energi dalam bentuk charge / muatan
c. Melepas energi, terjadi pertambahan potensial dalam system
2.2.6 Kualitas Tegangan Listrik
Kualitas tegangan listrik yang diterima konsumen memerlukan lebih banyak
aspek yang harus ditinjau. Kualitas tegangan listrik menyangkut parameter listrik
dalam keadaan ajek (Steady-State) dan parameter dalam keadaan peralihan
(transient).
1. Parameter keadaan Ajek (Steady-State)
Parameter yang dipakai untuk menilai mutu listrik keadaan ajek adalah:
Variasi tegangan, Variasi frekuensi, Ketidakseimbangan, Harmonik.
Dalam sistem penyediaan tenaga listrik, secara umum tegangan listrik dititik
suplai diijinkan bervariasi (+5%) dan (–10%) sesuai standar PLN sedangkan
dalam ANSI C 84.1 diijinkan (–10%) dan (+4%) dalam kondisi normal sedangkan
kondisi tertentu (darurat) diijinkan (-13 %) dan (+ 6 %). Variasi frekuensi disini
tidak diatur dalam bentuk standar tetapi lebih banyak diatur dalam bentuk
petunjuk operasi.
19
Harmonik tegangan atau arus diukur dari besarnya masing-masing
komponen harmonik terhadap komponen dasarnya dinyatakan dalam besaran
prosennya. Parameter yang dipakai untuk menilai cacat harmonik tersebut dipakai
cacat harmonik total (total harmonic distortion- THD). Untuk sistem tegangan
nominal 20 KV dan dibawahnya, termasuk tegangan rendah 220 Volt, THD
maksimum 5 %, untuk sistem 66 KV keatas THD maksimum 3%.. Untuk
menghitung THD biasanya cukup dihitung sampai harmonisa ke 19 saja.
2. Parameter Peralihan (Transient)
Parameter keadaan peralihan diukur berdasarkan lamanya gangguan yang
terjadi (Duration of Disturbance), digolongkan menjadi 3 kelompok, yaitu :
a. Tegangan lebih peralihan yang tajam dan bergetar : Tegangan paku
(Spike) positip atau negatip 0,5 – 200 mikrodetik dan bergetar sampai
sekitar 16,7 milidetik dengan frekuensi 0,2 – 5 K Hz atau lebih.
Gangguan ini misalnya surge, spike, dan notch.
b. Tegangan lebih diatas 110 % nominal dan tegangan rendah kurang
80% , berlangsung selama 80 milidetik (4 cycle) sampai 1 detik.
Gangguan ini misalnya sag, dips, depression, interuption, flicker, dan
fluctuation.
c. Tegangan rendah dibawah 80–85% nominal selama 2 detik. Gangguan
seperti ini disebut outage, blackout, dan interuption.
Transient merupakan perubahan variabel (tegangan, arus) yang berlangsung
saat peralihan dari satu kondisi stabil ke kondisi yang lain. Penyebab terjadinya
20
transient antara lain : Load Switching (penyambungan dan pemutusan beban),
Capacitance Switching, Transformer Inrush Current, dan Recovery Voltage.
2.2.7 Variasi Tegangan
1. Variasi Tegangan Durasi Pendek (Short Duration Voltage Variation).
Variasi yang terjadi meliputi 3 macam yaitu: Interruption, (V< 0,1 pu), Sag
(Dip), (V= 0,1 s/d 0,9 pu), dan Swell, (V=1,1 s/d [1,8;1,4;1,2] pu).
Berdasarkan lamanya kejadian dibagi menjadi 3 yaitu: Instantaneus, (0,01
second s/d 0,6 second), Momentary, (0,6 second s/d 3 second), dan
Temporary, (3 second s/d 1 min). Penyebab terjadinya variasi ini antara lain:
Gangguan (Fault), Starting beban besar, Intermittent Losse Connections
pada kabel daya.
2. Variasi Tegangan Durasi Panjang (Long Duration Voltage Variation).
Variasi ini meliputi: Interruption, sustained, ( > 1 min; 0,0 pu ), Under
voltage (>1 min; 0,8 s/d 0,9 pu ), dan Over voltage ( > 1 min; 1,1 s/d 1,2 pu)
2.2.8 Gangguan Terhadap Sistem Pembangkitan
Sistem tenaga merupakan sistem yang dinamis, dimana selalu terjadi
perubahan didalam sistem tersebut dalam selang waktu tertentu. Definisi
gangguan adalah terjadinya suatu kerusakan didalam sirkuit listrik yang
menyebabkan aliran arus dibelokkan dari saluran yang sebenarnya. Peristiwa
gangguan-gangguan seperti gangguan-gangguan satu fasa ketanah, dua fasa ke
tanah, tiga fasa, antar fasa, pelepasan beban, dan putus saluran dapat
mempengaruhi kestabilan sistem. Kondisi ini dapat menimbulakan osilasi pada
sistem sehingga mempengaruhi kestabilan tegangan sistem.
21
Dalam kestabilan tegangan, akibatnya terjadi gangguan kemampuan sistem
untuk kembali stabil terbagi dua, yaitu stabilitas jangka pendek dan stabilitas
jangka panjang. Stabilitas jangka pendek biasanya terjadi akibat adanya tanggapan
cepat pengendalian tegangan seperti Automatic Voltage Regulator (AVR) atau
Flexible AC Transmission System (FACTS). Sedangkan, stabilitas waktu panjang
melibatkan peralatan.yang memiliki tanggapan lambat terhadap perubahan sistem,
seperti on-load Tap Charger (OLTP) atau Delayed Corrective Control Action.
Komponen dan kendali sistem tenaga mempengaruhi kestabilan tegangan
berdasarkan lamanya waktu memperoleh kestabilan kendali diperlihatkan pada
gambar 2.2
Gambar 2.2 Komponen Sistem Kendali yang Mempengaruhi Stabilitas Tegangan
22
Berikut adalah beberapa bentuk gangguan yang mempengaruhi stabilitas
tegangan :
1. Ketidakseimbangan tegangan (Voltage Unbalace). Merupakan deviasi
maksimum dari rata-rata tegangan atau arus tiga fase, dinyatakan dalam
prosen. Besarnya deviasi adalah 0,5 s/d 2%.
2. Distorsi gelombang (Wave form Distorsion). Umumnya disebabkan oleh
perilaku beban elektronika daya. Hal yang perlu diperhatikan adalah cacat
harmonik karena berdampak negatif terhadap sumber tegangan (PLN)
maupun beban (konsumen).
3. Fluktuasi tegangan (Voltage Fluctuation). Merupakan perubahan tegangan
secara random 0,9 s/d 1,1 pu. Dampak dari fluktuasi ini adalah terjadinya
flicker pada lampu. Ini umumnya terjadi karena pembusuran listrik.
4. Deviasi Frekuensi daya (Power frekuensi). Merupakan deviasi dari
frekuensi dasarnya. Untuk sistem Jawa-Bali deviasi yang diijinkan adalah
0,5 Hz sedangkan daerah lain 1,5 Hz.
5. Harmonik. Adalah gangguan (Distorsi) bentuk gelombang tegangan atau
bentuk gelombang arus sehingga bentuk gelombangnya bukan sinusoida
murni lagi. Distorsi ini umumnya disebabkan oleh adanya beban non-linier.
Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang
dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan
frekuensi dasarnya.
23
2.2.9 Hubungan Antara Tegangan dan Frekuensi Dalam Sistem
Pembangkitan
Frekuensi merupakan karakteristik dari tegangan yang dihasilkan oleh
generator. Misalkan, frekuensi 60 Hz dapat diartikan bahwa tegangan yang
dihasilkan oleh generator berubah-ubah nilainya terhadap waktu, nilainya berubah
secara berulang-ulang sebanyak 60 cycle setiap detik, jadi tegangan dari nilai nol
ke nilai maksimum kemudian nol lagi dan dari nilai maksimum ke nol lagi (jika
digambarkan dalam bentuk grafik membentuk gelombang sinosidal). Sebuah
beban listrik misalnya lampu, kalau diperhatikan dengan seksama tegangan yang
dihasilkan sudah hilang (nol) tetapi karena selama yang sangat cepat maka lampu
tersebut tetap hidup, sesuai dengan siklus frekuesnsi per detik. Fenomena ini
apabila pada frekuensi rendah misalkan 1 Hz, maka beban listrik (lampu) akan
kelihatan kedap-kedip seperti hal nya flip-flop yang akan mati-hidup berulang kali
secara kontinyu.
Kestabilan beban listrik membutuhkan frekuensi yang tinggi supaya
tegangan menjadi benar-benar halus, beban listrik (lampu) tidak berasa seperti
flip-flop.Tegangan yang berfrekuensi ini disebut juga tegangan bolak-balik
(alternating current) atau VAC, frekuensi sebanding dengan generator.
N = 120f/p
N = putaran ( rpm)
f = frekuensi ( Hz)
P = jumlah pasang kutub generator
24
Para produsen generator maupun turbine tentunya mempunyai batasan dan
tentunya setelah para produsen bereksperimen puluhan tahun dengan
mempertimbangkan segala sudut teknis maka dibuatlah standard yangg 50 Hz
dan 60 Hz itu, yg tentunya dinilai cukup efektif untuk kestabilan beban dan
effisien dari sisi teknis maupun ekonomis. Eropa menggunakan 50 Hz dan
Amerika menggunakan 60 Hz. Setelah adanya standarisasi maka semua peralatan
listrik di desain mengikuti ketentuan ini. Jadi logikanya kalau 50 Hz atau 60 Hz
saja sudah mampu membuat lampu tidak kelihatan kedap-kedip untuk apalagi
dibuat frekwensi lebih tinggi yg akan memerlukan turbine super kencang dan
sumber energi lebih banyak sehingga tidak efisien. Spesifikasi frekuensi maupun
tegangan dari generator bisa berubah-ubah besarnya berrdasarkan range dari
beban nol ke beban penuh. Menurut PUIL, spesifikasi tegangan yang dianjurkan
harus ±10%, sedangkan untuk frekuensi yang dianjurkan ±5%.
Regulasi tegangan:
.................................................................................................. (1)
Regulasi frekuensi:
................................................................................................... (2)
60
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan reaksi perubahan tegangan dan
frekuensi setelah adanya pembebanan dinamik pada generator sinkron
menggunakan Electrical Generation Fundamentals Trainer #490, bahwa kinerja
pembangkit yang disimulasikan pada trainer dengan daya tersedia pembangkit
sebesar 1500 MW (100 %), total beban akselerasi dan beban deselerasi tersedia
sebesar 18,6 %, total daya beban suddenly load tersedia rata-rata sebesar 8,24 %.
Pada beban akselerasi, tegangan turun sebesar 0,19 % dan frekuensi turun sebesar
0,49 %. Pada beban deselerasi, tegangan naik sebesar 0,15 % dan frekuensi naik
sebesar 0,37 %. Mengalami drop tegangan turun sebesar 0,28 % dari tegangan
awal, dan drop frekuensi turun sebesar 0,77 % dari frekuensi awal. Sistem
pembangkitan masih dalam keadaan normal karena masih di ambang batas
regulasi yang ditentukan.
5.2 Saran
Hal-hal yang perlu disarankan dalam penelitian selanjutnya yaitu
1. Pembebaban dinamik seharusnya melebihi 50 % dari total daya yang
tersedia pada trainer agar nampak jelas drop tegangan dan drop frekuensi
2. Dalam mensimulasikan trainer sebagai pembangkitan listrik harus
mengetahui presentase kinerja sesungguhnya dari sistem pembangkitan.
61
DAFTAR PUSTAKA
Arikunto, Suharsini. 2013. Prosedur Penelitian. Jakarta. Rineka Cipta.
Furchan, Arief. 2007. Pengantar Penelitian dalam Pendidikan. Yogyakarta.
Pustaka Pelajar. Cetakan Ketiga.
Maolani, R, A dan Cahyana, U. 2015. Metodologi Penelitian Pendidikan. Jakarta.
Rajawali Pers.
Muslim, Supari. 2008. Teknik Pembangkit Tenaga Listrik. Jakarta. Direktorat
Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.
Muslim, Supari. 2009. Teknik Pembangkit Tenaga Listrik Jilid 2. Jakarta.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.
Sugiyono. 2015. Metode Penelitian Pendidikan. Bandung. Alfabeta.