PERANCANGAN SISTEM EMERGENCY GENSET PADA KAPAL
I. Pendahuluan I.1. Latar Belakang Kondisi Black Out adalah kondisi dimana sumber tenaga penggerak utama, permesinan bantu, dan peralatan lainnya pada kapal tidak beroperasi karena tidak adanya pasokan listrik yang disebabkan oleh kegagalan pada sistem kelistrikan. Apabila Black Out terjadi pada kapal, maka harus disiapkan sebuah sistem kelistrikan yang mampu memasok listrik ke peralatan-peralatan krusial pada kapal. Untuk meningkatkan nilai keselamatan, sistem ini dibuat aktis secara otomatis agar kapal tidak berada dalam kondisi Black Out dalam waktu yang lama. I.2. Perumusan Masalah Peralatan apa sajakah yang harus tetap dapat digunakan pada saat keadaan emergency/darurat? Berapakah besarnya daya listrik yang diperlukan pada saat kondisi emergency/darurat? Bagaimanakah sistem pengaktifan emergency genset pada kapal saat ini? Komponen apa sajakah yang perlu ditambahkan pada instalasi kelistrikan yang telah ada pada kapal agar sistem otomatisasi emergency genset dapat diterapkan?
I.3. Batasan Masalah Beban listrik yang dihitung adalah beban listrik yang hanya berasal dari peralatan yang harus tetap beroperasi pada keadaan darurat/emergency. yang dilakukan Perancangan terbatas pada kapal yang menggunakan genset sebagai sumber pasokan kebutuhan listrik pada keadaan darurat (ESEP). I.4. Tujuan Untuk menentukan peralatan apa saja yang harus tetap dapat digunakan pada saat keadaan emergency/darurat. Untuk Menghitung besarnya daya listrik yang diperlukan pada saat kondisi emergency/darurat Untuk merancang sebuah instalasi kelistrikan untuk sistem otomatisasi emergency genset pada kapal. Untuk menganalisa komponen apa sajakah yang perlu ditambahkan pada instalasi kelistrikan yang telah ada pada kapal agar sistem otomatisasi emergency genset dapat diterapkan II. Tinjauan Pustaka II.1. Generator Generator adalah mesin listrik yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip induksi magnet. Yang dimaksud dengan
prinsip induksi magnet adalah saat sebuah konduktor digerakkan pada medan magnet sehingga gerakan konduktor memotong flux magnetik, maka pada konduktor akan timbul tegangan. Sehingga listrik yg timbul dalam siklus: positif-nol-negatif-nol (AC). Generator DC membalik arah arus saat tegangan negatif, menggunakan mekanisme cincin-belah, sehingga hasilnya jadi siklus: positif-nol-positif-nol (DC). Pada kapal biasanya digunakan generator AC atau lebih dikenal dengan istilah alternator. Baik pada generator DC maupun AC, konstruksi dasarnya berupa konduktor sebagai penghasil tegangan dan sebuah bagian yang menghasilkan medan magnet. Sebagai representasi dari kedua bagian tersebut, setiap generator pasti memiliki rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang berputar dan stator merupakan bagian yang diam. Pada generator DC, penghasil tegangan adalah rotor sedangkan pada generator AC, baik rotor maupun stator dapat menghasilkan tegangan. Untuk Generator AC dengan rotor sebagai penghasil tegangan, konstruksi hampir sama dengan generator DC hanya saja tegangan yang dihasilkan tidak disearahkan dengan komutator melainkan langsung dialirkan melalui slipring dan arus penguat dialirkan menuju bagian stator. Generator dengan tipe seperti ini biasanya digunakan untuk memasok kebutuhan listrik yang tidak besar. Untuk generator AC dengan stator sebagai penghasil tegangan, arus penguat dialirkan menuju rotor sehingga saat rotor berputar, terjadi medan putar. Keuntungan sistem ini adalah tegangan yang dihasilkan dapat langsung dihubungkan dengan beban listrik dan dapat mengurangi resiko short
circuit karena tidak menggunakan slip ring ataupun sikat arang sebagai pengalir tegangan yang dihasilkan, karena slip sing dan sikat arang merupakan komponen yang sulit untuk diisolasi.
Gambar II.a : Generator AC dengan rotor sebagai penghasil tegangan
Gambar II.b : Generator AC dengan stator sebagai penghasil tegangan II.2. Generator Set Definisi Sesuai dengan prinsip kerja generator, yaitu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, maka diperlukan penggerak untuk memutar rotor generator. Sumber energi mekanik ini dapat berupa turbin uap, turbin air, ataupun motor diesel. Gabungan antara generator dengan penghasil energi mekaniknya disebut dengan generator set.
Proses Starting
Emergency genset merupakan generator cadangan yang dipergunakan hanya dalam keadaan darurat sehingga saat kapal berada dalam keadaan normalnya, genset akan
berada dalam keadaan stand by atau siap diaktifkan sewaktu-waktu. Dalam keadaan darurat, dibutuhkan proses starting genset yang cepat agar tersedia waktu yang cukup untuk melakukan perbaikan, pengaktifan kembali generator utama ataupun menghubungi pelabuhan terdekat untuk meminta bantuan pertolongan. Berbeda dengan generator utama yang menggunakan sistem udara bertekanan untuk proses starting, emergency menggunakan listrik untuk proses starting. Secara garis besar proses starting dibagi menjadi dua yaitu : a.
Preheating starting switch
Regulating switch
Battery
Dynamo
Starter 12 or Charging 24v control
Diagram II.a : komponen pada proses starting genset 1.
2.
3.
4.
b. Otomatis Proses pengaktifan ini dilakukan tanpa perlu ada operator yang mengaktifkan emergency genset dari panelnya. Sistem ini akan membaca keadaan gagalnya genset utama dengan membaca signal yang diolah oleh sebuah komponen yang biasa dikenal dengan genset controller. Saat genset utama mengalami kerusakan/gagal, genset controller akan membaca signal tersebut dan memulai proses pengaktifan emergency genset secara otomatis. Secara umum proses starting genset dapat dijelaskan melalui diagram berikut :
Glow plugs
DC
Manual
Yang dimaksud dengan manual adalah proses starting dengan sistem listrik namun operator harus menekan tombol pengaktifan yang terdapat pada panel emergency genset yang biasanya terletak terpisah dari panel genset utama. Proses manual dengan mengengkol crankshaft maupun camshaft dapat saja dilakukan namun terbatas pada genset dengan penggerak kecil karena keterbatasan tenaga manusia.
Glow control
5.
6.
7.
Sebuah battery akan memberikan arus listrik yang akan menutup preheating starting switch. Melalui glow control, glow plugs akan menaikkan temperature pengapian saat proses starting. Proses pre-heating ini memakan waktu sesuai dengan karakteristik dari engine. Proses ini dapat dipercepat dua kali lipat dengan menaikkan tegangan selama 50% dari waktu total proses preheating normal. Proses pre-heating ini merupakan proses untuk engine mencapai putaran pengapiannya dan temperatur tertentu. Kedua parameter ini tergantung dari karakteristik engine Listrik juga akan mengaktifkan starter yang berupa motor DC 12 atau 24 V yang terhubung dengan flywheel melalui sebuah magnet switch yang terdapat di dalam starter. Aliran listrik juga akan menutup regulating switch yang berfungsi mengatur fungsi berbeda dari control otomatis tenaga darurat. Saat regulating switch menutup, listrik mengalir hingga tegangan dynamo dan battery sama dan proses recharge battery pun berlangsung. Dinamo dapat digantikan apabila charger otomatis battery dan sebuah tachometer switch yang menutup pada
8.
saat putaran pembakaran tercapai, terpasang pada genset. Setelah kondisi preheating, genset sudah dapat diberikan beban.
Proses starting ini dapat dilakukan beberapa kali sesuai dengan yang dianjurkan oleh pembuat engine atau genset controller. Setelah jumlah maksimal starting tercapai, maka alarm peringatan akan berhenti dan engine harus di non-aktifkan. II.3. Black Out/Keadaan darurat pada kapal Black Out adalah kondisi dimana sumber tenaga penggerak utama, permesinan bantu, dan peralatan lainnya pada kapal tidak beroperasi karena tidak adanya pasokan listrik yang disebabkan oleh kegagalan pada sistem kelistrikan. Penyebab gagalnya sistem kelistrikan ini cukup banyak seperti genset utama mengalami kerusakan, peralatan sistem kontrol mengalami kerusakan, short circuit, dll. II.4.
Beban Listrik pada darurat/emergency
keadaan
SOLAS International Convention For The Safety Of Life At Sea (SOLAS) memberikan aturan mengenai instalasi kelistrikan pada kapal untuk keselamatan kapal, ABK, Penumpang, maupun muatan pada chapter II-1 Construction-Structure, sub division and stability, machinery and electrical installations part. D. Biro Klasifikasi Indonesia Biro Klasifikasi Indonesia memberikan aturan mengenai instalasi kelistrikan pada kapal untuk keselamatan kapal, ABK,
Penumpang, maupun muatan pada Volume IV. Rules for electrical installations. Dari kedua peraturan diatas dapat ditentukan peralatan yang harus tetap beroperasi pada keadaan darurat/emergency. Karena data yang diperoleh berasal dari kapal KRI. Tanjung Fatagar yang merupakan kapal angkut infanteri TNI maka sebagai acuan khusus perhitungan beban listrik pada keadaan darurat/emergency adalah section 14. Additional rules for passenger ship untuk BKI dan rules 42 untuk SOLAS. Peralatan-peralatan tersebut antara lain : 1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Lampu penerangan untuk daerah peluncuran sekoci, gangway dan tangga pada dek akomodasi, pada kamar mesin dan engine control room, pada ruang main switch board dan emercency switchboard, pada ruang steering gear, CO2 room, serta ruang penyimpanan perlengkapan pemadam kebakaran. Lampu navigasi Radio komunikasi Sistem alarm dan deteksi kebakaran Sistem alarm dan informasi Peralatan navigasi Automatic sprinkler pump Sistem pintu kedap air
Semua perlengkapan diatas harus mampu beroperasi selama 36 jam terkecuali pintu kedap air yang beroperasi selama 30 menit.
III. Metodologi III.1. Identifikasi dan perumusan masalah
Pada Tahap ini dilakukan pengidentifikasian dan perumusan masalah yang ada. Pada skripsi ini, permasalahan yang diambil adalah otomatisasi emergency genset pada kapal. III.2. Studi Literatur Studi literatur merupakan tahap dimana berbagai teori dasar mengenai penulisan skripsi ini dipelajari. Beberapa teori dasar seperti kelistrikan, rangkaian listrik dan komponen-komponennya, generator, hingga berbagai regulasi dan peraturan tentang sistem kelistrikan pada kapal dipelajari. Tujuannya adalah agar dalam merancang sistem otomatisasi emergency genset pada kapal sesuai dengan teori dasar dan berbagai peraturan. Referensi dalam tahap ini diambil dari buku, paper, internet, tutorial, spesifikasi serta manual book peralatan, dan sumber lainnya yang dapat mendukung bahasan skripsi ini. III.3. Pengambilan dan pengumpulan data Data yang diambil dan dikumpulkan pada skripsi ini berasal dari dua sumber, yaitu dari sebuah plant (Terminal LPG Semarang) dan kapal milik TNI AL, KRI Tanjung Fatagar – 974 sebagai contoh kapal. Data yang diperoleh dari plant adalah wiring diagram instalasi kelistrikan pada plant tersebut yang akan coba diterapkan pada sebuah kapal. Sedangkan data yang diperoleh dari kapal berupa : 1. 2. 3.
Ukuran utama kapal Spesifikasi Emergency Genset Kebutuhan Listrik pada keadaan darurat
III.4. Analisa data
Setelah data didapat dilakukan analisa terhadap data tersebut. Beberapa analisa yang dilakukan adalah penentuan perlengkapan yang tetap beroperasi pada keadaan emergency/darurat, perhitungan kebutuhan daya listrik pada keadaan emergency/darurat, pencocokkan kebutuhan daya listrik dengan daya yang mampu dihasilkan oleh genset, dan pencocokkan spesifikasi komponen sistem otomatisasi emergency genset pada plant dengan regulasi dan peraturan mengenai instalasi kelistrikan pada kapal. III.5. Perancangan Sistem Pada tahap ini dilakukan perancangan sistem otomatisasi emergency genset. Dari berbagai data yang telah dianalisa dapat dibuat suatu rancangan sistem otomatisasi dengan terlebih dahulu menentukan berbagai komponen yang harus terdapat dalam sistem tersebut. Perancangan ini harus dibuat disesuaikan dengan berbagai regulasi dan peraturan yang berlaku. III.6. Verifikasi Verifikasi merupakan tahap dimana rancangan sistem yang telah dibuat di periksa kembali, disesuaikan dengan regulasi dan peraturan yang berlaku agar tidak terjadi salah dalam merancang sistem. III.7. Kesimpulan dan Saran Langkah terakhir dalam penyusunan tugas akhir ini adalah membuat kesimpulan dari keseluruhan proses yang telah dilakukan sebelumnya serta memberikan jawaban atas permasalahan yang ada. Selanjutnya setelah membuat kesimpulan adalah memberikan saran berdasarkan hasil analisa untuk dijadikan dasar pada penelitian selanjutnya, baik terkait secara
langsung pada skripsi ini ataupun pada data-data dan metodologi yang nantinya akan direferensi.
Dimana : I = Arus Nominal (A)
IV. Pembahasan Perhitungan beban darurat/emergency
I=
listrik
Berdasarkan peraturan SOLAS chapter II1 Construction-Structure, sub division and stability, machinery and electrical installations part. D. rules 42 dan BKI Volume IV. Rules for electrical installations. section 14. Additional rules for passenger ship. Peralatan yang harus beroperasi pada keadaan darurat/emergency adalah :
1. Lampu penerangan untuk daerah peluncuran sekoci, gangway dan tangga pada dek akomodasi, pada kamar mesin dan engine control room, pada ruang main switch board dan emercency switchboard, pada ruang steering gear, CO2 room, serta ruang penyimpanan perlengkapan pemadam kebakaran. 2. Lampu navigasi 3. Radio komunikasi 4. Sistem alarm dan deteksi kebakaran 5. Sistem alarm dan informasi 6. Peralatan navigasi 7. Automatic sprinkler pump 8. Sistem pintu kedap air
V = Tegangan (Volt) P = Daya (kW) Cosθ = 0.8 Arus Start dapat dihitung dengan rumus : I start = I x 3 Setelah diketahui nilai arus nominal dan arus start, maka dapat dipilih kabel dan busbar yang sesuai dengan membaca tabel. Perancangan Sistem Emergency Genset.
Otomatisasi
Perancangan dilakukan dengan membuat single line diagram sistem otomatisasi emergency genset dan control diagram circuit breaker pada rancangan yang dibuat. Perancangan dilakukan dengan menggunakan software Microsoft Visio 2003 yang mendukung dalam pembuatan single line diagram dengan berbagai lambang komponen listrik. Berikut adalah tampilan Microsoft visio 2003 :
Pemilihan Kabel dan Busbar
Nilai arus nominal dapat diperoleh dengan menggunakan rumus : Untuk arus 1 phasa : I= Untuk arus 3 phasa
Berikut hasil perancangan dengan Microsoft Visio 2003 :
•
•
•
V. Kesimpulan • Besarnya beban listrik total pada kondisi darurat/emergency adalah
160.2545 kW. Hal ini sudah disesuaikan dengan peraturan SOLAS chapter II-1 Construction-Structure, sub division and stability, machinery and electrical installations part. D. rules 42 dan BKI Volume IV. Rules for electrical installations. section 14. Additional rules for passenger ship. Untuk kapal KRI Tanjung Fatagar – 974, telah dilengkapi emergency genset dengan daya sebesar 216 kW sehingga mampu untuk mengatasi beban listrik pada kondisi darurat seperti yang telah dijelaskan pada poin diatas. Sesuai dengan peraturan dari BKI bahwa sumber listrik darurat harus berada diatas geladak menerus dan di belakang sekat tubrukan (BKI volume IV. Rules for electrical installation. Section 2. Installation of electrical equipment). Letak emergency genset pada KRI Tanjung Fatagar - 974 berada pada dek 7 dan mampu diakses dari dek terbuka. Namun, sistem starting genset yang berupa sistem elektrik, masih dalam kondisi manual sehingga dapat mengurangi nilai keselamatan kapal. Berdasarkan peraturan BKI volume IV. Rules for electrical installation. Section 2. Installation of electrical equipment tersebut maka dibutuhkan sebuah sistem otomatisasi untuk meningkatkan nilai keselamatan dan mengurangi beban ABK. Sistem otomatisasi tersebut terdiri dari beberapa komponen utama diantaranya : Genset Controller Relay-relay Circuit Breaker
•
Indikator-indikator Penempatan relay yang tepat sangat berpengaruh dalam sistem otomatisasi ini karena kesalahan dalam penempatan relay dapat mengakibatkan sistem tidak berjalan, bahkan terjadi short circuit/korslet.
Penentuan Circuit breaker, kabel, dan busbar yang tepat juga sangat penting untuk faktor keselamatan sistem maupun ABK.
