UNDER FREKUENSI RELAY (UFR) DUA WAKTU (LWBP DAN WBP) SEBAGAI ALTERNATIF LAIN SKEMA PELEPASAN BEBAN PADA SISTEM SULAWESI SELATAN Riko Ramadhano B,ST ( 7804012 F ) , Anton Junaidi,ST ( 7806003 F ) PT.PLN (Persero) AP2B Sistem Sulsel Wilayah Sulsel dan Sultra Jl.Hertasning Blok B , Makassar,Sulawesi Selatan 90222 Telp : (0411) 440066 , Fax : (0411) 440022
Under frequency Relay (UFR) merupakan relai yang banyak digunakan terutama untuk keperluan load shedding dalam rangka menyelamatkan sistem tenaga listrik akibat kehilangan pembangkit, sehingga mencegah terjadinya pemadaman meluas. Penerapan UFR untuk keperluan load shedding saat ini hanya menggunakan skema satu waktu sehingga relai tersebut hanya dapat bekerja dengan setting yang sama dalam satu hari. Padahal untuk tipe kurva beban di Indonesia, yang beban siang (LWBP) lebih rendah daripada beban malam (WBP) diperlukan setting UFR yang berbeda saat dua kondisi waktu tersebut, agar kinerja load shedding UFR menjadi lebih baik.
Abstrak
-
Kata Kunci : Load Shedding, UFR dua waktu , WBP dan LWBP
I . PENDAHULUAN
Sebagai upaya mengamankan sistem tenaga listrik akibat lepasnya lepasnya generator atau pembangkit, pembangkit, biasanya gardu induk dilengkapi dengan Under Frekuensi Relay (UFR) untuk mengamankan sistem. UFR bekerja melepas beban sesuai dengan settingnya. Idealnya beban yang dilepas sesuai dengan besarnya pembangkit pembangkit yang lepas. Pada sistem tenaga listrik di Indonesia, khususnya di luar Jawa Bali, terdapat perbedaan menyolok pada komposisi pembangkit dan karakteristik pembangkit yang beroperasi pada siang dan malam hari, sehingga terdapat perbedaan kekuatan sistem antara siang dan malam hari. Hal lain yang juga berpengaruh adalah perbedaan beban siang dan malam, serta load faktor pada penyulang yang dilepas pada setiap skema. Kondisi ini menimbulkan kesulitan dalam penentuan setelan yang sesuai untuk kondisi yang berbeda ini. Sebagai akibat dari setting yang kurang sesuai sering kali dijumpai pelepasan beban yang kurang atau berlebihan (over shedding) / tidak sesuai dengan keperluan, sehingga berpotensi menimbulkan kerugian finansial berupa meluasnya pemadaman. Meluasnya pemadaman ini tentu akan
-1-
menimbulkan pengaruh yang buruk terhadap kWH salur dan citra pelayanan PLN. Paper ini hanya akan membahas mengenai kemungkinan penerapan load shedding UFR dua waktu yaitu luar waktu beban puncak (LWBP) atau waktu beban puncak (WBP) pada sistem Sulawesi Selatan, terutama mengenai kinerja pelepasan beban agar, bisa mendekati atau bahkan sesuai dengan skema load shedding. II . UNJUK KERJA UFR EKSISTING
Skema load shedding UFR eksisting menggunakan setting yang hanya tepat jika diterapkan pada suatu kondisi tertentu. Umumnya setting UFR ditentukan ditentukan pada saat sistem berada pada kondisi paling rawan atau dengan indek kekuatan sistem terendah. Untuk sistem Sulawesi Selatan, setting UFR dibuat saat kondisi beban siang hari, yang didapat dengan mensimulasi lepasnya pembangkit tertentu dan atau dengan beberapa kombinasi lepasnya pembangkit. Penerapan setting UFR untuk Sistem Sulsel Saat ini menggunakan 3 (tiga) tahap dengan desain trip seketika, dengan total beban yang dilepaskan sebesar 150 MW, hal ini dapat dilihat pada table 1 berikut : Tabel 1. Penerapan UFR Sistem Sulsel Tahap F(Hz) MW (Lepas beban) Tahap 1 48,9 30 Tahap 2 48,5 60 Tahap 3 48,3 60 150 Total Sejak tahun 2005 sampai dengan 2006 terjadi beberapa kali gangguan pembangkit di sistem Sulawesi Selatan yang menyebabkan UFR bekerja. Data kejadian UFR dipisahkan antara beban siang (LWBP) dan beban malam (WBP). Dari beberapa rekaman kejadian terlihat besarnya beban yang dilepaskan tidak sesuai dengan skema yang diinginkan. Yang paling merugikan adalah pelepasan yang melebihi atau over shedding. Kinerja UFR yang terpasang pada sistem Sulsel sejak tahun 2005 sampai dengan Juni 2006 dapat dilihat pada tabel berikut.
Table 2. Data kejadia UFR Sistem Sulsel Saat WBP dan LWBP LWBP Tanggal
Jam
24-Jan-05
Pembangkit
Lepas Kit
Lepas Beban
Delta
MW
MW
MW
Tahap
16:07
GE#2
21
13.2
-7.8
Tahap 1
02-Feb-05
2:23
GE#2
25
17.26
-7.74
Tahap 1
03-Mar-05
10:24
GE#2
20
14.83
-5.17
Tahap 1
05-Mar-05
22:01
GE#1
22
18.73
-3.27
Tahap 1
24-Mar-05
23:09
GE#1
22
18.83
-3.17
Tahap 1
07-Mei-06
17:02
GE#1
28
22
-6.00
Tahap 1
09-Mei-05
15:57
Bakaru #1
53.9
46.95
-6.95
Tahap 2
29-Mei-05
11:57
Bakaru #2
62.5
54.94
-7.56
Tahap 2
06-Jul-05
10:51
Bakaru #2
32
25.47
-6.53
Tahap 1
08-Jul-05
9:45
Bakaru #2
40.8
32.55
-8.25
Tahap 1
22-Jan-06
8:06
Bakaru #2
62
53.5
-8.5
Tahap 2
02-Mar-05
16:53
ST#18
25.8
19.58
-6.2 2
Tahap 1
05-Apr-05
17:03
ST#18
46.04
40.02
-6.02
Tahap 2
02-Jun-05
1:51
ST#18
44.8
37.54
-7.2 6
Tahap 2
02-Jun-05
23:04
ST#18
49.4
41.15
-8.2 5
Tahap 2
03-Feb-05
9:21
ST#18
49.5
40.4
-9.1
Tahap 1
Table 3. Data kejadia UFR Sistem Sulsel Saat WBP dan LWBP
WBP Tanggal
Jam
Pembangkit
Lepas Kit
Lepas Beban
Delta
MW
MW
MW
Tahap
05-Mei-05
20:41
GE#2
28
31.438
3.438
Tahap 1
07-Jun-05
18:35
GE#2
25
29.83
4.83
Tahap 1
19-Jun-05
18:46
GE#1
32
47.10
15.1
Tahap 1
11-Jan-06
18:46
GE#1
30
35.90
5.9
Tahap 1
09-Mei-05
20:11
Bakaru#2
16.2
43.67
27.47
Tahap 1
14-Feb-06
18:45
Bakaru#1
126
175.60
49.6
Tahap 3
22-Mar-06
21:41
ST#18
49.4
55.60
6.2
Tahap 2
05-Apr-05
19:42
Suppa#5
9
19.98
10.98
Tahap 1
15-Apr-05
19:05
Suppa#4#5
15
17.14
2.14
Tahap 1
19-Apr-05
20:25
Westcan
6.2
21.67
15.471
Tahap 1
04-Mei-05
20:41
Suppa#6#5
18
23.28
5.28
Tahap 1
26-Jun-05
19:17
Suppa#4
10.2
19.26
9.06
Tahap 1
28-Jun-05
19:18
Suppa#3
10
26.69
16.69
Tahap 1
9 Okt 2005
18:43
Alsthom #2
10
30.16
20.16
Tahap 1
13-Nop-05
20:53
Stama Trip
15
33.28
18.28
Tahap 1
14-Nop-05
19:53
SWD#1
9
26.26
17.26
Tahap 1
3 Des 2005
18:45
Stama Trip
15
22.47
7.47
Tahap 1
-2-
Untuk UFR pada siang hari (LWBP) kinerja UFR pada sistem Sulsel dapat dikatakan masih sesuai dengan skema yang diinginkan dan tidak terjadi kelebihan pelepasan beban, dimana dimana jumlah beban yang dilepaskan hampir mendekati dengan jumlah pembangkit yang hilang dan frekuensi sistem menuju 50 Hz. Namun untuk kejadian UFR pada malam hari (WBP), UFR yang terjadi hampir seluruhnya mengalami kelebihan pelepasan beban. Kondisi ini tentunya tidak menguntungkan secara ekonomis maupun keaman sistem dengan konsekuensi dapat mengakibatkan load rejection pada pembangkit, dan rugi kesempatan jual energi listrik ke konsumen. Maka untuk mengatasi kendala tersebut Sistem Sulawesi Selatan memerlukan suatu pola pelepasan beban (load shedding) UFR yang baru yang dapat mengatasi kendala over shedding, yaitu dengan skema UFR dua waktu untuk kondisi LWBP dan WBP. III . LOAD SHEDDING UFR DUA WAKTU Kondisi beban di Sulsel mempunyai karakter perbedaan antara beban siang dengan malam, hal ini dapat dilihat pada langgam beban dibawah ini .
135MW. Pada kenyataannya terjadi perbedaan pelepasan beban antara siang dan malam, dimana terjadi pelepasan yang berlebih pada saat beban malam (WBP). Hal ini akan berdampak pada pelepasan energi berlebih sehingga kesempatan dalam menjual listrik ke konsumen menurun, kerugian disisi pelanggan, dan juga dapat terjadi load rejection pada sisi pembangkit yang dapat membahayakan keamanan sistem. Ide penerapan skema UFR dua dua waktu untuk sistem Sulsel adalah dengan meminimalkan selisih jumlah MW beban yang lepas dengan jumlah MW pembangkit yang hilang saat LWBP dan WBP. Bila sebelumya feeder yang ditripkan untuk setiap tahap UFR sama saat LWBP dan WBP, padahal beban feeder berbeda untuk LWBP dan WBP, maka dengan skema baru ini feeder yang akan ditripkan bisa berbeda antara antara LWBP dan WBP dengan bantuan relai tambahan dan timer. Sebagai infromasi saat ini sudah ada relai UFR digital yang dapat bekerja dengan settingan dua waktu (LWBP dan WBP), yang merupakan hasil inovasi staf PT.PLN AP2B Sistem Sulsel dan sudah masuk 5 besar nominator lomba inovasi ke IX PT.PLN Litbang .
450
401,71
MW 400
399,09
350
300
250
200
150
100 1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0 11
12
13
JUM'AT, 17 DESEMBER 2004
14
15 16 17
18
19
20
21
22
23 24
SENIN, 28 NOVEMBER 2005
Gambar 1. Langgam beban Sistem Sulawesi Selatan Berdasarkan kurva langgam beban untuk sistem Sulawesi Selatan pada tahun 2004 dan 2005, terdapat perbedaan besar antara beban puncak siang dengan malam, yaitu yaitu sekitar 100 MW, dengan Load Factor 72.5 %. Dengan kondisi seperti ini maka akan terjadi perbedaan pelepasan beban antara siang dan malam bila terjadi gangguan pembangkit ataupun transmisi yang dapat mengakibatkan penurunan frekuensi system. Hal ini dapat mengakibatkan mesin pembangkit load rejection, oleh karena pelepasan beban yang berlebihan pada saat pelepasan beban di malam hari (WBP). Sistem Sulsel memakai relay UFR dengan setting 3 tahapan. UFR ini hanya dipasang 1 buah untuk tiap-tiap GI, untuk tahap 1 (48,9 Hz) diasumsikan lepasnya PLTG GE dengan daya mampu 33 MW, tahap 2 (48,5 Hz) diasumsikan lepasnya PLTA Bakaru 1 unit dengan daya mampu 62,5 MW, dan tahap 3 (48,3 Hz) diasumsikan lepasnya PLTGU Sengkang dengan daya mampu -3-
III.1. Load Shedding UFR satu waktu vs UFR dua waktu Setting UFR untuk sistem Sulsel menggunakan setting yang berlaku pada saat LWBP , atau pada saat indek kekuatan sistem paling lemah. Besar MW yang dilepaskan didapat dengan mengasumsikan lepasnya salah satu pembangkit yang yang besar dikurangi dikurangi perkalian antara antara indek kekuatan sistem (K) dan delta frekensi nominal setelah load shedding (fss). P(yg dilepas) = P(kit lepas) – K.fss …..(i) Dalam pemakaianya UFR akan melepaskan feederfeeder untuk melakukan pengurangan beban beban sesuai dengan besar pembangkit yang lepas akibat gangguan. Permasalanya saat ini di Sistem Sulsel besarnya beban yang dilepas hanya cocok untuk satu kondisi waktu tertentu yanti LWBP. Sedangkan WBP tidak, akibatnya terjadi kelebihan pelepasan beban, hal ini dapat dijelaskan pada ilustrasi berikut.
Gambar 2. Skema UFR saat LWBP
karena skema UFR dua waktu akan membedakan feeder yang akan ditripkan antara siang dan malam, sehingga jumlah beban yang akan dilepas untuk tahapan UFR saat LWBP dan WBP dapat kita tentukan sesuai dengan besarnya pembangkit lepas . Diharapkan dengan skema ini kejadian over shedding beban oleh UFR dapat dikurangi terutama saat WBP.
Gambar 3. Skema UFR saat WBP Akibat umumnya beban feeder saat LWBP lebih rendah dibandingkan WBP dan karena tahapan UFR tidak membedakan feeder yang harus dilepas saat LWBP dan WBP, maka terjadilah over shedding beban saat WBP,sehingga beban yang dilepas lebih besar dari jumlah pembangkit yang hilang , seperti yang ditunjukkan pada tabel 4. Tabel 4. Ilustrasi penerapan load shedding UFR eksisting Tahapan Feeder Trip Beban (MW) Tahap 1 Feeder 1 10 (LWBP) Feeder 2 12 Total Tahap 1 LWBP 22 Tahap 1 Feeder 1 15 (WBP) Feeder 2 20 Total Tahap 1 WBP 35 Tahapan Feeder Trip Tahap 2 Feeder 3 (LWBP) Feeder 4 Total Tahap 2 LWBP Tahap2 Feeder 3 (WBP) Feeder 4 Total Tahap 2 WBP
Tabel 5. Ilustrasi penerapan load shedding dengan UFR dua waktu Tahapan Feeder Trip Beban (MW) Tahap 1 Feeder 1 10 (LWBP) Feeder 2 12 Total Tahap 1 LWBP 22 Tahap 1 Feeder3 12 (WBP) Feeder 4 10 Total Tahap 1 WBP 22 Tahapan Feeder Trip Tahap 2 Feeder 3 (LWBP) Feeder 4 Total Tahap 2 LWBP Tahap2 Feeder 5 (WBP) Total Tahap 2 WBP
Beban (MW) 8 6 14 14 14
Berdasarkan gambar 4 dan tabel 5, diketahui bahwa dengan menerapkan UFR dua waktu maka besarnya beban yang dilepas untuk LWBP dan WBP dapat kita atur sesuai dengan kebutuhan pelepasan beban saat itu. Sehingga diharapakan tidak terjadi pelepasan yang berlebihan.
Beban (MW) 8 6 14 12 10 22
IV. MANFAAT YANG AKAN DIPEROLEH JIKA MENERAPKAN UFR DENGAN SKEMA DUA WAKTU IV.1 Manfaat Finansial Manfaat finansial yang akan diperoleh jika memakai setting dua waktu untuk WBP dan LWBP maka akan dapat mengurangi potensi kehilangan energi terutama pada saat beban puncak (WBP) akibat overshedding. Untuk sistem Sulawesi Selatan, berdasarkan hasil perhitungan dari data kejadian UFR yang pernah terjadi selama perioda tahun 2005 sampai dengan Mei 2006 maka peluang penghematan energi dengan penerapan skema UFR dua waktu ini adalah sekitar 31.92 % atau setara dengan sekitar 118 ribu kWh, dengan nilai uang adalah sebesar sekitar 67 juta rupiah untuk harga listrik sistem Sulsel 570 Rp/kWh .
Apabila skema load shedding UFR dua waktu diterapkan, maka kendala diatas akan dapat diatasi.
Gambar 4. Skema UFR saat WBP dengan Skema dua Waktu -4-
Tabel 6. Selisih Energi dengan memakai dual time time WBP Lepas Kit
Lepas Beban
Delta
Energi dilepas UFR
Energi yang dapat diselamtakan
MW
MW
MW
kWh
kWh
GE#2
25
29,83
4,83
4.250,00
688,15
GE#1
32
47,1
15,1
11.259,40
3.609,70
GE#2
28
31,438
3,438
7.150,00
781,91
GE#1
30
35,9
5,9
7.516,50
1.235,30
KIT
Bakaru#2
16,2
43,67
27,47
29.513,00
18.564,74
Bakaru#1
126
175,6
49,6
260.192,50
73.494,01
ST#18
49,4
55,6
6,2
14.862,62
1.657,34
Akumulasi Kit Lain
117,4
240,191
122,79
35530,00
18163,73
370.274,02
118.194,88
Penjelasan untuk tabel diatas, adalah dengan mengambil data kejadian UFR yang mengalami kelebihan pelepasan (delta) beban saat WBP. Apabila Apabila mengalikannya dengan lamanya terjadi pemadaman maka akan kita dapatkan energi. Jika harga jual rata-rata di sistem Sulsel Rp. 570/kWh, maka akan didapat kesempatan jual ke konsumen sekitar Rp. 67.371.082,92 dalam kurun waktu 1,5 tahun atau dalam setahun sekitar Rp. 44.914.055,28.
masukan baru mengenai load shedding UFR dengan membedakannya menjadi UFR LWBP dan WBP. Diharapkan dengan penerapan skema ini akurasi pelepasan beban dapat terpenuhi sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan memperbaiki citra pelayanan PLN kepada masyarakat.
Daftar Pustaka [1]. Yus Cahyo, Riko RB, Agus M,Anton J, Nanang F, Dual Time Digital Under Frequency Relay [2]. PT.PLN (Persero) P3B Jawa Bali, Ekspose sekuriti Sistem Jawa Bali, 26 J uli 2005 [3]. Ir.Djiteng Marsudi, Operasi Sistem Tenaga Listrik [4]. PT.PLN AP2B Sistem Sulsel, Data Operasi Sistem Sulsel [5]. PT.PLN AP2B Sistem Sulsel, Data Ekskursi Frekuensi Sistem Sulsel
IV.2 Manfaat Non-Finansial
Beberapa manfaat non-finansial yang dapat diambil dari penerapan load shedding UFR dua waktu antara lain: 1. Peluang peningkatan pelayanan PLN. Yang berarti meningkatkan citra PLN di masyarakat 2. Memberikan pilihan baru dalam penerapan skema load shedding dengan UFR. 3. Peluang untuk menekan energi tak tersalur PLN 4. Bermanfaat meningkatkan efektifitas sistem Load Shedding.
Biografi Riko Ramadhano B , tamat S1 dari Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung pada tahun 2002, dan mulai bergabung dengan PLN pada tahun 2003. Saat ini bekerja sebagai Supervisor Operasi Unit Transmsi dan Gardu Induk Panakukkang PT.PLN AP2B Sistem Sulsel.
V . KESIMPULAN
Load shedding pada suatu sistem tenaga listrik sangat diperlukan untuk menghindari terjadinya blackout jika sistem kehilangan pembangkit akibat gangguan. Namun efektifitas load shedding oleh UFR saat ini hanya berlaku pada satu kondisi waktu LWBP, dan tidak berlaku untuk WBP. Akibatnya sering terjadi kelebihan pelepasan beban yang dapat membahayakan sistem dan menyebabkan kerugian baik financial maupun non-finansial. Paper ini memberikan
Anton Junaidi , tamat S1 dari Jurusan Teknik Institut Teknologi Adhi Tama, dan mulai bergabung dengan PLN pada tahun 2006. Saat ini bekerja sebagai Teknisi Utama Penyaluran PT.PLN AP2B Sistem Sulsel.
-5-
