Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM CATU DAYA SEARAH ( DC POWER ) PADA GARDU INDUK 150 KV SRONDOL PT PLN (PERSERO) UPT SEMARANG Oleh : Guspan Hidi Susilo – L2F 008 041 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia e-mail :
[email protected] ABSTRAK Sumber Tenaga DC pada suatu Gardu Induk memiliki peranan sangat penting dalam kelancaran operasi Gardu Induk itu sendiri dalam melayani kebutuhan kebutuhan listrik bagi para konsumen. Sumber tenaga DC pada Gardu Induk disuplai oleh rectifier dan Batere yang mana keduanya dihubungkan paralel dengan beban. Dalam keadaan normal sistem DC akan disuplai oleh rectifier secara langsung, namun pada saat terjadi Blackout ckout dari sistem AC maka batere akan bekerja secara otomatis mensuplai beban dengan range waktu tertentu. Sistem DC pada Gardu Induk berfungsi sebagai penggerak peralatan peralatan rele, motor penggerak PMS maupun upun PMT serta peralatan telekomunikasi. Peralatan proteksi dan telekomunikasi ini sangat penting bagi sebuah Gardu Induk bilamana sistem DC tidak berfungsi sebagaimana mestinya maka dapat membahayakan peralatan baik peralatan proteksi dan telekomunikasi itu sendiri maupun peralatan transmisi jaringan. Dalam am kerja praktek ini penulis bertujuan untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja sistem DC, bagian-bagian dan fungsinya pada Gardu induk Srondol UPT Semarang. Dengan laporan ini diharapakan para pembaca dapat belajar mengenai sistem DC di Gardu Induk dan dan mengetahui fungsi kerja sistem DC Power pada Gardu Induk. Kata Kunci : Rectifier, Batere, Sistem DC
lainnya seperti panel-panel panel kontrol pada gardu induk 150 kV UPT Semarang. Semarang
I. 1.1
Pendahuluan Latar Belakang Sumber daya DC pada suatu gardu induk memilki peran sangat penting dalam kelancaran operasi gardu itu sendiri dalam melayani kebutuhan listrik bagi para konsumen. Sumber daya DC pada gardu induk biasanya disuplai dari beberapa baterai yang disusun secara seri. eri. Baterai ini berfungsi untuk memberikan daya DC bagi rele, motor penggerak pada PMS dan PMT, serta untuk mensuplai daya yang digunakan untuk peralatan telekomunikasi.
I.
Sistem DC Sistem DC adalah alat bantu utama yang sangat diperlukan sebagai suplai arus searah ( direct current ) yang digunakan untuk peralatan-peralatan peralatan kontrol, peralatan proteksi dan peralatan lainnya yang menggunakan sumber arus DC, baik untuk unit pembangkit dalam keadaan normal maupun dalam keadaan darurat ( emergency ). Dalam instalasi sumber tegangan/arus searah (direct current, DC) meliputi charger, baterai dan perlengkapan lainnya seperti: panel-panel panel kontrol, instalasi/pengawatan listrik, meter-meter, meter, dan indikator.
1.2.
Tujuan Pelaksanaan Adapun tujuan dari Kerja Praktek ini adalah meliputi beberapa pa hal diantaranya a. Mengetahui prinsip kerja sistem DC Power pada gardu induk 150 KV srondol UPT Semarang. b. Mengetahui bagian-bagian bagian dari sistem sistem DC Power beserta fungsinya. 1.3
Pembatasan Masalah Laporan Kerja Praktek ini membahas mengenai prinsip kerja sistem tem DC Power dan bagian-bagiannya yang meliputi charger/rectifier, baterai,, dan perlengkapan
Gambar 1 Diagram Sederhana Instalasi Sistem DC
1
Sumber Instalasi DC Power dipasok oleh rectifier atau charger baik dari sumber 3 phase maupun 1 phase yang dihubungkan dengan baterai dengan kapasitas tertentu sesuai kebutuhan dan tingkat kepentingannya. Kapasitas baterai biasanya disesuaikan dengan kebutuhan yang ada pada Gardu Induk itu sendiri. 1.1
III.
Rectifier ( Charger )
Charger sering juga disebut Converter adalah suatu rangkaian peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik bolak balik Alternating Current (AC) menjadi arus listrik searah Direct Current (DC).
Penggunaan Sistem DC Power
Sistem DC Power pada Gardu Induk digunakan untuk mensuplai tenaga listrik ke peralatan-peralatan yang menggunakan arus searah, seperti:
Gambar 2 Prinsip Charger atau Rectifier
3.1
Jenis Charger atau Rectifier Jenis charger atau rectifier ada 2 (dua) macam sesuai sumber tegangannya yaitu : Rectifier 1 ( Satu ) Fasa Yang dimaksud dengan rectifier 1 fasa adalah rectifier yang rangkaian inputnya menggunakan AC suplai 1 fasa. Rectifier 3 ( Tiga ) Fasa. Yang dimaksud dengan rectifier 3 ( tiga ) fasa adalah rectifier yang rangkaian inputnya menggunakan AC suplai 3 fasa.
1. Sumber tenaga motor-motor untuk PMT, PMS, tap changer , trafo tenaga dan sebagainya. 2. Sumber tenaga untuk alat-alat kontrol , tanda-tanda isyarat ( signal dan alarm) 3. Tenaga untuk peralatan telekomunikasi (PLC) 4. Tenaga untuk penerangan darurat 5. Tenaga untuk relay proteksi 2.2
Instalasi Sistem DC Power Instalasi sistem DC power suatu Gardu Induk berfungsi untuk menyalurkan suplai DC yang dipasok oleh rectifier atau charger tiga fasa maupun satu fasa yang dihubungkan dengan satu atau dua set baterai. Terdapat 2 (dua) jenis instalasi atau suplai DC power yang digunakan di Gardu Induk, antara lain: • Instalasi Sistem DC Power 110 Volt • Instalasi Sistem DC Power 48 Volt
3.2
Prinsip Kerja Charger Sumber tegangan AC baik yang 1 fasa maupun 3 fasa yang masuk terminal input trafo stepdown dari tegangan 380V/220V menjadi tegangan 110V kemudian oleh diode penyearah / thyristor arus bolak balik ( AC ) tersebut dirubah menjadi arus searah dengan ripple atau gelombang DC tertentu. Kemudian untuk memperbaiki ripple atau gelombang DC yang terjadi diperlukan suatu rangkaian penyaring ( filter) yang dipasang sebelum terminal output.
2.2.1 Instalasi Sistem DC Power 110 Volt Instalasi DC power dengan sumber tegangan 110 Volt ini dipasok dari charger yang dihubungkan dengan baterai pada panel DC. Dari panel DC ini digunakan untuk mensuplai kebutuhan operasi relai, Motormotor DC, dan kontrol pada Gardu Induk.
3.3 Bagian-bagian Charger Charger yang digunakan pada Gardu Induk terdiri dari beberapa peralatan antara lain adalah : 1. Trafo utama Trafo utama yang terpasang di rectifier merupakan trafo Step-Down (penurun tegangan) dari tegangan AC 220/380 Volt menjadi AC 110V. 2. Penyearah / Diode Diode merupakan suatu bahan semi konduktor yang berfungsi merubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Mempunyai
2.2.2 Instalasi Sistem DC Power 48 Volt Instalasi DC power dengan sumber tegangan 48 Volt ini dipasok dari charger yang dihubungkan dengan baterai pada panel DC. Dari panel DC ini digunakan untuk mensuplai kebutuhan SCADATEL.
2
2 (dua) terminal yaitu terminal positif (Anode) dan terminal negatif (Katode).
Gambar 3 Simbol Dioda
3.
Thyristor Suatu bahan semikonduktor seperti diode yang dilengkapi dengan satu terminal kontrol, Thyristor berfungsi untuk merubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Konfigurasi Penyerah ada beberapa macam antara lain : 1. Penyearah Diode ½ Gelombang ( Half Wave ) 1 fase
Gambar 7 Penyearah Diode Gelombang Penuh 3 fase
5. Penyearah Dengan thyristor Penyearah dengan thyristor inilah yang banyak dipakai untuk rectifier-rectifier yang bisa dikontrol besar tegangan dan arus outputnya Gambar 4 Penyearah Diode ½ Gelombang ( Half Wave ) 1 fase
3.4
Automatic Voltage Regulator (AVR) Automatic Voltage Regulator yang terpasang pada rectifier atau charger adalah merupakan suatu rangkaian yang terdiri dari komponen elektronik yang berfungsi untuk memberikan trigger positif pada gate thyristor sehingga pengaturan arus maupun tegangan output suatu rectifier bisa dilakukan sedemikian rupa sehingga pengendalian arus pengisian ke baterai bisa disesuaikan dengan arus kapasitas baterai yang terpasang.
2. Penyearah Diode Gelombang Penuh dengan Center Tap ( Full Wave ) 1 fase
3.5
Rangkaian Voltage Dropper Rangkaian dropper ini terdiri dari beberapa diode Silicone atau Germanium yang dirangkai secara seri sebanyak beberapa buah sesuai dengan berapa Volt DC yang akan didrop. Sebagai contoh bila kenaikan tegangan Equalizing mencapai 135 V sedangkan tegangan beban harus 122 V, maka tegangan yang didrop sebesar 135 V - 122 V= 13 V Dc, maka diperlukan diode sebanyak 13 : 0.8 V = 16,25 ataudibulatkan ± 17 buah. Biasanya setiap diode mampu menurunkan(drop) tegangan sebesar antara 0.8–0.9 vd
Gambar 5 Penyearah Diode Gelombang Penuh dengan Center Tap
3. Penyearah Diode Gelombang Penuh ( Full Wave Bridge ) 1 fase
Gambar 6 Penyearah Diode Gelombang Penuh
3.6
Rangkaian Proteksi Tegangan Surja Hubung Alat ini merupakan rangkaian kontrol yang terdiri dari sebuah timer AC 220V dan 2
4. Penyearah Diode Gelombang Penuh 3 fase 3
• Proteksi • Penerangan darurat • Sumber tenaga DC motor PMT, PMS
buah kontaktor, tirner sebagai sensor dan sekaligus sebagai penunda waktu masuknya sumber AC 3 fasa 380 V ke input rectifier hingga beberapa detik sampai tegangan surja hubung hilang atau unit normal kembali.
2. Kapasitas dengan harga tinggi Baterai ini mempunyai kapasitas 235 Ah sampai 450 Ah dengan lama pengosongan 5 jam pada suhu 25ºC. Baterai ini dapat digunakan sebagai sumber DC untuk : • Menjalankan motor listrik • Penerangan darurat
3.7
Alarm Unit Alarm Unit adalah Suatu rangakain elektronik yang berfungsi memberikan informasi ketika terjadi kondisi abnormal pada sistem kerja charger. IV. Baterai Bateri merupakan suatu alat yang menghasilkan energi listrik dengan proses reaksi kimia. Baterai dapat berupa susunan beberapa sel atau satu sel saja. Tiap sel dari baterai terdiri dari elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif atau katoda, dan larutan elektrolit.
4.1.2 Menurut Bahan Elektrolit Menurut bahan elektrolit baterai dapat dibedakan : • Baterai alkali (alkaline storage baterai) bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (potassium hydroxide/KOH). • Baterai Timah Hitam (Lead Acid Storage battery), bahan elektrolitnya larutan asam belerang (H2SO4). . 4.2 Kuantitas Elektrik Baterai Besarnya kapasitas energi yang tersimpan pada sel baterai ditentukan oleh bahan rangka pembungkus sel, banyaknya material aktif (elektroda) dan larutan elektrolit. Pada baterai umumnya biasa dinyatakan dalam Cx , C adalah kapasitas baterai dan x adalah waktu selama pengisian atau pengosongan. Kapasitas baterai berpengaruh terhadap kerja baterai itu sendiri.
Gambar 8 Bentuk Sederhana Sel Baterai
4.1 Klasifikasi Baterai 4.1.1 Menurut Kapasitas Baterai Kapasitas baterai dinyatakan sebagai kemampuan baterai untuk memberikan arus listrik, dengan tegangan pada waktu tertentu yang dinyatakan dalam Ampere-Hour (Ah). Kapasitas baterai dapat dirumuskan sebagai berikut : C=Ixt dengan : C = Kapasitas baterai (Ah)
4.2.1 Efisiensi baterai Efisiensi baterai dinyatakan sebagai perbandingan antar kapasitas pengosongan dengan kapasitas pengisian, sehingga dapat dirumuskan: ݀ܥ = ݔ100% ݏܥ
I = Arus pengujian (A)
4.2.2 Berat jenis elektrolit Berat jenis elektrolit akan sangat mempengaruhi kapasitas suatu baterai. Semakin tinggi berat jenis elektrolit akan membuat tahanan listrik makin rendah sehingga tegangan sel dapat dipertahankan. Pengaruh tingginya berat jenis elektrolit adalah antara lain : • Kapasitas semakin besar • Umur pemakaian relatif pendek
t = Waktu pengujian (hour) Berdasarkan kapasitasnya suatu baterai dibedakan menjadi dua macam, yaitu : 1. Kapasitas dengan harga rendah/menengah Besarnya kapasitas baterai sampai 235Ah, dengan lama pengosongan selama 8 jam pada suhu 25ºC. Baterai ini dapat digunakan sebagai sumber searah DC untuk : • Alat kontrol , tanda-tanda isyarat • Telekominikasi 4
Sedangkan pengaruh dari rendahnya berat jenis elektrolit antara lain : • Kapasitas berkurang • Umur pemakaian lebih lama
4.3 Bagian-bagian Utama Baterai
4.2.3 Tahanan elektrik baterai Besarnya tahanan listrik dari baterai dapat ditentukan dengan menggunakan rumus : ܴ= dengan : ூ V = Tegangan uji (Volt) I = Arus Pengujian (A) R = Tahanan listrik (Ohm) 4.2.4 Muatan elektrik Kuantitas dasar dari substansi elektris disebut juga muatan listrik. Muatan listrik disimbolkan dengan Q dan satuannya dinyatakan dalam Coulomb. Untuk baterai, muatan listrik (Q) dapat dianalogikan dengan kapasitas baterai (C) karena Q adalah muatan listrik yang terkandung pada benda saat terjadi aliran arus listrik dalam satu detik. Q = I x t ( hour ) x 3600 Karena Q ≈ C maka kapasitas baterai dapat juga dinyatakan dengan : Q = I x t ( hour ) x 3600 dengan : Q = Muatan listrik (Coulomb) I = Arus pengujian T = Waktu uji (jam) C = Kapasitas baterai (Ah)
Gambar 9 Bagian-bagian Utama Baterai
1. Elektroda Tiap sel baterai terdiri dari 2 (dua) macam elektroda, yaitu elektroda positif (+) dan elektroda negatif (-) yang direndam dalam suatu larutan kimia (gambar 8). Elektroda-elektroda positif dan negatif terdiri dari: • Grid, adalah suatu rangka besi atau fiber sebagai tempat material aktif. • Material Aktif, adalah suatu material yang bereaksi secara kimia untuk menghasilkan energi listrik pada waktu pengosongan (discharge).
4.2.5 Energi listrik Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja sehingga kuantitas untuk energi sama dengan kerja. Besarnya energi listrik dapat dirumuskan : W=VxQ dengan : W = Energi listrik (Joule) V = Tegangan uji (Volt) Q = Muatan listrik (Coulomb)
2. Elektrolit Elektrolit adalah Cairan atau larutan senyawa yang dapat menghantarkanarus listrik, karena larutan tersebut dapat menghasilkan muatan listrik positif dan negatif. Bagian yang bermuatan positif disebut ion positif dan bagian yangbermuatan negatif disebut ion negatif. 3. Sel Baterai Sesuai dengan jenis bahan bejana (container) yang digunakan terdiri dari 2 (dua) macam: a. Steel Container b. Plastic Container
4.2.5 Daya lsitrik Daya didefinisikan sebagai besarnya perkalian dari tegangan dengan arus yang mengalir pada waktu pengujian. Daya yang dihasilkan oleh baterai dapat dirumuskan dengan : P=VxI dengan : P = Daya listrik (Watt) V = Tegangan uji (Volt) I = Arus pengujian (A)
4. Steel Container Sel baterai dengan bejana (container) terbuat dari steel ditempatkan dalam rak kayu, hal ini untuk menghindari terjadi hubung 5
singkat antar sel baterai atau hubung tanah antara sel baterai dengan rak baterai.
1.
5. Plastic container Sel baterai dengan bejana (container) terbuat dari plastik ditempatkan dalam rak besi yang diisolasi, hal ini untuk menghindar terjadi hubung singkat antar sel baterai atau hubung tanah antara sel baterai dengan rak baterai apabila terjadi kerusakan atau kebocoran elektrolit baterai.
2.
4.4 Pengujian Kapasitas Baterai Kapasitas suatu baterai adalah besarnya arus listrik (Ampere) baterai yang dapat disuplai atau dialirkan ke suatu rangkaian luar atau beban dalam jangka waktu (jam) tertentu, untuk memberikan tegangan tertentu. Kapasitas batere (Ah) dinyatakan sebagai berikut: C=Ixt dimana : C = Kapasitas baterai (Ah) I = Arus pengujian (A) t = Waktu pengujian (hour)
3.
4.
Spesifikasi Baterai : • Batery : 48 V / 38 CELL / 180 AH • Type : FNC 209L/180 AH • Alat Uji : BTS-WA • Year : 1998 Pengujian kapasitas baterai dengan pengaturan sebagai berikut : • I max : 0,2 x C = 0,2 x 180 = 36 A • Teg max : 1,7 x 38 = 64,6 Volt • Suhu max : 36ºC • BJ Electrolite tiap sel : 1,9 kg/cm • Suhu ruangan : 31 ºC • Suhu Elektrolite : 39 ºC Hasil pengujian : • Kapasitas baterai ( C ) = I x t = 36 x 4,2 = 151 Ah atau 83,8 % Standar Kapasitas Baterai baik : 80 % Baterai kurang baik : < 80%
Pada Gardu induk 150 kV Srondol merupakan jenis GI pasangan luar atau GI konvensional karena peralatan tegangan tingi (Trafo, PMT, PMS, dan sebagainya) berada di luar gedung sedangkan peralatan kontrol berada di dalam Gedung. Setiap sistem peralatan listrik utama dilengkapi dengan sistem proteksi untuk mencegah terjadinya kerusakan pada peralatan pada sistem dan mempertahankan kestabilan sistem ketika terjadi gangguan, sehingga kontinuitas pelayanan dapat dipertahankan. DC Power adalah alat bantu utama yang sangat diperlukan sebagai suplai arus searah (direct current) yang digunakan untuk peralatan-peralatan kontrol, peralatan proteksi dan peralatan lainnya yang menggunakan sumber arus DC, baik untuk Gardu Induk dalam keadaan normal maupun dalam keadaan darurat (emergency). Instalasi sumber tegangan/ arus searah (direct current, DC) meliputi charger, baterai, dan perlengkapan lainnya seperti : panel-panel kontrol, instalasi / pengawatan listrik, meter-meter, dan indikator. DAFTAR PUSTAKA
[1] Pedoman Pemeliharaan Gardu Induk 150 Kv PT PLN ( Persero) UPT Semarang [2] Tim.1999.Pengoperasian Buku Pedoman Pemeliharaan Batere Gardu Induk.Jakarta [3] Tim.2005.Panduan Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Sistem Suplai AC/DC.Jakarta [4] Buku Petunjuk Batasan Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik : Porteksi dan Kontrol Penghantar ( No. Dokumen : 15-22/HARLUR-PST/2009) [5] Buku Petunjuk Batasan Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik :Proteksi dan Kontrol Trafo ( No. Dokumen : HARLUR-PST/2009)
V. Penutup 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat saya ambil dari kerja praktek yang telah saya laksanakan di PT PLN ( PERSERO) UPT Semarang adalah : 6
7
