BAB III OPERASI PARALEL GENERATOR PLTU UNIT 3/4 TANJUNG PRIOK 3.1 PARALEL GENERATOR KE JARINGAN Ketika terhubung ke system/jaringan yang besar (infinite bus), generator sinkron menjadi bagian jaringan yang terdiri atas ratusan generator yang membangkitkan daya yang tersalur ke beban. Sesuai dengan tujuan pembentukannya, PT. Indonesia Power menjalankan bisnis pembangkit tenaga listrik sebagai bisnis utama di Jawa dan Bali. Pada Tahun 2009, PT. Indonesia Power telah memasok sebesar 45.071 GWh atau sekitar 40,08 % dari produksi Sistem Jawa Bali.Dengan faktor kapasitas rata-rata 59,39%. Untuk system interkoneksi kelistrikan Jawa-Bali, penyaluran dan pengaturan beban dilakukan oleh P3B (Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban). PLTU unit 3/4 Tanjung Priok yang memiliki kapasitas daya terpasang 2 x 50 MW merupakan bagian dari jaringan interkoneksi Jawa-Bali. Kerja paralel generator dengan jaringan ini dimaksudakan untuk menjaga kontinuitas suplai listrik pada konsumen (pelanggan tenaga listrik) apabila ada pembangkit yang harus diberhentikan karena alasan pemeliharaan berkala ataupun adanya perbaikan teknis. Generator sinkron PLTU 3/4 Tanjung Priok belum dikatakan merupakan bagian dari system jaringan interkoneksi Jawa-Bali apabila generator tersebut belum terhubung (diparalel) ke jaringan. Untuk melakukan paralel generator dengan jaringan, ada beberapa hal yang harus disiapkan/dipenuhi antara lain : a. Besarnya tegangan terminal generator dengan jaringan harus sama, b. Frekuensi generator dan jaringan harus sama, c. Fasa generator dan jaringan harus sama, d. Urutan fasa generator dan jaringan harus sama. Pada gambar 3.1 diperlihatkan digram panel ECB (Electric Circuit Board) PLTU 3/4 Tanjung Priok,
switch-switch yang ada pada panel berfungsi untuk
mengerjakan tahapan-tahapan paralel. Switch-switch pada panel tersebut terdiri atas switch PMS (Pemisah), PMT (Pemutus Tenaga/52 G), Pemutus Penguat Medan (41M),
18
PTO (Pengatur Tegangan Otomatis), Pengatur Beban (65), Pembatas beban (77), Pengatur tegangan (90R), Rheostat Penguat Utama (70E), dan Tombol Sinkron (TS).
REL A
REL B
L o cal
K Remo t e
M
K
89
M
K
89
M
M
41
OF F
A
AV R Au to Man u al Swi tch
L o wer
K
K M
Rai se
L o wer
Rai se
M 90 R
65
52
F REE GOVERNOR
T OMBOL SINKRON
PENGAT UR T EGANGAN
G
L o wer
Rai se
L o wer
L OAD L I MIT
Rai se 70 E
77
PENGUAT MEDAN
Gambar 3.1 Panel ECB (Electric Circuit Board)
Prosedur operasi standar (SOP) persiapan paralel generator PLTU unit 3/4 Tanjung Priok ke jaringan (bus/rel) adalah sebagai berikut : a. Memasukkan switch penguat medan (41M), lampu merah akan menyala. 19
b. Menaikan tegangan generator sampai ±13,5 kV dengan menggunakan switch Rheosat Penguat Utama (70E). c. Memasukkan switch PTO pada posisi percobaan, jika jarum meter AVR (gambar 3.2) menunjuk angka 0 (nol), maka saklar PTO bisa dimasukkan (lampu putih menyala). Jika jarum meter AVR menyimpang ke kiri atau ke kanan, switch pengatur tegangan (90R) diatur sampai jarum meter AVR menunjuk angka 0 (nol).
Gambar 3.2 Jarum meter AVR
d. Memasukkan saklar pemisah (PMS) untuk rel yang telah ditentukan A atau B (gambar 3.3 memperlihatkan one-line diagram sederhana PLTU unit 3/4 Tanjung Priok). e. Memasukkan kunci sinkron kemudian lihat panel synchroscope (gambar 3.4) dan selanjutnya melakukan langkah-langkah yang merupakan syarat paralel generator dengan jaringan sebagai berikut : •
Mengatur tegangan generator sama dengan jaringan dengan menggunakaan switch pengatur tegangan (90R).
•
Mengatur frekuensi generator sama dengan jaringan dengan menggunakan switch pengatur beban.
•
Memperhatikan posisi jarum, kecepatan jarum berputar dan arah putaran dari synchroscope (alat sinkron).
20
REL A
70KV A BUS
REL B
70KV B BUS
389GA
389GB
352G
3 M-TR 13,8 / 70 KV 60.000 KVA
13,8 KV
3 U-TR 13,8 / 6 KV 5000 KVA
KE PEMAKAIAN SENDIRI
G Gambar 3.3 One-line sederhana diagram PLTU 3/4 Tanjung Priok
Jika syarat-syarat sinkron telah terpenuhi baik tegangan, frekuensi, maupun sudut fasa yang ditandai dengan jarum synchroscope menunjuk jam 12 dan lampu sinkron gelap, maka PMT (pemutus tenaga) sudah bisa dimasukkan. Setelah PMT masuk, beban langsung dinaikkan sampai ± 5 MW dengan menggunakan switch pengatur beban.
21
Gambar 3.4 Synchroscope (Alat Sinkron)
3.2 DAYA AKTIF DAN REAKTIF GENERATOR SINKRON PLTU 3/4 TANJUNG PRIOK Setelah generator berbeban (membangkitkan daya) dan terhubung ke jaringan (infinite bus), pada kondisi perubahan entalpi yang tetap maka daya aktif yang dibangkitkan oleh generator tergantung pada suplai/aliran uap per jam yang masuk turbin (torsi mekanik) sedangkan daya reaktifnya dipengaruhi oleh variasi arus eksitasi.
22
3.2.1 Pengaruh Arus Eksitasi Terhadap Daya Reaktif Generator Secara langsung setelah generator diparalel dengan jaringan (infinite bus), maka tegangan induksi Ea akan sama dengan dan sefasa dengan tegangan system Vt (gambar 3.5). Sehingga tidak ada beda potensial (tegangan) pada reaktansi sinkron (Xs) yang mengakibatkan tidak akan ada arus Ia yang mengalir (Ia = 0). Dengan demikian generator tidak mengirimkan daya pada beban dan dikatakan floating pada jaringan.
Xs Ia = 0 Ea = Vt If
Ea
Vt
INFINITE BUS
Ea = Vt
Gambar 3.5 Generator floating pada infinite bus [8]
Jika arus exsitasi dinaikan, tegangan Ea akan naik dan reaktansi sinkron Xs akan (3.1) menghasilkan perbedaan potensial sebesar E Xs. E Xs = Vt – Ea Dengan adanya beda potensial pada reaktansi sinkron Xs, maka akan ada arus yang mengalir sebesar Ia yang diberikan oleh
(3.2)
Ia = (Vt – Ea)/Xs Karena reaktansi sinkron bersifat induktif, maka arus akan tertinggal (lag) 900 (gambar 3.6). Oleh karena arus ketinggalan (lag) 900 terhadap tegangan Vt, maka generator kelihatan dari sistem seolah-olah bersifat induktif. Akibatnya,
ketika
generator over-excited maka generator menyuplai daya reaktif ke infinite bus. Daya reaktif akan bertambah (naik) jika arus eksitasi dinaikan.
23
Xs Exs
Ia Ea
If
Vt
Q
Ea
Vt
90 o
INFINITE BUS
Ia Ea > Vt
Gambar 3.6 Over-excited generator pada infinite bus [8]
Apabila arus eksitasi diturunkan sampai menghasilkan tegangan induksi Ea lebih kecil daripada tegangan Vt, maka E Xs akan menghasilkan tegangan negatif dan arus Ia mendahului (lead) 900 terhadap Vt (gambar 3.7) yang berarti generator kelihatan dari sistem seolah-olah bersifat kapasitif. Akibatnya, ketika generator under-excited maka generator menyerap daya reaktif dari sistem.
Xs Ia If
Ea
Q
Ia Vt
INFINITE BUS
90 o
Ea
Vt
Exs Ea < Vt
Gambar 3.7 Under-excited generator pada infinite bus [8]
3.2.2 Pengaruh Torsi Mekanik Terhadap Daya Aktif Generator Ketika generator sinkron floating pada jaringan (Ea = Vt dan sefasa), arus stator Ia adalah 0 (nol) sehingga tidak ada gaya (mmf) dihasilkan. Hanya ada flux magnet yang dihasilkan oleh rotor yang menginduksikan tegangan Ea pada stator (gambar 3.8). Jika torsi mekanik diberikan ke generator (dengan memasukkan lebih banyak uap ke turbin), maka rotor akan berakselerasi dan secara bertahap menaikkan mechanical angle α (gambar 3.9). Dengan demikian akan mengalir arus stator yang disebabkan timbulnya
24
sudut fasa elektrik δ antara tegangan induksi Ea dan tegangan terminal Vt (gambar 3.10).
Gambar 3.8 Kutub utara rotor segaris dengan kutub selatan stator [8]
Arus yang timbul pada stator akan menciptakan revolving field yang berupa kutub utara dan selatan magnet. Gaya tarik menarik dan tolak menolak ditimbulkan antara kutub magnet rotor dan stator. Gaya magnet tersebut menghasilkan torsi elektrik yang arahnya berlawanan dengan torsi mekanik yang ditimbulkan tubin. Ketika torsi elektromagnet (daya elektrik yang dikirimkan ke system) sama dengan torsi mekanik (daya mekanik yang disuplai oleh tubin), maka sudut mekanik α tidak akan bertambah (naik) tetapi akan tetap pada nilai α yang konstan. Hubungan antara sudut mekanik α dan sudut fasa (load angle/torsi angle) δ adalah δ = pα/2 dimana δ = sudut torsi antara tegangan terminal Vt dengan tegangan induksi Ea n = jumlah kutub generator α = sudut mekanik antara titik pusat stator dan kutub rotor
25
(3.3)
Gambar 3.9 Kutub utara rotor mendahului kutub selatan stator [8]
Xs Exs
Ea
Ia TURBIN
Ea
Vt
INFINITE BUS
90 o Ia
(a)
δ
Vt
(b)
Gambar 3.10 (a) Turbin menggerakkan generator (b) Phasor diagram [8] Daya elektrik yang dikirimkan ke beban versus δ akan menghasilkan grafik seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.11.
26
P
Pmax = EaVt/Xs Pmax
90 o
δ
Gambar 3.11 Kurva P - δ 3.3 DAYA LISTRIK Pada system tenaga listrik terdapat perbedaan yang signifikan antara daya atau kekuatan (power) dan energi : daya listrik merupakan hasil perkaian tegangan dan arusnya sedangkan energinya daya dikalikan waktu. Daya listrik P 3Φ yang dihasikan oleh arus listrik I p pada tegangan V L dan Cos φ dinyatakan oleh persamaan a. Rumus untuk mencari daya beban P beban = 1.73.V L. I p. Cosφ
(3.4)
b. Rumus untuk mencari daya mekanik P mek = ∆ Enthalpy.Steam flow (Kg/s)
(3.5)
c. Rumus untuk mencari daya yang hilang Losses Electric = P mek -P beban
(3.6)
d. Rumus untuk mencari efisiensi overall
(3.7)
Untuk menghitung enthalpy masuk dan keluar dapat dilakukan dengan menggunakan kalkulator “Turbine steam consumption calculator”. Untuk mendapatkan nilai enthalpy masuk dan keluar, data-data pada kolom kalkulator turbin didimasukan; 27
a. Inlet steam press (abs) diisi dengan data uap murni (pressure input), dengan menggunakan satuan Kg/Cm2. b. Inlet steam temperature diisi dengan data keluar ketel (temperature in) dengan satuan celsius. c. Exhaust pressure (abs) diisi dengan data hampa kondensor, dengan satuan mmHg. d. Turbine Efficiency diisi dengan data efisiensi turbin 88%[12].
28
