Makalah Seminar Kerja Praktek BATERAI SEBAGAI SUPLAI TEGANGAN DC PADA GARDU INDUK 150 KV SRONDOL PT PLN (PERSERO) UPT SEMARANG Oleh : Agiel Triyadiputra – L2F 007 004 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia e-mail :
[email protected] ABSTRAK Sumber daya DC pada suatu gardu induk memiliki 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. Baterai ini berfungsi untuk memberikan daya DC bagi rele, motor penggerak pada PMS dan PMT, serta untuk mensuplai daya yang digunakan untuk peralatan telekomunikasi. Untuk menjaga agar peralatan seprti rele, motor penggerak PMS maupun PMT bergerak serta peralatan telekomunikasi tetap berfungsi, maka baterai harus bisa mensuplai daya ke peralatan tersebut meski dalam keadaan tanpa charger maupun dalam keadaan blackout. Sehingga baterai juga mempunya peranan pentng daalam sistem tenaga listrik Dalam kerja praktek ini, penulis bertujuan untuk memahami dan mengetahui bagian-bagian serta cara pemeliharaan dari baterai tegangan 48 V dan 110 V pada gardu induk 150 KV srondol UPT Semarang. Dengan laporan ini diharapkan ,para pembaca dapat belajar jenis baterai yang bekerja pada switchgear dan mengetahui fungsi masing-masing baterai sesuai dengan kapasitasna. Kata kunci: Baterai, Pemeliharaan, Peralatan DC
I. Pendahuluan 1.1 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. Baterai ini berfungsi untuk memberikan daya DC bagi rele, motor penggerak pada PMS dan PMT, serta untuk mensuplai daya yang digunakan untuk peralatan telekomunikasi. 1.2. Tujuan Pelaksanaan Adapun tujuan dari Kerja Praktek ini adalah meliputi beberapa hal diantaranya a. Mengetahui prinsip kerja baterai yang digunakan pada gardu induk 150 KV srondol UPT Semarang. b. Mengetahui bagian-bagian baterai beserta fungsinya. c. Mengetahui cara pemeliharaan baterai pada gardu induk 150 KV srondol UPT Semarang. 1.3 Pembatasan Masalah Laporan Kerja Praktek ini membahas mengenai baterai yang akan dijelaskan lebih dalam tentang bagian-bagian baterai beserta fungsinya dan klasifikasi baterai pada pada gardu induk 150 KV UPT Semarang. II. Baterai Bateri merupakan
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. Jenis elektroda dan elektrolit pada baterai tergantung dari pabrik yang memproduksi baterai tersebut. Baterai digunakan sebagai sumber penghasil arus searah atau DC. Di gardu-gardu induk maupun pusat-pusat pembangkit tenaga listrik baterai ini berfungsi sebagai: 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 Gambar di bawah menunjukkan susunan dasar suatu baterai:
Gambar 1 Susunan dasar suatu baterai
suatu
alat
yang
2.1 Klasifikasi Baterai 2.1.1 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) I = Arus pengujian (A) t = Waktu pengujian (hour) Kapasitas baterai ditentukan dengan memperhitungkan semua faktor yang menyangkut penurunannya selama dipakai, perubahannya terhadap perubahan suhu dan jatuh tegangan, keperluan kapasitas yang diperlukan dengan memperkirakan beban terus-menerus dan beban terputus-putus (continous and intermittent load) yang harus dilayani selama terputusnya pelayanan normal, serta lamanya pemutusan pelayanan. 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 Proteksi Penerangan darurat Sumber tenaga DC motor PMT, PMS 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 2.1.2 Menurut Bahan Elektrolit Menurut bahan elektrolit baterai dapat dibedakan : 1. Baterai alkali (alkaline storage baterai) bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (potassium hydroxide/KOH). Beterai alkali ada 2 macam :
2.
Nickel-Iron Alkaline storage battery (Ni-Fe battery). Nickel-Cadmium battery (Ni-Cd battery). Baterai Timah Hitam (Lead Acid Storage battery), bahan elektrolitnya larutan asam belerang (H2SO4). Baterai timah hitam ada 2 macam:
Lead-antimony
Lead-calcium
Beberapa keuntungan baterai Alkali dibanding dengan Timah hitam : 1. Lebih tahan terhadap goncangan. 2. Cukup tahan terhadap arus pengisian yang besar atau bila terjadi arus hubung singkat. 3. Tidak ada proses penggaraman. 4. Tidak mengeluarkan gas yang menyebabkan korosi. 5. Perubahan kapasitas akibat pengosongan kecil. 2.2 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. 2.2.1 Efisiensi baterai Efisiensi baterai dinyatakan sebagai perbandingan antar kapasitas pengosongan dengan kapasitas pengisian, sehingga dapat dirumuskan:
η
Cd x 100% Cc
Karena
QC
maka kapasitas baterai dapat juga dinyatakan dengan :
C I x t (hour) x 3600
dengan : Q I T C
Gambar 2 Grafik Hubungan Efisiensi Terhadap Waktu Pengisian
2.2.2 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 Sedangkan pengaruh dari rendahnya berat jenis elektrolit antara lain : Kapasitas berkurang Umur pemakaian lebih lama 2.2.3 Tahanan elektrik baterai Besarnya tahanan listrik dari baterai dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :
R
V I
dengan : V = Tegangan uji (Volt) I = Arus Pengujian (A) R = Tahanan listrik (Ohm) 2.2.4 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
= Muatan listrik (Coulomb) = Arus pengujian = Waktu uji (jam) = Kapasitas baterai (Ah)
2.2.5 Energi listrik Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja sehingga kuantitas untuk energi sama dengan kerja. Besarnya energi listrik dapat dirumuskan :
WVxQ
dengan : W = Energi listrik (Joule) V = Tegangan uji (Volt) Q = Muatan listrik (Coulomb) 2.2.5 Daya lsitrik Daya didefinisikan sebagai besarnya perkalian dari tegangan dengan arus yang mengalir pada waktu pengujian. Daya yang dihasilkan oleh baterai dapat dirumuskan dengan :
PVxI
dengan : P = Daya listrik (Watt) V = Tegangan uji (Volt) I = Arus pengujian (A)
2.3
Rangkaian Baterai dan Pengisian Baterai Untuk memberikan arus listrik pengisian (charging current) pada baterai diperlukan suatu sumber listrik arus-searah (DC). Sumber arus-searah ini didapatkan dari penyearah (rectifier) atau pengisian baterai (baterai charger). Alat pengisi baterai ini harus dihubungkan ke baterai dengan hubungan kutub-kutub yang sama. Pada rangkaian kerja baterai ini penyearah (rectifier) digunakan pada rangkaian normal yang dihubungkan ke beban, sedangkan pengisi baterai (battery charger) digunakan untuk mengisi baterai dan juga mensupply beban.
Macam kerja rangkaian baterai dengan penyearah (rectifier), dapat dibagi dalam beberapa bagian : 2.3.1 Sistem sederhana (simple system) Baterai selalau dihubungkan dengan pengisi baterai (charger) dalam pengisian pemeliharaan. Baterai hanya sewaktu-waktu dihubungkan ke beban, misalnya untuk start motor lsitrik (engine starting).
Pada sistem ganda ini terdapat 2 (dua) buah pengisi baterai (battery charger) yang dihubungkan dengan ke-2 (dua) unti baterai. Disini beban baterai dapat disupply dengan menggunakan 2 (dua) unti baterai atau
salah satu unit baterai. Gambar 6 Sistem ganda (duplicate system)
Gambar 3 Sistem sederhana (simple system)
2.3.2 Sistem cadangan (standby system) Pada operasi kerja normal beban langsung dihubungkan dengan penyearah (rectifer), dan baterai dihubungkan dengan pengisi baterai (battery charger) dalam pengisian pemeliharaan, maka bila sumber AC terganggu, secara otomatis beban akan terhubung ke baterai. Sistem ini umumnya digunakan untuk lampu-lampu darurat.
Gambar 4 Sistem cadangan (standby system)
2.3.3 Sistem terapung (floating system) Pada operasi kerja normal beban terhubung ke pengisi baterai (battery charger) dan baterai, maka bila sumber arus-searah (DC) dari pengisi baterai terganggu, beban langsung akan di-supply dari baterai.
Gambar 5 Sistem terapung (floating system)
2. Sistem Ganda (duplicate system)
2.4 Pengisian ulang baterai yang beroperasi Setelah terjadi pengosongan/pemakaian (discharge) baterai perlu pengisian kembali/ulang. Macam-macam pengisian ulang tersebut adalah : 2.4.1 Cycle charging Pengisian dengan cara cycle-charging adalah emngisi (charging) kembali baterai setelah pengosongan (discharge) sebagian atau pengosongan secara normal. Untuk pengisian cara ini biasanya dibutuhkan waktu antara 5 sampai 10 jam. Jika pengisian sudah penuh kemudian pengisian dihentikan, umumnya secara otomatis. Cara cycle-charging umumnya banyak digunakan pada baterai diesel ( electric industrial truck service). 2.4.2 Boost & quick charging Pengisian dengan cara boost & quick charging adalah untuk pengisian bateraio yang dipakai di pabrik-pabrik, juga untuk baterai diesel (industrial truck service) dimana diperlukan tambahan pengisian dalam periode yang singkat misalnya pada jam-jam istirahat. Pengisian cara ini cukup untuk pelayanan satu hari. Arus yang diberikan ke baterai tidak boleh melebihi harga ampere-jamnya. Untuk menjaga pengisian yang berlebihan dan arus yang terlalu besar, biasanya alat pengisi ini mempunyai automatic out-off yang mana memberhentikan pengisian pada waktu baterai mencapai suhu tinggi. 2.4.3 Floating charging Pengisian dengan cara ini, dimana baterai secara terus-menerus tersambung pada
rangkain luar (sumber AC), alat pengisi baterai (battery charge) dan beban. Alat pengisi baterai ini direncanakan untuk menjaga suatu tegangan konstan dari baterai yang tersambung ke beban. Besanya tegangan yang diberikan untuk mengalirkan arus untuk mengatasi kerugian dalam baterai dan menjaga baterai selalu dalam keadaan pengisian penuh (full-charge) adalah tetap (konstan), untuk : Baterai timah hitam : 2,18Volt/sel Baterai alkal: 1,40-1,42 Volt/sel Pengoperasian baterai secara pengisia terapung (floating charging) umumnya digunakan di gardu induk dan pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, dimana baterai dan alat pengisian baterai dihubungkan paralel dengan busbar umum dari supply arus searah (DC). 2.4.4 Equalizing charging Dalam sel-sel dari suatu baterai yang beroperasi dengan pengisian terapung (floating charge) akan selalu terjadi sedikit perbedaan (yang tidak dapat dihindarkan) dalam kondisi kimia (chemical condition) antara satu sel dengan sel yang lainnya. Equalizing charge dilaksanakan dengan cara menaikkan tegangan baterai sesuai dengan yang ditentukan dalam buku petunjuk masing-masing pabrik. Pengisian ini berlangsung sampai semua sel berhenti mengeluarkan gas (gas freely) dan pembacaan tegangan serta berat jenis elektrolitnya menunjukkan bahwa baterai telah diisi penuh (full charge) sesuai dengan harga yang ditentukan dalam petunjuk masing-masing pabrik.
2.4.5 Trickle charging Pengisian dengan cara trickle charging adalah pengisian baterai dengan arus konstan. Besarnya arus konstan dipilih untuk mendapatkan arus rata-rata yang dibutuhkan untuk mengisi baterai sampai penuh (full charge) dan ditambah arus kompensasi untuk melayani beban. Umumnya trickle charging digunakan pada baterai yang tidak terlalu sering terjadinya pengosongan (discharge) seperti pada mesin stationer yang besar dan startingturbin. Setelah terjadi pengosongan, maka diperlukan pengisian dengan arus tinggi (high
rate charging), untuk kapasitas baterai penuh.
mengembalikan
3. Konstruksi Baterai Untuk baterai alkali jenis Nickel Cadmium pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama, perbedaannya terletak pada merk, tipe, ukuran plat, jumlah plat dalam sel, jumlah sel dalam blok baterai. Gambar 7 Kontruksi Baterai Alkali NiCd merk
Hoppecke
Dalam sebuah sel baterai untuk merk Hoppecke terdiri atas : 1. Connector Cover Merupakan pelindung bago konektor baterai. Biasanya terbuat dari bahan plastik PVC 2. Flame Arresting Flip Top Venis Merupakan pelindung guna mencegah terjadinya loncatan listrik. Bahannya terbuat dari Polypropilene dan stainless steel. 3. Cell Container Bejana atau selimut dari sel baterai. Bahannya terbuat dari Polypropilene tembus pandang. 4. Splash Guard Pencegah percikan elektrolit dan hubung singkat oleh benda yang menyusup ke dalam sel 5. Plate Groups/Plate Tab Posisinya berada diantara ujung atas dan samping dari plat.
6. Plate Lempengan utama dari sel, biasanya terdiri atas dua lapis yang terbuat dari baja. 7. Plate Groups Bus Menghubungkan plate group/plate tab dengan terminal baterai. 8. Separating grids Memisahkan antar plat dan memisahkan plate frame satu dengan yang lainnya. Grid yang digunakan haruslah dapat dilewati sirkulasi elektrolit antar plat. 9. Plate frame Merupakan pembatas plat. IV. Pemeriksaan dan Pemeliharaan Baterai Pemeliharaan terhadap baterai tersebut bertujuan untuk menjaga agar baterai dapat selalu beroperasi dengan baik, sempurna dan sesuai dengan fungsinya . Dalam pemeliharaan baterai difokuskan pada 3 hal, yaitu : 1. Sel baterai 2. Rangkaian arus searah (DC circuit) 3. Ruangan baterai 4.1 Pelaksanaan Pemeliharaan a. Sel Baterai Sebagai langkah pelaksanaannya adalah : - Memeriksa semua sel dan bagian baterai apakah dalam keadaan bersih dan kering - Membersihkan sel dan bagian baterai jika terdapat kotoran dan benda asing lainnya. - Memeriksa lubang penguapan pada tiap tutup sel, apakah tertutup/tersumbat. - Memeriksa dan melakukan pengukuran tegangan pada setiap sel baterai (individual), dan mencatat hasil pengukuran tersebut. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang teliti, pengukuran dilakukan pada saat baterai dalam keadaan diisi (charge)/ - Memeriksa dan melakukan pengukuran berat jenis elektrolit pada setiap sel baterai. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang teliti, pengukuran dilakukan pada saat 15 menit seteleh selesai pengisian (charge) dan cairan elektrolit dalam keadaan tidak mengeluarkan gas. b. Rangkaian arus searah (DC circuit) Sebagai langkah pelaksanaannya adalah :
-
-
Memeriksa rangkain arus searah (DC circuit) misalnya sekring DC atau otomat DC apakah ada yang putus, dan mengganti jika ada yang putus. Mencatat tegangan, arus pengisian, dan arus beban sistem baterai setiap jam.
c. Ruangan baterai Pemeriksaan ruangan baterai dilakukan dengan cara : - Memeriksa suhu ruangan baterai apakah daam keadaan normal. - Memeriksa ventilasi ruangan baterai apakah udara dalam ruangan baterai bersirkulasi dengan udara luar. 4.2 Pengujian Kapasitas Baterai Pengisian arus baterai yang akan diuji hingga full charged I max : 0,2 x C= 0,2 x 275 = 55 A Tegangan max : 1,7 x 82= 139.4 V Suhu max : 36oC Pengujian / test kapasitas baterai dengan pengaturan sebagai berikut : Arus Discharged : 55 A Tegangan Discharged : 82 V BJ Electrolite tiap sel : 1,9Kg/Cm Suhu ruangan : 31oC Suhu Electrolite : 39oC Kapasitas baterai : 275 Ah Lama kapasitas = 275 / 55 = 5 jam V. Penutup 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat saya ambil dari kerja praktek yang telah saya laksanakan di PT PLN ( PERSERO) P3B REGION JAWA TENGAH DAN DIY UNIT PELAYANAN TRANSMISI SEMARANG adalah : 1. 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. 2. 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.
3. Baterai berfungsi sebagai suplai tegangan arus searah yang digunakan untuk menjalankan motor-motor yang berada pada PMS, PMT dan sebagai sumber tenaga bagi peralatan PLC yang berada di panel room. 4.
