42
BAB IV ANALISIS KINERJA GENERATOR DENGAN MENGGUNAKAN AVR
4.1
Pendahuluan Analisis kinerja generator dengan menggunakan Automatic
Voltage Regulator (AVR) dalam tugas akhir ini dilakukan pada generator set dengan kapasitas 1 MVA, 380 V, 3 Fasa. Inti sari dari uraian dalam bab ini adalah membuat perbandingan pengoperasian generator dengan dan tanpa menggunakan AVR. Tetapi untuk membatasi parameter
perbandingan,
fokus
yang
diamati
adalah
bagaimana
perubahan tegangan generator dengan atau tanpa AVR. Beberapa pengujian dilakukan pada generator eksisting antara lain pengujian beban nol dan hubung singkat untuk mengetahui parameter generator yang digunakan dan pengujian pembebanan generator dengan dan tanpa AVR. Hasil pengujian beban nol, hubung singkat, dan pembebanan mempunyai relasi yang tak dapat dipisahkan dalam menentukan kinerja generator. 4.2
Parameter Generator Parameter generator dapat dicari dengan melakukan pengujian beban
nol, hubung singkat dan injeksi tegangan DC pada belitan stator. Rangkaian pengujian dilukiskan dalam gambar 4.1. Bagaimana cara pengujian dan data Beserta proses pencarian parameter generator sehingga didapat suatu rangkaian pengganti generator yang akan diuji dijelaskan dalam sub-bab ini.
42
43
Gambar 4.1 Rangkaian Uji untuk mencari parameter generator
4.2.1 Pengujian Beban Nol Dengan menggunakan rangkaian uji pada gambar 4.1 dapat dilakukan pengujian beban nol untuk mengetahui karakteristik megnetisasi generator. Dalam pengujian ini abaikan generator pilot G1 dan G2, Gunakan catu daya DC variabel untuk memberikan tegangan medan pada G3. Terminal R,S,T,N dibiarkan terbuka (tanpa beban). Putaran diesel dijaga konstan pada 1000 rpm selama pengujian ini. Tegangan nominal sesuai papan nama generator dijadikan acuan untuk membatasi tegangan keluaran maksimum pada pengujian ini. Hasil pengukuran ditulis dalam table 4.1.
44
Tabel 4.1 Hasil pengujian beban nol Tegangan
Arus eksitasi I2
generator R-S 110
0,37
138
0,45
165
0,54
193
0,62
248
0,81
289
0,96
303
1,04
317
1,10
325
1,16
344
1,27
358
1,36
380
1,56
386
1,62
Dari tabel 4.1 hasil pengukuran beban nol di atas, dapat kita lihat bahwa untuk mencapai tegangan rating 380 volt diperlukan arus eksitas i sebesar 1,56 Ampere. Jika nilai table 4.1 diatas diplot
45
dalam bentuk grafik diperoleh karakteristik beban nol (karakteristik magnetisasi) dari generator yang digunakan. Tampak ketika arus medan dinaikkan tegangan keluaran naik sedikit saja (saturasi) saat mendekati nilai rating generator, sedangkan pada celah udara hubungan arus eksitasi dengan gaya gerak listrik (GGL) generator merupakan fungsi yang linier.
Gambar 4.2 Karakteristik beban nol
4.2.2 Pengujian Hubung Singkat Masih menggunakan rangkaian uji pada Gb.4.1 dapat dilakukan pengujian hubung singkat untuk mengetahui karakteristik hubung singkat generator. Mula-mula pastikan keluaran catu daya dc variabel untuk memberikan tegangan medan
pada
G3.
Terminal
RST
dihubung
singkat
dengan
menggunakan kabel secukupnya. Putaran diesel dijaga konstan pada 1000 rpm selama pengujian ini. Tegangan catu daya dc dinaikkan secara perlahan dan arus rating (1500 A) sesuai pelat nama generator dijadikan batas maksimum pengujian. Hasil pengujian
46
hubung singkat ditulis dalam table 4.2.
Tabel 4.2 Pengujian hubung singkat Arus Eksitasi
Arus Generator (Ig)
G3(ampere)
(Ampere)
0.89
446
1.56
780
2.67
1338
3.00
1500
3.20
1601
Dari tabel 4.2 hasil pengujian hubung singkat dapat kita lihat bahwa untuk arus eksitasi 1,56 Ampere didapat arus hubung singkat (I h s ) sebesar 780 Ampere. Jika nilai table 4.2 diatas diplot dalam bentuk grafik diperoleh karakteristik hubung singkat dari generator yang digunakan. Tampak hubungan arus eksitasi dengan arus hubung singkat generator merupakan fungsi yang linier. Dari pengujian beban nol dan hubung singkat akan didapat parameter generator yang digunakan.
47
Gambar 4.3 Karakteristik hubung singkat
4.2.3 Analisa Perhitungan Diketahui spesifikasi dari generator adalah : Kapasitas Daya : 1 MVA Tegangan kerja : 380 Volt. Jumlah Fasa : 3 Dengan berdasarkan data di atas dan dengan menggunakan persamaan 3.5, maka arus kerja generator dapat dihitung sebagai berikut :
= 1519,34 Ampere.
Untuk mengetahui jumlah arus hubung singkat (Ihs) sesuai analisa perhitungan diperlukan parameter tegangan induksi (Eo) dan Impedansi sinkron (Zs). Dengan
48
memperhatikan tabel 4.2 dan dengan menggunakan persamaan 3.2, maka nilai Zs / fasa dapat dihitung sebagai berikut :
Maka diperoleh :
Zs untuk 3 fasa = 1,44 Ohm
Untuk mengetahui nilai Eo, maka dengan menggunakan persamaan 3.4, besarnya Eo dapat dihitung sebagai berikut : : Eo = Vt + (Ig . Zs) Eo = 380 + (1519,34 . 0,48) Eo = 1109,28 Volt
Selanjutnya dengan menggunakan persamaan 3.2, maka Arus hubung singkat Ihs dapat di ketahui sebagai berikut :
Berdasarkan
perhitungan
diatas
diketahui
bahwa
hasil
perhitungan
didapatkan nilai Ihs sebesar 770,34 Ampere. Lalu dengan mengamati kembali table 4.2 didapat arus hubung singkat Ihs hasil pengujian adalah sebesar 780 Ampere. Di sini dapat dilihat bahwa nilai hasil perhitungan mendekati nilai hasil pengujian.
49
4.3
Pembebanan Generator Untuk dapat mengetahui kinerja generator dengan menggunakan
AVR,
sebelumnya
harus
dilakukan
pengujian
generator
tanpa
menggunakan AVR. Bagaimana cara melakukan pengujian pembebanan dan bagaimana data yang didapat diuraikan dalam sub-bab ini.
4.3.1 Pengujian Pembebanan Generator Tanpa AVR Rangkaian pengujian ditunjukkan dalam Gambar 4.5. Tampak dalam gambar tersebut catu daya dc variabel masih terpasang pada eksiter G3 dan beban terpasang pada terminal keluaran generator. Mula-mula Generator diputar dengan mesin diesel sebagai penggeraknya.
Gambar 4.5 Pembebanan generator tanpa AVR
Setelah mencapai putaran nominal (1000 rpm) dan selanjutnya putaran ini
50
dijaga konstan pada kondisi apapun dalam pengujian ini. Arus dc variabel diatur secara bertahap sampai tegangan rating generator (380V) diperoleh, selanjutnya tegangan keluaran dari dc variabel ini dibiarkan tetap (jangan pernah dinaikkan pada kondisi apapun) dalam setiap langkah dalam pengujian ini. Setelah itu beban dinaikkan secara bertahap, catat arus, tegangan dan daya keluaran generatornya. Hasil pengujian ditunjukkan pads table 4.3. Tampak dalam table penambahan arus beban generator akan membuat tegangan di terminal generator akan turun. Pengujian generator dihentikan ketika tegangan generator mencapai 351 Volt, ini karena relay under voltage generator bekerja. Tetapi karena dalam tugas akhir ini hanya ingin melihat kinerja penurunan tegangannya saja, maka data tersebut penulis anggap cukup untuk melakukan analisis. Tabel 4.3 Pengujian pembebanan generator tanpa AVR V
A
kW
380
0
0.0
374
19
10.1
369
34
17.8
365
48
24.9
360
64
32.7
351
94
46.8
51
Dari tabel 4.3 Hasil pengujian pembebanan generator tanpa AVR diketahui bahwa terjadi penurunan tegangan generator yang cukup segnifikan pada saat beban dinaikan. Analisa perhitungan dapat dijelaskan sebagai berikut : Pada saat beban nol tegangan terminal sama dengan tegangan induksi : Vt = Eo = 380 Volt
Pada saat beban dinaikan dengan arus sebesar 19 Ampere, maka tegangan terminal Vt dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.4 sebagai berikut : Vt = E – (Ig . Zs) Vt = 380 – (19 x 0,48) = 370,88 Volt Selanjutnya beban dinaikan lagi dengan arus sebesar 34 Ampere, maka nilai tegangan terminal Vt menjadi : Vt = E – (Ig . Zs) Vt = 380 – (34 x 0,48) = 363,68 Volt Pada pembebanan generator tanpa menggunakan AVR tegangan terminal turun sangat drastis karena arus eksitasi dibiarkan tetap sehingga GGL pun tidak berubah dan jatuh tegangan di belitan stator naik maka tegangan terminal akan turun dengan drastis. Dari hasil pengukuran didapat penurunan tegangan hingga mencapai 351 Volt dengan arus beban sebesar 94 Ampere. Jika data dalam table 4.3 penulis plot kedalam grafik maka akan terlihat hubungan antara tegangan terminal dengan arus generator seperti dilukiskan dalam gambar 4.6.
52
Gambar 4.6 Grafik Pengujian pembebanan generator tanpa AVR
4.3.2 Pengujian pembebanan Generator Dengan AVR Rangkaian pengujian ditunjukkan dalam Gambar 4.7. Tampak dalam gambar tersebut AVR terpasang pada eksiter G3. AVR tersebut mendapat masukan dari generator G2 dan keluarannya dimasukkan ke eksiter G3.
53
Gambar 4.7 Rangkaian pengujian pembebanan generator dengan AVR
Hasil pengujian ditunjukkan pads table 4.4. Tampak dalam table penambahan arus beban generator akan mengakibatkan
turunnya
tegangan generator dengan jumlah yang sangat sedikit. Pengujian generator dapat dilakukan sampai sekitar 500 kW karena relay under voltage generator masih diatas rating settingnya.
54
Tabel 4.4 Pengujian pembebanan generator dengan AVR v
A
Kw
380.0
0
0.0
378.0
300
160.7
377.4
388
207.7
376.7
476
254.6
376.4
494
263.9
376.1
512
233.1
376.1
530
282.5
375.5
547
291.5
374,6
671
356.5
374.4
706
375.2
373.4
759
402.2
372.8
812
429.7
372.3
830
438.5
372.1
866
456.9
371.3
936
493.2
370.6
1007
529.4
Dari tabel 4.4 Hasil pengujian pembebanan generator dengan menggunakan AVR diketahui bahwa tegangan terminal Vt relatif konstan pada saat beban dinaikan. Analisa perhitungan dapat dijelaskan sebagai berikut : Pada saat beban nol tegangan terminal sama dengan tegangan induksi :
55
Vt = Eo = 380 Volt
Berdasarkan tabel 4.4, diketahui pada saat beban dinaikan dengan arus sebesar 300 Ampere, maka tegangan terminal Vt turun sedikit menjadi 378 Volt, dengan menggunakan persamaan 3.4 kenaikan tegangan induksi E dapat di hitung sebagai berikut : Vt = E – (Ig . Zs) E = Vt + (Ig . Zs) E = 378 + (300 x 0,48) E = 522 Volt. Selanjutnya beban dinaikan lagi dengan arus sebesar 388 Ampere, terlihat pada tabel 4.1 tegangan terminal Vt turun sedikit menjadi 377,4 Volt (penurunan 0,6 Volt), maka perubahan kenaikan tegangan GGL (E) bisa dihitung sebagai berikut : Vt = E – (Ig . Zs) E = Vt + (Ig . Zs) E = 377,4 + (388 x 0,48) E = 563,64 Volt. Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa terjadi perubahan nilai GGL (E) ketika terjadi perubahan beban, perubahan nilai GGL (E) ini dapat mengkonpensasi jatuh tegangan pada generator pada saat beban dinaikan. Jika table 4.4 diplot untuk dibuat grafik maka akan diperoleh grafik pembebanan generator dengan menggunakan AVR seperti dilukiskan dalam Gambar 4.8.
56
Gambar 4.8 Grarik Pengujian pembebanan generator dengan AVR Dari gambar grafik diatas tampak bahwa regulasi tegangan AVR berkisar antara. 380 sampai dengan 370 Volt saja.
4.4
Analisis Kinerja Generator Dalam tugas akhir ini penulis membatasi permasalahan hanya pada kinerja
regulasi tegangannya saja. Dari semua pengujian yang dilakukan diatas dapat diperoleh bagaimana kinerja generator dengan atau tanpa menggunakan AVR. Karena kedua pengujian tidak menggunakan daya keluaran generator yang sama, akibat dari permasalahan relay under voltage, maka dalam tugas akhir ini diambil metode pendekatan dengan melakukan plotter pada pengujian tanpa AVR dengan menarik garis linearnya sehingga mendekati nilai daya keluaran pada pembebanan dengan AVR. Hasil perbandingan kedua pembebanan
tersebut
diperoleh
pada
grafik
4.9
yang
merupakan
perbandingan pembebanan dengan dan tanpa menggunakan AVR.
57
Gambar 4.9 Grafik perbandingan kinerja generator dengan dan tanpa AVR Dari tabel diatas kita bisa mengamati mengapa menggunakan AVR tegangan pada terminal generator lebih stabil dibandingkan dengan tanpa menggunakan AVR. Pada kondisi pembebanan ada arus yang mengalir pada stator generator sehingga tegangan pada terminal generator akan turun. Tegangan terminal dapat kembali naik jika arus eksitasi dinaikkan sehingga GGL akan naik sehingga dapat mengkompensasi jatuh tegangan (Ig x Zs) pada belitan stator. Dari pengujian dan analisis diatas terbukti penggunaan AVR dapat menjaga tegangan keluaran generator relatif konstan (penurunannya kurang dari 5% lihat tabel 4.4) dibandingkan tanpa menggunakan AVR (penurunannya dapat lebih dari 70%, Lihat tabel 4.3). sehingga dengan menggunakan
AVR
dapat
disebut
dibandingkan tanpa menggunakan AVR.
kinerja
generator
jadi
meningkat
