studi pengaruh penggunaan kompensator berupa capacitor bank, svc, dan statcom

STUDI PENGARUH PENGGUNAAN KOMPENSATOR BERUPA CAPACITOR BANK, SVC, DAN STATCOM

PADA JARINGAN TRANSMISI DAN DISTRIBUSIdi

PT. CHEVRON PACIFIC INDONESIA

Oleh :CINDY MALFICA

10/297541/TK/36296

IKHWAN LUTHFI SYAFJON10/297531/TK/36292

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASIUNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

COMPANY PROFILEPT CHEVRON PACIFIC INDONESIA

COMPANY PROFILE

Chevron adalah produsen minyak mentah terbesar di Indonesia.

Menyumbang 40% produksi nasional.

Memiliki 6400 karyawan handal dan 30000 karyawan mitra

CHEVRON SUMATERA

Rumbai Minas Duri Dumai

Tugas :1. Membangkitkan daya listrik yang cukup dan

berkesinambungan secara efisien guna memenuhi pertumbuhan beban di PT. CPI.

2. Mencatu daya listrik yang andal dan baku guna memenuhi kebutuhan operasi PT. CPI.

3. Memanfaatkan gas buang panas dari turbin – turbin gas di Central Duri secara maksimal untuk menghasilkan uap guna kebutuhan operasi Duri Steam Flood.

4. Mempertahankan keselamatan kerja yang tinggi.

Power Generation & Transmission Department PT. CPI

• Sub Bagian :1. Administrator 2. Business Engineering Support (BES)• Planning and Budget, Design and Construction, IT and Support

System, Safety Health and Environment, dan Quality Improvement.

3. Power System Generation (PSG) • Team Power Plant• Team Power System Management• Team Conditioning Monitoring• Team Gas Turbine Maintenance

4. Transmission Distribution and Operation (TDO)• Power Line Maintenance• Substation and Control System• Substation and Control System• Power System Engineering (PSE)

Power Generation & Transmission Department PT. CPI

• Divisi Support Operation• Sebuah departemen yang bertugas menyediakan

tenaga listrik dan menghasilkan uap melalui pemanfaatan panas dari gas buang turbin.

• Menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) Duri

• 17 unit dioperasikan oleh PGT• 3 unit dioperasikan oleh North Duri Cogen• Central Duri : 5 unit : 95 MW• Duri : 1 unit : 19 MW• Minas : 11 unit : 210 MW• North Duri Cogen : 3 unit : 300 MW

Power Generation & Transmission Department PT. CPI

Saluran transmisi :• Saluran transmisi 230 kV sepanjang 128 km• Saluran transmisi 115 kV sepanjang 536 km• Saluran transmisi 44 kV sepanjang 105 km

Saluran distribusi (8000 Transformator) :• Saluran distribusi 13,8 kV sepanjang 1742 km• Saluran distribusi 4,16 kV sepanjang 50 km

Power Generation & Transmission Department PT. CPI

Power Generation & Transmission Department PT. CPI

Outline• Latar Belakang• Permasalahan• Solusi• Simulasi (ETAP & MATLAB)• Kesimpulan

Latar Belakang

• Chevron Project : Zewadi Project•Tahun 2016 : Penambahan beban 17 MW (North Power System)

• Peningkatan beban setiap tahun•Penambahan beban 59 MW pada sistem kelistrikan bagian utara (North Power System)

Permasalahan:• Tegangan turun di lokasi bagian North• Voltage drop yang tinggi

• Power factor rendah di lokasi pembangkit Central Duri

• Jaringan radial : menurunkan keandalan• Load drop pada kondisi N-1

CPI Integrated Power System

Kondisi jaringan loop saat MGL-STG Close

Kondisi jaringan loop saat MGL-STG Open

Solusi• Membangun saluran transmisi loop untuk

meningkatkan keandalan• Membangun pembangkit baru • Meningkatkan kapasitas saluran pada kondisi

normal : • Penambahan Kompensator / FACTS 2x25 MVAR di lokasi

Sintong & Bangko • Capacitor Bank• Static Var Compensator (SVC)• STATCOM

-> meningkatkan tegangan dan power factor saluran transmisi-> pengiriman daya meningkat

Apa yang kami lakukan?• Mengamati pengaruh penggunaan kompensator

terhadap profil tegangan, transien dan gangguan pada jaringan

SIMULASI• Simulasi aliran daya dengan ETAP. • Simulasi fenomena transien dengan ETAP &

MATLAB Software• Simulasi hubung singkat dengan ETAP

Compensator• Capacitor Bank (2x25 MVAR)• STATCOM/SVC (2x25 MVAR)

CRITERIA SVC STATCOM CAP. BANK

Switch Type Static switches Static switches. Circuit Breakers

Power Quality Considerable harmonics Low Harmonics Prone to resonance

Response Faster Fastest Slow

Voltage - Current Relationship

Voltage dependent. Less stable.

Voltage independent. More stable.

No relationship. On – off mechanism only.

VAR Capability Supply & Absorb Supply & Absorb Supply Only

Capital Cost <60MAR equal with STCOM 250,000 USD/MVAR 52,000 USD/MVAR

Spacing Small Smallest Small

Switching Surge Small Small Considerable

SVC STATCOM

CB

CAP. BANK

TECHNOLOGY SELECTION

Untuk menaikkan tegangan di sepanjang feeder sekaligus menaikkan faktor daya dari saluran tersebut.

Tujuan pemasangan capacitor bank: • Di substation : menaikkan level tegangan di bus substation

dan membantu MVAR sistem • Di feeder : menaikkan level tegangan di beban sekaligus

menaikkan faktor daya.

Capacitor Bank

Penentuan Lokasi Penempatan Kompensator

VOLTAGE PROFILE – REACTIVE COMPENSATOR

22

RKN115 BTG115 KTG115 MGL115 STG115 BKO115 NEL115 BLM115 PNG11585

87

89

91

93

95

97

99

101

103

105

Voltage Profile with Reactive Compensator

2013 2x25 RKN-PMM 2X25 RKN-BTG 2X25 KTG-STG 2X25 KTG-BKO

2X25 STG-BKO 2X35 STG-BKO 2X45 STG-BKO 2X55 STG-BKO

Location

Volt

age (

kV

)

• Lokasi STG dan BKO simulasi dilakukan pada lokasi beban Central Duri

Pengaruh Penggunaan Kompensator berupa Capacitor Bank,FACTS SVC, dan STATCOM pada Jaringan Transmisi dan Distribusi di

PT. Chevron Pacific Indonesia

• Simulasi Load flow • Simulasi Transient dengan Capacitor Bank• Simulasi Transient dengan STATCOM • Simulasi Short Circuit 1 Phase Ground• Simulasi Short Circuit 3 Phase

PROGRAM BANTU• ETAP• MATLAB

Simulasi Loadflow dengan Program Bantu : ETAPMengamati profil tegangan sebelum dan setelah pemasangan FACTS SVC

Simulasi Load flow (ETAP)

• Skenario 1• Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada

jaringan.• Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada

jaringan.

CD BTG STG BKO RKN MGL KTGL NEL BLM 80

85

90

95

100

105

110

107.213

100.7

95.24

93.424

104.179102.9 103.456

92.664 92.054

107.412

103.2 99.86 98.206103.3

100.4102

97.508

96.931

Kondisi Tegangan Norm dan Norm (MGL-STG Open)

Norm (MGL-STG open)

Norm

Lokasi BUS

Tega

ngan

(kV)

• Skenario 2• Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada

jaringan.• Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada

jaringan.

CD BTG STG BKO RKN MGL KTGL NEL BLM 80

85

90

95

100

105

110

107.213

100.7

95.24 93.424

104.179102.9

103.456

92.664

92.054

108.1106.4

104.6 103.7

106.3105.1 105.6

103

102.5

Kondisi Tegangan Norm dan Norm HCT SVC (MGL-STG Open)

Norm (MGL-STG Open)

Norm HCT SVC (MGL-STG open)

Lokasi BUS

Tega

ngan

(kV)

Simulasi Load flow (ETAP)

• Skenario 3• Keadaan saat MGL-STG di Close, HCT SVC telah dipasang pada jaringan.• Keadaan saat MGL-STG di Open, HCT SVC telah dipasang pada jaringan.

CD BTG STG BKO RKN MGL KTGL NEL BLM 90

92

94

96

98

100

102

104

106

108

110

107.412

103.2

99.86

98.206

103.3

100.4

102

97.508

96.931

108

106.7

105104

106.3

105105.6

103.4

102.9

Kondisi Tegangan Norm dan Norm HCT SVC

Norm

Norm HCT SVC

Lokasi BUS

Tega

ngan

(kV)

Simulasi Load flow (ETAP)

• Skenario 4• Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada

jaringan.• Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada

jaringan

CD BTG STG BKO RKN MGL KTGL NEL BLM 99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

108

106.7

105

104

106.3

105

105.6

103.4102.9

108.1

106.4

104.6

103.7

106.3

105.1105.6

103102.5

Kondisi Tegangan Norm HCT SVC dan Norm HCT SVC (MGL-STG open)

Norm HCT-SVC

Norm HCT-SVC (MGL-STG Open)

Lokasi BUS

Tega

ngan

(kV)

Simulasi Load flow (ETAP)

• Skenario 5 :• MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada jaringan.• MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada jaringan.• MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada jaringan.• MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada jaringan.

Simulasi Load flow (ETAP)

Simulasi Load flow (ETAP)

• MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada jaringan.• MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada jaringan.• MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada jaringan.• MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada jaringan.

Tahun 2013

Tahun 2014

Tahun 2015

Tahun 2016

Simulasi Transient dengan Program Bantu : ETAP

Mengetahui pengaruh penggunaan kompensator Capacitor Bank pada proses switching

• Skenario 1• Konfigurasi Normal tanpa Capacitor Bank• Saluran MGL-STG open dalam keadaan Open

Simulasi Transien dengan Capacitor Bank

• Skenario 2• Konfigurasi Normal dengan Capacitor Bank 2x25 MVAR • Saluran MGL-STG dalam keadaan Open

Simulasi Transien dengan Capacitor Bank

• Skenario 3• Keadaan saat MGL-STG di Close, • 2 Capacitor Bank awalnya Open lalu di Close

• Waktu kerja CB219 = 1 sc• Waktu kerja CB218 = 15 sc

Simulasi Transien dengan Capacitor Bank

Mengetahui pengaruh penggunaan kompensator Capacitor Bank dan FACTS STATCOM dan pada proses switching

Simulasi Transient dengan Program Bantu : MATLAB

Simulasi Transient dengan STATCOM

• Skenario 1• MGL-STG Close• CB Initial condition : Open• STATCOM STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• STATCOM BKO [0.2 10] CB Close pada waktu 0.2-10 sc

Simulasi Transient dengan STATCOM

Saat MGL-STG closeSTATCOM STG close saat t = 0.1 sekon

Saat MGL-STG closeSTATCOM STG close saat t = 0.2 sekon

• Skenario 2• MGL-STG Close• CB Initial condition : Open• STATCOM STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• STATCOM BKO [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc

Simulasi Transient dengan STATCOM

Saat MGL-STG close2 STATCOM close saat t = 0.1 sekon

• Skenario 1• MGL-STG Open• CB Initial condition : Open• STATCOM STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• STATCOM BKO [0.2 10] CB Close pada waktu 0.2-10 sc

Simulasi Transient dengan STATCOM

Saat MGL-STG OpenSTATCOM STG close saat t = 0.1 sekon

Saat MGL-STG OpenSTATCOM STG close saat t = 0.2 sekon

• Skenario 2• MGL-STG Open• CB Initial condition : Open• STATCOM STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• STATCOM BKO [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc

Simulasi Transient dengan STATCOM

Saat MGL-STG Open2 STATCOM close saat t = 0.1 sekon

• Skenario 1• MGL-STG Close• CB Initial condition : Open• Capbank STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• Capbank BKO [0.1 10] CB Close pada waktu 0.2-10 sc

Simulasi Transient dengan Capacitor Bank

• Skenario 2• MGL-STG Close• CB Initial condition : Open• Capbank STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• Capbank BKO [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc

Simulasi Transient dengan Capacitor Bank

• Skenario 3• MGL-STG Open• CB Initial condition : Open• Capbank STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• Capbank BKO [0.2 10] CB Close pada waktu 0.2-10 sc

Simulasi Transient dengan Capacitor Bank

• Skenario 4• MGL-STG Open• CB Initial condition : Open• Capbank STG [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc• Capbank BKO [0.1 10] CB Close pada waktu 0.1-10 sc

Simulasi Transient dengan Capacitor Bank

Skenario 4

Simulasi Transient dengan Capacitor Bank

• Skenario 5• MGL-STG Open pada t = 1 s• Cap Bank STG Close pada t = 2 s• Cap Bank BKO Close pada t = 3 s

Simulasi Transient dengan Capacitor Bank

Simulasi Short Circuit dengan Program Bantu : ETAP

Mengetahui pengaruh penggunaan SVC atau Capacitor Bank ketika terjadi short circuit 1 Phase – Ground dan 3 Phase

Gambar kondisi rangkaian saat (a) SVC belum dipasang dan (b) SVC sudah dipasang (c) Capacitor belum dipasang dan (d) Capacitor sudah dipasang

Simulasi Short Circuit 3 Phase (MGL-STG Close)

Gambar kondisi rangkaian saat (a) SVC belum dipasang dan (b) SVC sudah dipasang (c) Capacitor belum dipasang dan (d) Capacitor sudah dipasang

Simulasi Short Circuit 3 Phase (MGL-STG Open)

MGL-STG

Kompensator

Kondisi kompens

ator

Arus (kA)

TOTALBTG-STG

MGL-STG

BKO-STG

close

SVCOpen 3.94 1.44 1.54 0.813

Close 3.94 1.44 1.54 0.813

CAPBANKOpen 3.94 1.44 1.54 0.813

Close 3.94 1.44 1.54 0.813

open

SVCOpen 2.58 1.61 0 0.813

Close 2.58 1.61 0 0.813

CAPBANKOpen 2.58 1.61 0 0.813

Close 2.58 1.61 0 0.813

Simulasi Short Circuit 3 Phase

Gambar kondisi rangkaian saat (a) Capacitor belum dipasang dan (b) Capacitor sudah dipasang (c) SVC belum dipasang dan (d) SVC sudah dipasang

Simulasi Short Circuit 1 Phase Ground (MGL-STG Close)

Gambar kondisi rangkaian saat (a) SVC belum dipasang dan (b) SVC sudah dipasang (c) Capacitor belum dipasang dan (d) Capacitor sudah dipasang

Simulasi Short Circuit 1 Phase Ground (MGL-STG Open)

MGL-STG

Kompensator

Kondisi kompensa

tor

Arus (kA)

TOTAL

BTG-STG

MGL-STG

BKO-STG

close

SVCOpen 2.06 1.06 1 0

Close 2.06 1.06 1 0

CAPBANKOpen 2.06 1.06 1 0

Close 2.06 1.06 1 0

open

SVCOpen 1.18 1.18 0 0

Close 1.18 1.18 0 0

CAPBANKOpen 1.18 1.18 0 0

Close 1.18 1.18 0 0

Simulasi Short Circuit 1 Phase - Ground

• Beban yang tiba-tiba berubah bisa menyebabkan voltage flickers.• Pada penggunaan capacitor, Load shedding memiliki tingkat

kompensasi yang tinggi dan hal ini akan menyebabkan over voltage. • Switching pada capacitor dapat menyebabkan kenaikan

tegangan yang mendadak dan ini bisa menyebabkan motor tiba-tiba mati. • Kawasan industri dengan banyak variasi beban punya nilai

harmonik yang tinggi.• Jaringan yang berubah dari Loop menjadi radial akan membuat

nilai impedansinya naik dan drop tegangan naik. Sehingga tegangan yang tiba di beban menjadi kecil/berkurang.• Capacitor Bank tidak memiliki pengaturan dalam suplai daya

reaktif ke jaringan

Kesimpulan

• SVC/STATCOM mampu mengkompensasi tegangan yang ada di jaringan tanpa menyebabkan overvoltage • Lama transient SVC/STATCOM lebih lama dibandingkan

Capacitor Bank• Penggunaan Capasitor Bank maupun SVC/STATCOM tidak

memberikan efek kenaikan arus saat gangguan short circuit terjadi• Penggunaan kapasitor dan SVC/STATCOM dapat meningkatkan

factor daya sehingga pengiriman daya lebih optimal• Factor daya dan jarak saluran transmisi mempengaruhi

kestabilan tegangan sistem• Semakin tinggi Factor daya sumber, semakin baik profile

tegangan di saluran• Semakin tinggi factor daya sumber, semakin besar kapasitas

saluran dalam pengiriman daya aktif

Kesimpulan

Kesimpulan

Perbandingan FACTS :

Capacitor Bank• Kekurangan :

• Hanya mengirim VAR• Komponen fixed passive : terus

meyuplai var• Proses switching yang tidak

sinkron dengan gelombang menimbulkan arus inrush yang menyebabkan transient. Timbul stress jaringan.

• Waktu respon >70 ms• Tidak cocok dengan beban yang

berubah-ubah. Butuh alat frequent switching agar steady state terjadi.

• Kenaikan tegangan yang tiba-tiba menyebabkan gelombang harmonik sehingga dibutuhkan filter

• Kelebihan :• Harga yang murah

SVCKelebihan :• Respon = 20-30 ms• Bisa bersifat induktif dan

kapasitif• Ekonomis untuk sistem

yang besar

Kekurangan :• Menghasilkan gelombang

harmonic• Memiliki karakteristik V2

seperti kapasitor

STATCOM Kelebihan :• Respon <10 ms.• Tidak ada kenaikan tegangan

yang mendadak• Kemampuan induktif dan kapasitif• Karakteristik arus konstan (nilai

daya reaktif turun karena tegangan bukan fungsi kuadratis)

• Tingkat harmoniknya kecil sehingga tidak butuh filter

• Terintegrasi dengan AHF (Active Harmonic Filtering)

• Harganya lebih murah dibanding SVC untuk kemampuan 50 MVAR

• Bisa dipasangkan dengan kapasitor membentuk system hybrid

Kekurangan :• Mahal dan butuh lahan yang luas

untuk penempatannya

STATCOM• Menaikan tegangan pada grid dengan

menginjeksikan daya reaktif ke grid• Menurunkan tegangan pada grid dengan

menyerap daya reaktif pada grid

Kehandalan STATCOM• Kontrol tegangan sangat cepat dan otomatis

sehingga cepat memperbaiki faktor daya• Gelombang keluaran yang dihasilkannya secara

terus menurus tanpa ada step/kenaikan tegangan yang tiba-tiba (pahami grafik statcom)

• Gelombang keluarannya juga tanpa harmonik dan transient (pada simulasi ada transient, mengapa?)

• Dapat memberi dan menyerap daya reaktif• Reaksi terhadap gangguan sangat cepat yaitu

<10 ms setelah fault terjadi, untuk daya yang sangat besar : 20-50 ms

THANK YOU

ADDITIONAAAAAAALLLLL……• Foto saat jalan ke sub dan trafo• Video statcom dan svc