Pengaturan Frekuensi pada Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekuensi yang praktis konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi dalam sistem, sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun daya reaktif selalu berubah sepanjang waktu.  Sehubungan dengan hal ini harus ada penyesuaian antara daya aktif yang dihasilkan dalam sistem pembangkitan harus disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator.

Menurut hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanis penggerak generator dengan perputaran generator

TG – TB = H x dw/dt … (1)

Dimana :

TG = Kopel penggerak generator

TB = Kopel beban yang membebani generator

H = Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya

w = kecepatan sudut perputaran generator ,

dimana f  = w/2pi …(2)

secara mekanis dengan melihat persaman (1) dan (2) maka :

TG – TB = ∆T < 0 , maka   w< 0 frekeunsi turun

TG – TB = ∆T> 0 , maka   w> 0  frekeunsi naik

dari persamaan di atas terlihat bahwa besarnya frekeunsi tergantung dari besarnya selisih antara kopel generator dengan kopel yg membebani generator, sehingga untuk mengatur frekuensi dalam sistem tenaga listrik dapat diatur dari dua sisi yaitu sisi generator maupun sisi beban

Gambar 1. Ilustrasi timbangan pada perubahan frekuensi

Cara pengaturan frekuensi

• Pengaturan daya aktif (sisi generator)
• Load shedding (sisi beban)
• Pengalihan daya pada saluran

1. Pengaturan daya aktif

Frekuensi pada sistem tenaga listrik dapat diatur dengan melakukan pengaturan daya aktif yang dihasilkan generator. Pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan kenaikan jumlah  bahan bakar yang digunakan untuk menaikkan daya aktif. Pada PLTU adalah berapa laju batu bara yang ditambah untuk dibakar sedangkan pada PLTA adalah berapa besar debit air yang dinaikkan untuk menggerakkan turbin sehingga menghasilkan kenaikan  daya aktif. Pengaturan bahan bakar ini dilakukan dengan menggunakan governor. Sehingga pada pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan kerja governor pada sistem pembangkit thermal maupun air.

2. Load shedding (pelepasan beban)

Jika terdapat gangguan dalam sistem yang menyebabkan daya tersedia tidak dapat melayani beban, misalnya karena ada unit pembangkit yang besar jatuh (trip), maka untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan beban. Keadaan yang kritis dalam sistem karena jatuhnya unit pembangkit dapat dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat.

Pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan karena lepasnya (trip) unit generator yang besar dapat mengurangi aliran daya aktif yang mengalir ke beban, sehingga menyebabkan generator-generator yang lain dipaksa bekerja. Jika hal ini berlangsung terus menerus dapat menyebabkan kerusakan mekanis pada batang kopel generator karena dipaksa bekerja. Untuk itu diperlukan relay under frequency yang berfungsi untuk mendeteksi penurunan frekeunsi sistem secara tiba-tiba akibat adanya unit pembangkit besar yang lepas dari sistem.  Salah satu cara untuk menaikkan frekeunsi tersebut adalah dengan melepas beban.

Gambar 2. Grafik perubahan frekuensi sebagai fungsi waktu dengan adanya pelepasan beban

Turunnya frekeunsi dapat menurut garis 1 , garis 2, atau garis 3. Makin besar unit pembangkit yang jatuh (makin besar daya tersedia yang hilang) makin cepat frekeunsi menurun. Kecepatan menurunnya frekuensi juga bergantung pada besar kecilnya inersia sistem. Semakin besar inersia sistem, makin kokoh sistemnya, makin lambat turunnya frekuensi.

Dalam grafik 1 dimisalkan bahwa frekuensi menurun menurut garis 2. Setelah mencapai titik B dilakukan pelepasan beban tingkat pertama oleh under frequency control relay (UFR) yang bekerja setelah mendeteksi frekuensi sebesar Fb dengan adanya pelepasan beban tingkat pertama maka penurunan frekuensi berkurang kecepatannya. Sampai di titik C UFR mendeteksi frekeunsi sebesar Fc dan akan melakukan pelepasan beban tingkat kedua dst sampai frekeunsi sistem kembali normal ke frekeunsi Fo.

Gambar 3.  Grafk turunnya frekuensi sebagai akibat gangguan unit pembangkit

Gambar 4. Grafik naiknya frekuensi setelah adanya pelepasan beban

3. Pengalihan daya pada saluran

Cara lain untuk mengatur frekuensi sistem yaitu dengan mengatur pengiriman daya aktif pada daerah yang memiliki kerapatan beban yang tinggi. Penulis masih belum memahami dengan benar cara terakhir ini dalam mengatur frekuensi dalam sistem tenaga listrik.

Semoga bermanfaat.

Source : Buku Operasi Sistem Tenaga listrik oleh Djiteng Mursadi & Materi Kelistrikan PLN.