STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI TUGAS AKHIR KHAIRUL AMRI

STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Pada Jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara Oleh:

KHAIRUL AMRI 050 422 033

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009

Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

LEMBAR PENGESAHAAN STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Oleh: KHAIRUL AMRI 050 422 033

Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing

Ir. RISWAN DINZI, MT

Nip : 131 803 349 Diketahui oleh, Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU,

Prof. DR. Ir. USMAN BAAFAI NIP: 194610221973021001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009


ABSTRAK

STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

Dengan pentingnya sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari khususnya dalam teknologi telekomunikasi, maka energi listrik menjadi tuntutan yang harus dipenuhi guna menjaga ketersediaan jaringan komunikasi khususnya komunikasi selular atau Global System For Mobile (GSM). Sistem Kelistrikan yang digunakan pada Teknologi Telekomunikasi bertujuan untuk menjamin ketersediaan daya listrik bagi network element (NE) serta melindungi network element dari gangguan yang bersifat kelistrikan seperti Overcurrent, under/over voltage. Network element yang terdapat pada teknologi telekomunikasi adalah Base Transceiver Station (BTS), Base Station Controller (BSC), Mobile Service Switching Center (MSC), Transmisi, Intelegent Network (IN), Value Added Service (VAS dan Router. Pada dasarnya perangkat-perangkat Telekomunikasi tersebut mempunyai asupan tegangan DC (direct Current). Disebabkan penyediaan listrik oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) mempunyai sumber arus bolakbalik / Alternating Current (AC), maka harus ada converter yang dapat mengubah sumber arus bolak – balik tersebut menjadi sumber arus searah atau Direct Current (DC). Selain itu, untuk menjaga kesinambungan ketersediaan sumber arus searah (DC) ini, maka harus ada pencatuan arus searah DC cadangan pada sistim tanpa terputus (no-break) apabila terjadi gangguan pada catuan utama dari PLN.

Kata Kunci : Converter (rectifier) dan Bank Baterai.


KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah “Studi Kapasitas Converter dan Kemampuan Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi”. Selama dalam masa perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada : 1. Ayahanda H. Amarullah dan Ibunda Hj. Siti Hadijah yang tercinta, yang telah begitu banyak memberikan dukungan moril maupun materil kepada penulis. 2. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai, Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Almarhum Ir. Nasrul Abdi, MT. Yang telah memberikan bimbingan awal kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan motivasi kepada penulis. 5. Bapak Rinaldi A Rianda, Spv Mechanical Electrical Sumbagut Regional Network Operation Sumbagut selaku pembimbing penulis di PT. Telkomsel


6. Bapak Rachmad Fauzi, ST. MT Sekretaris Jurusan Teknik Elektro FT-USU 7. Bapak Ir. Eddy Warman selaku dosen wali penulis. 8. Para staff pengajar dan pegawai Jurusan Teknik Elektro FT – USU. 9. Rekan – rekan mahasiswa Teknik Elektro PPSE stambuk 2005 yang telah banyak membantu dalam penulisan laporan ini.

Akhirnya penulis berharap agar Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua, dan semoga Tuhan Yang Maha Esa melindungi kita semua. Amin

Medan, 26 November 2009 Penulis,

Khairul Amri


DAFTAR ISI

DAFTAR JUDUL LEMBARAN PENGESAHAN

ii

ABSTRAK

iii

KATA PENGANTAR

iv

DAFTAR ISI

vi

DAFTAR GAMBAR

x

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

1

1.2

Tujuan dan Manfaat Penulisan

2

1.3

Batasan Masalah

2

1.4

Metode Penulisan

3

1.5

Sistematika Penulisan

3

BAB II 2.1

2.2

DASAR TEORI

GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM)

5

2.1.1 Switching Subsystem (SSS)

6

2.1.2 Base Station System (BSS)

7

2.1.3 Operating And Support System (OSS)

8

SISTEM KELISTRIKAN 2.2.1 Arus Listrik

8

2.2.2 Faktor Daya dan Daya Kompleks 2.2.3 Perhitungan Tiga Phasa Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

2.2.4 Hubungan Seri dan Pembagi Tegangan 2.2.5 Hubungan Paralel dan Pembagi Arus 2.2.6 Generator 2.2.7 Sistem DC Power 2.2.7.1 Instalasi Sistem DC Power 2.2.7.2 Pola Instalasi DC Power 2.2.8 Panel 2.2.9 ATS dan AMF 2.3

2.4

CONVERTER (RECTIFIER)

17

2.3.1 Jenis - Jenis Converter

17

2.3.2 Prinsip Operasi Converter Thyristor

18

2.3.3 Converter Penuh Satu Fasa

19

2.3.4 Converter Penuh Tiga Fasa

21

BATERAI 2.4.1 Bagian – Bagian Baterai

24

2.4.2 Prinsip Kerja Baterai

25

2.4.3 Prinsip Kerja Baterai Asam – Timah

26

2.4.4 Prinsip Kerja Baterai Basa / Alkali

28

2.4.5 Jenis-jenis Baterai 2.4.5.1 Baterai Asam ( Lead Acid Storage Battery)

29

2.4.5.2 Baterai Basa / Alkali ( Alkaline Storage Battery )

30

2.4.5.3 Berdasarkan elektrolitnya 2.4.6 Cara – Cara Pengisian Baterai

31

2.4.7 Rangkaian Baterai

32


2.4.7.1 Hubungan Seri

33

2.4.7.2 Hubungan Paralel

33

2.4.7.3 Hubungan Kombinasi

34

2.4.8 Kapasitas Baterai BAB III

35

PENELITIAN DAN HASIL PENGUKURAN

3.1

SISTEM KELISTRIKAN DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

36

3.2

PENELITIAN KAPASITAS BANK BATERAI

39

3.3

PENELITIAN KAPASITAS CONVERTER (RECTIFIER)

44

BAB IV

ANALISA HASIL PENELITIAN

4.1

ANALISA SISTEM KELISTRIKAN DI PT.TELKOMSEL

49

4.2

ANALISA KAPASITAS CONVERTER (RECTIFIER)

52

4.2.1 Analisa Kapasitas Converter Siemens Modules GR 60

52

4.2.2 Analisa Kapasitas Powerware APR 48 Rectifier Module

58

4.3

ANALISA KAPASITAS BATERAI 4.3.1 Baterai Sonnenschein dryfit A600

65

4.3.2 Baterai Sonnenschein S12 /130 A C100

68

4.3.3 Baterai Compact Power

72

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

KESIMPULAN

83

5.2

SARAN

84

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Kemajuan teknologi memungkinkan manusia hidup dalam suasana yang nyaman dan serba praktis. Hal ini semua dimungkinkan dengan adanya energi listrik. Energi listrik sampai saat ini masih memegang peranan penting dalam memenuhi kebutuhan baik untuk rumah tangga, usaha industri, kegiatan sosial seperti rumah sakit, rumah ibadah dan dalam peranannya dapat mendorong kegiatan ekonomis sebagai penunjang kemajuan pembangunan Bangsa dan Negara. Pemakaian energi listrik dari tahun ke tahun di Indonesia terus meningkat, sesuai dengan perkembangan beban dengan bertambahnya konsumen listrik untuk perusahaan

besar

mengembangkan

maupun kualitas

kecil.

dan

Salah

kuantitas

satu

perusahaan

jaringannya

adalah

yang

terus

Perusahaan

Telekomunikasi Seluler (Telkomsel). Telkomsel memiliki cakupan jaringan GSM/GPRS/EDGE/3G paling luas di Indonesia dengan menyediakan cakupan jaringan suara sama luasnya dengan cakupan jaringan data. Selain itu, jaringan Telkomsel telah melingkupi lebih dari 95% dari total area populasi Indonesia, termasuk kota besar, kabupaten, dan kecamatan. Oleh sebab itu, untuk menjaga kestabilan jaringan yang baik maka harus di dukung oleh penyediaan listrik yang baik. Maka dari itu penulis akan menyajikan penelitian dan analisa mengenai sistem kelistrikan yang digunakan dalam teknologi telekomunikasi.


1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan Adapun tujuan utama dari penulisan tugas akhir ini adalah : 1) Mempelajari dan menganalisa penggunaan serta pola installasi converter dan baterai yang sesuai dengan kebutuhan beban yang terdapat di Perusahaan Telekomunikasi. 2) Mempelajari dan menganalisa sistem cadangan sumber tenaga listrik (back-up Power) dengan menggunakan Bank Baterai dan cara menghitung kapasitas baterai serta menghitung kemampuan waktu backup baterai yang dibutuhkan oleh masing – masing network element. 3) Mengetahui sistem kerja berbagai perangkat telekomunikasi 4) Untuk memenuhi persyaratan kelulusan sarjana di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

1.3 Batasan Masalah Mengingat luasnya pembahasan tentang sistem tenaga listrik pada teknologi telekomunikasi, maka untuk mendapatkan hasil tulisan yang maksimal penulis perlu membatasi masalah yang dibahas. Adapun batasan masalah dalam tulisan ini adalah: 1) Tidak membahas secara menyeluruh seluruh peralatan dan rangkaian elektronika sebagai komponen pendukung converter. 2) Tidak membahas penerapan perangkat listrik lainnya selain sistem kelistrikan PT. Telkomsel, converter (rectifier) dan bank baterai yang digunakan di Perusahaan Telekomunikasi.


1.4 Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah : 1) Studi literature, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku – buku teks pendukung. 2) Studi diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan pembimbing perusahaan mengenai masalah – masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir. 3) Studi

penelitian,

melakukan

penelitian

dan

analisa

di

Perusahaan

Telekomunikasi PT. TELKOMSEL Central Japati Jl. Letda Sudjono No.252 Medan untuk mendapatkan data – data yang diperlukan.

1.5 Sistematika Penulisan Untuk memudahkan pemahaman terhadap tugas akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I

PENDAHULUAN Bab ini berisikan uraian tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode pembahasan dan sistematika penulisan laporan.

BAB II

DASAR TEORI Bab ini membahas tentang teori dasar sistem kerja teknologi telekomunikasi, sistem kelistrikan, sistem DC power, penerapan converter (rectifier) serta aplikasi baterai sebagai pencatuan arus searah DC.


BAB III

PENELITIAN DAN HASIL PENGUKURAN Bab ini membahas tentang hasil Penelitian serta hasil pengukuran langsung dari sistem kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi PT. Telkomsel.

BAB IV

ANALISA HASIL PENELITIAN Bab ini membahas mengenai analisa dari sistem Power di Perusahaan Telekomunikasi, analisa mengenai kapasitas dan pola installasi converter, kapasitas dan pola installasi baterai serta proses charge dan discharge baterai sebagai bagian dari sistem DC Power.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan penutup laporan yang berisikan kesimpulan dan saran-saran yang diperoleh penulis dari hasil penelitian ataupun analisa data – data yang di peroleh.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


BAB II DASAR TEORI

2.1 GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM) Global system for mobile communication (GSM) merupakan sistem telepon mobile yang terdiri dari beberapa band frekuensi yaitu GSM 900, GSM 1800, GSM 1900. Jaringan GSM terbagi dalam 3 (tiga) sistem utama, yaitu : Switching Subsystem (SSS), Base Station System (BSS), dan Operation and Support System (OSS).

SSS

BSS

PSTN/ISDN Other Netwok

BSC MSC/ VLR EIR BSC HLR/AuC

OMS

C-

OM

R

OMS

Gambar 2.1. GSM Network


2.1.1 Switching Subsystem (SSS) Switching Susbsystem adalah unsur jaringan GSM yang berfungsi memproses panggilan yang ada serta fungsi – fungsi yang berkaitan dengan pelanggan. Switching Subsystem mencakup unit – unit fungsional berikut ini : 1) MSC (Mobile Switching Center) Fungsi dari MSC adalah : •

Routing panggilan dari dan ke Mobile Station.

•

Memanajemen seluruh panggilan.

•

Gateway ke network lain (PSTN, ISDN, Selular lain).

•

Memberikan layanan supplementary dan services.

•

Billing dan charging.

•

Menyediakan fasilitas announcement.

2) VLR (Visitor Location Register) Visitor Location Register merupakan database yang memiliki informasi pelanggan sementara yang diperlukan oleh MSC untuk melayani pelanggan yang berkunjung dari area lain. 3) HLR (Home Location Register) Home Location Register adalah database yang digunakan untuk menyimpan dan mengatur data-data pelanggan. Home Location Register dianggap sebagai database yang paling penting sejak Home Location Register dapat menyediakan data-data pelanggan tetap, termasuk status layanan pelanggan, informasi lokasi pelanggan berada, dan status aktivasi pelanggan.


2.1.2 Base Station System (BSS) Semua fungsi hubungan radio dijalankan oleh BSS. BSS terdiri dari Transcoder Controller ( TRC ), Base Station Controller ( BSC ), dan Radio Base Station (RBS). Semua fungsi yang berhubungan dengan radio dilaksanakan oleh BSS terdiri dari : 1) BSC (Base Station Controller) BSC mengatur semua fungsi hubungan radio dari jaringan GSM. BSC adalah switch berkapasitas besar yang menyediakan fungsi seperti handover HP, penyediaan chanel radio, kumpulan dari konfigurasi data beberapa cell, interface ke arah MSC, BTS, dan OMC dan mengendalikan BTS – BTS yang dibawahnya. 2) TRANSCODER CONTROLLER ( TRC ) TRC menghubungkan BSS dengan kemampuan adaptasi kecepatan. Perangkat yang

menjalankan

adaptasi

kecepatan

disebut

transcoder.

Kecepatan bit per chanel dikurangi dari 64 Kbps menjadi 16 Kbps. Ini mengamankan jalur transmisi antara MSC ke BSC. 3) RADIO BASE STATION ( RBS ) RBS mengendalikan hubungan radio ke handphone (beriteraksi langsung dengan Mobile Station melalui Radio / Air Interface), Satu RBS dapat melayani 1, 2, atau 3 cell. Beberapa RBS dikontrol oleh satu BSC.


2.1.3 Operating And Support System (OSS) Operation and Maintenance Center (OMC) terhubung dengan semua perlengkapan yang ada di Switching Subsystem (SSS) dan BSS. Implementasi dari OMC inilah yang disebut sebagai Operation and Support System (OSS). OSS adalah suatu system fungsional yang digunakan oleh operator untuk memonitor serta mengendalikan keseluruhan system. OSS bertujuan untuk memberikan dukungan efektif terhadap aktifitas operasional dan maintenance yang terpusat, regional atau local yang sangat dibutuhkan oleh sebuah jaringan GSM.

2.2 SISTEM KELISTRIKAN 2.2.1 Arus Listrik Arus

listrik

disimbolkan

dengan

huruf

I

(berasal

dari

kata

perancis:intensite), di definisikan sebagai perubahan kecepatan muatan terhadap waktu, atau pengertian lainnya adalah muatan yang mengalir dalam satuan waktu. Jadi, arus sebenarnya adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus, tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang mempengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Di dalam teori atom modern, dinyatakan bahwa atom terdiri dari partikel inti ( proton yang bermuatan (+) dan neutron yang bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-). Jadi, normalnya atom bermuatan netral. Muatan terdiri dari dua jenis yaitu bermuatan positif dan bermuatan negatif. Arah arus listrik searah dengan arah muatan positif atau berlawanan dengan arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

kehilangan elektron, dan menjadi negatif apabila menerima elektron dari partikel lain. Arus listrik terbagi atas dua jenis : 1)

Arus Searah DC (Direct Current). Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya dimanapun kita meninjau arus tersebut pada waktu yang berbeda akan mendapatkan nilai polaritas yang sama. Nilai polaritas bisa selalu bernilai positif ataupun selalu bernilai negatif.

2)

Arus Bolak – Balik AC (Alternating Current). Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang berubah- ubah terhadap satuan waktu. Pada satu waktu nilai polaritasnya positif, tetapi pada selang waktu lain nilai polaritasnya negatif. I

I

t

t

0

Gambar 2.2 Arus Searah

Gambar 2.3 Arus bolak – balik

2.2.2 Faktor Daya dan Daya Kompleks Diketahui bahwa daya rata – rata bukan fungsi rms dari arus dan tegangan saja. Tetapi ada unsur perbedaan sudut Phasa arus dan tegangan. Jika arus dan tegangan dari persamaan se phasa dan θ = 0 0 ; maka persamaan daya menjadi Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

P = V . I . cos θ = V . I [W] Untuk θ = 60 0  θ = 90 0 

P = V.I cos (60 0 ) = 0,3 VI [Watt] P = V.I cos (90 0 ) = 0

Arus yang mengalir pada sebuah tahanan, akan menimbulkan tegangan pada tahanan sebesar : Vr = Ir r Sehingga P = V r . I m . Cos θ Karena tidak adanya beda Phasa antara arus dan tegangan pada tahanan, maka sudut θ = 0 0 sehingga : P = V. I Untuk induktor dan kapasitor, arus yang mengalir pada elemen – elemen ini masing – masing akan tertinggal dan terdahulu sebesar 90 0 terhadap tegangan V L = I L . jwL VC = IC (

−j ) wc

Dimana V L ; V c ; I L ; I c adalah besaran – besaran fasor. Daya rata – rata elemen – elemen ini adalah nol. Tegangan dikalikan dengan arus disebut daya semu. Daya rata – rata dibagi dengan daya nyata disebut faktor daya. Untuk arus dan tegangan sinusoid, faktor daya dapat dihitung dengan rumus Faktor daya =

P V .I cos θ = = cos θ V .I V .I


θ dinamakan sudut faktor daya, sudut ini menentukan kondisi terdahulu atau tertinggal tegangan terhadap arus. Bila sebuah beban diberi tegangan. Impedansi dari beban tersebut akan menentukan besar arus dan sudut Phasa yang mengalir pada beban tersebut. Faktor daya merupakan petunjuk yang menyatakan sifat suatu beban. Misalkan : Faktor daya beban pertama = 1 dan faktor daya beban kedua = 0,5. Maka beban kedua akan membutuhkan 2 kali lebih besar arus beban yang pertama. Untuk efisiensi dan operasi, diusahakan faktor daya mendekati satu. Persamaan bilangan kompleks daya adalah : S = V a . I a [ VA ] Dimana

S

= bilangan kompleks daya

V a dan I a

= besaran fasor

Ia

= konjugasi kompleks dari I a

Jika V a dan I a dinyatakan sebagai V a = V < θ1 I a = I < θ2 Persamaan S menjadi : S = V.I cos ( θ1 – θ2) + j V.I sin (θ1- θ2) θ1- θ2 adalah sudut yang menyatakan besarnya sudut tegangan yang mendahului arus. Bilangan nyata dari

bilangan kompleks S di definisikan sebagai daya

rata – rata. Oleh karena itu, daya rata – rata ini sering disebut daya nyata atau cukup disebut daya.


Bagian imajiner dari bilangan kompleks S disebut daya reaktif dan diberi simbol Q dengan satuan VAR. Sebagaimana daya nyata terdapat pada tahanan, daya reaktif terdapat pada sebuah reaktansi. Daya reaktif positif akan terdapat pada induktor dengan arus tertinggal terhadap tegangan. Dengan dasar itu pula, daya reaktif negatif terdapat pada sebuah kapasitor.

2.2.3 Perhitungan Tiga Phasa Hampir semua listrik yang digunakan oleh industri, dibangkitkan, di transmisikan dan didistribusikan dalam sistem tiga phasa. Sistem tiga phasa ini memiliki besar yang sama (untuk tegangan atau arus) tetapi mempunyai perbedaan sudut sebesar 120

0

antar Phasanya. Sumbu ini disebut juga sumbu

yang seimbang. Apabila sumber mensuplai sebuah beban seimbang, maka arus – arus yang mengalir pada masing – masing penghantar akan memiliki besar yang sama dan berbeda sudut Phasa sebesar 120

0

satu sama lain. Arus – arus ini disebut arus

yang seimbang. Gambar 2.4 memperlihatkan sebuah rangkaian sederhana dan diagram fasor sebuah sistem seimbang. Ia

Z

Van

n

Z

n

Z

Vbn Ic Vcn

Ib

a


Vcn

Ic

Van Ia

Ib

Vbn

b) Gambar 2.4 Sistem Tiga phasa hubungan Y Sistem pada gambar 2.4 disebut sistem urutan abc, dimana Phasa b tertinggal 120

0

terhadap Phasa a, dan Phasa c tertinggal 120 0 terhadap Phasa b. Hanya satu

kemungkinan urutan lagi selain urutan abc yaitu acb. Beban pada gambar 2.4 a dihubungkan dengan cara hubungan Y. Dalam hubungan tipe Y ini tegangannya adalah tegangan kawat netral dan arus yang mengalir pada tiap Phasa beban adalah arus kawat. Tegangan antara masing – masing kawat (saluran) dapat dihitung sebagai berikut : V ab = V an + V nb = V an - V bn V bc = V bn - V cn V ca = V cn - V an Penulisan secara matematis dari gambar 2.4b untuk urutan Phasa abc dapat dijelaskan sebagai berikut : V ab = V an .

3 .< 30 0

V bc = V bn .

3 .< 30 0


V ca = V cn .

3 .< 30 0

Masing – masing tegangan kawat – kawat terdahulu 30 0 dan

3 kali

besar terhadap tegangan kawat netral. Untuk urutan Phasa – Phasa acb persamaan diatas akan menjadi : V ab = V an .

3 .< - 30 0

V bc = V bn .

3 .< - 30 0

V ca = V cn .

3 .< - 30 0

Daya yang digunakan pada masing – masing Phasa pada beban adalah : P 1θ = V an .I 1 . cos θ Dimana I 1 = arus I a COS θ = faktor daya Untuk sistem yang seimbang, daya total yang dipergunakan adalah PT

= P 3θ = 3. V an .I 1 . cos θ =3.

=

VH 3

. I 1 . cos θ

3 . VH . I 1 . cos θ

dimana : VH

= tegangan kawat ke kawat

I1

= arus kawat ke kawat


a Ia Iab Z ib

b

Ic

Z

Ica

Z

c

Ibc

Gambar 2.5 Sistem tiga phasa hubungan delta Baban pada gambar 2.4 adalah terhubung secara bintang (Y). Selain hubungan bintang ini masih terdapat satu buah hubungan lain untuk beban yang seimbang, yaitu hubungan delta (∆) seperti digambarkan pada gambar 2.5. Tegangan pada hubungan delta ini adalah tegangan kawat ke kawat. Hubungan antara arus kawat dengan arus yang mengalir pada beban dapat dijelaskan dengan rumus : I a = I ab + I ac = I ab - I ca I b = I bc - I ab I c = I ca - I bc Hubungan antara arus kawat pada hubungan delta untuk urutan Phasa abc dan acb dapat dijelaskan melalui persamaan – persamaan di bawah ini : I a = I ab .

3 .< 30 0

I b = I bc .

3 .< 30 0

I c = I ca .

3 .< 30 0

Untuk arus Phasa abc, arus kawat

3 kali arus Phasa dan tertinggal 30 0 arus

Phasa. I a = I ab .

3 .< - 30 0


I b = I bc .

3 .< - 30 0

I c = I ca .

3 .< - 30 0

Untuk urutan Phasa acb, arus terdahulu 30 0 terhadap arus Phasa. Daya yang dikonsumsi setiap Phasa pada beban gambar 2.5 adalah P 1θ = V H .I ab . cos θ Dimana VH

= Tegangan Vab

Cos θ = faktor daya Untuk sistem yang seimbang, daya total yang dikonsumsi ke beban adalah : PT

= 3 . P 1θ = 3 VH . I ab . cos θ = 3 . VH.

I1 3

. Cos θ

= 3. VH. I 1 . Cos θ dimana : I1 = arus kawat Dengan memperhatikan persamaan diatas, maka tampak kedua persamaan itu adalah sama. Hal ini berarti, jika tegangan kawat – kawat, arus kawat dan Cos θ diketahui maka daya yang dikonsumsi dapat dihitung tanpa perlu mengetahui bentuk hubungan dari beban tersebut. Dengan persamaan yang sama, dapat diketahui bahwa

|S T | =

3 . VH. I 1

QT =

3 . VH. I 1 . Sin θ


2.2.4 Hubungan Seri dan Pembagi Tegangan Dalam rangkaian listrik arus searah, jika resistor dihubungkan secara seri, maka kuat arus yang melalui tiap resistor adalah sama, yaitu sama dengan kuat arus yang melalui resistor penggantinya ( I 1 = I 2 = I 3 =I ek ). Beda potensial (tegangan) tiap resistor dapat dihitung dengan hukum ohm V=IxR V 1 = R 1 .I 1 dan V 2 = R 2 .I 2 dan V 3 = R 3 .I 3 maka V ek = R ek .I ek Jumlah tegangan dapat dihitung : V 1 + V 2 + V 3 = Vek

2.2.8 Hubungan Paralel dan Pembagi Arus Dalam susunan paralel, tegangan tiap resistor adalah sama, yaitu sama dengan tegangan resistor penggantinya. V 1 = V 2 = V 3 = V ek Jumlah kuat arus : I 1 + I 2 + I 3 = I ek Yang dimaksud beban DC, bukan hanya beban yang bersifat resistif saja tetapi suatu beban yang memerlukan input tegangan DC. Adapun untuk mendapatkan input tegangan DC, dapat dilakukan dengan menyearahkan tegangan jala – jala.


2.2.9 Generator Generator adalah Mesin yang Mengubah Energi Mekanik Menjadi Energi Listrik. Secara praktis generator sinkron selalu merupakan generator tiga Phasa. Jika dua buah kumparan diletakkan pada alur yang berbeda pada stator seperti ditunjukkan pada gambar 2.6, maka tegangan induksi yang dibangkitkan akan memiliki beda phasa sebesar 120°. Sedang untuk generator 4 kutub ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.6 Generator Sinkron Tiga Phasa Dua Kutub

Gambar 2.7 Generator Sinkron Tiga Phasa Empat Kutub

Dimana tiap-tiap fasa memiliki dua buah kumparan yang ditempatkan secara simetris terhadap masing-masing pasang kutub. Kumparan pada masing-masing Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

phasa dapat dihubungkan seri atau paralel dan generator tiga fasa kumparankumparannya umumnya dihubungkan bintang seperti ditunjukkan pada gambar 2.8

Gambar 2.8 Hubungan Belitan Stator Generator Tiga phasa

2.2.7 Sistem DC Power DC Power adalah alat bantu utama yang sangat diperlukan sebagai penyedia arus searah (direct current) yang digunakan untuk 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). Pada beberapa unit

pembangkit kecil, khususnya

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) maupun Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), sumber DC Power digunakan sebagai start-up unit. Dalam instalasi sumber tegangan / arus searah (direct current / DC) meliputi panel-panel kontrol, instalasi / pengawatan listrik, meter-meter, indikator dan perlengkapan lainnya seperti : converter (rectifier), baterai dan inverter. Sumber Instalasi DC Power dipasok oleh converter (rectifier) baik dari sumber 3 (tiga) phasa maupun 1 (satu) phasa yang dihubungkan dengan baterai dengan kapasitas tertentu sesuai Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

kebutuhan dan tingkat kepentingannya. Kapasitas baterai biasanya disesuaikan dengan kebutuhan yang ada pada unit pembangkit itu sendiri baik sebagai back up power ataupun start up unit cadangan.

2.2.7.1 Instalasi Sistem DC Power Instalasi sistem DC power berfungsi untuk menyalurkan suplai DC yang dipasok oleh converter (rectifier) tiga phasa maupun satu phasa yang dihubungkan dengan baterai. Terdapat 3 (tiga) jenis instalasi atau suplai DC Power yang biasa digunakan, antara lain: 1) Instalasi Sistem DC Power 220 / 250 Volt Instalasi DC power dengan sumber tegangan 220/250 Volt ini dipasok dari converter (rectifier) yang dihubungkan dengan baterai pada panel DC. Dari panel DC ini digunakan untuk mensuplai : •

DC Station Board, antara lain untuk motor-motor, indikator, lampu penerangan dan lain – lain.

•

Inverter yang digunakan untuk mensuplai Kontrol dan Instrumentasi pada turbin, boiler, switchgear dll.

2) Instalasi Sistem DC Power 110 / 125 Volt Instalasi DC power dengan sumber tegangan 110/125 Volt ini dipasok dari converter (rectifier) yang dihubungkan dengan baterai pada panel DC. Dari panel DC ini digunakan untuk mensuplai 125 Volt DC Station Board, untuk mensuplai : •

Kontrol dan instrumentasi seperti pada turbin,boiler,ash dan dash handling dll.

•

Relay Proteksi.

•

Motor-motor DC 110/125 Volt


3) Instalasi Sistem DC Power 24 / 48 Volt Instalasi DC power dengan sumber tegangan 48 volt biasanya digunakan untuk Telekomunikasi (Telepon / Facsimile) dan Teleproteksi (khusus di Gardu Induk). Sedangkan instalasi DC power dengan sumber tegangan 24 volt DC biasa digunakan pada Emergency Diesel Generator untuk Starting Aplications 24 Vdc.

2.2.7.2 Pola Instalasi DC Power Instalasi pada sistem DC power terdiri dari beberapa pola atau model berdasarkan kondisi peralatan yang terpasang. Hal ini juga dipengaruhi oleh tingkat keandalan yang dibutuhkan dan kemampuan dari sumber DC itu sendiri . 1)

Pola Instalasi DC Power 1 Pola 1 ini terdiri dari 1 (satu) unit trafo, 1 (satu) unit converter (rectifier), 1

(satu) unit baterai dan 1 (satu) unit bus DC. Dalam hal ini pengaman utama dan pengaman cadangan menggunakan MCB yang berbeda seperti terlihat pada AC 1

gambar 2.9 Batere 1 Converter 1

Gambar 2.9 Pola 1 Instalasi Sistem DC Power


2)

Pola Instalasi DC Power 2 Pola yang kedua ini terdiri dari : 2 (dua) unit trafo, 2 (dua) unit converter

(rectifier), 2 (dua) unit baterai dan 1 (satu) unit bus DC. Dalam hal ini pengaman utama dan pengaman cadangan menggunakan MCB yang berbeda seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Pola operasinya adalah : •

Sistem 1 : sumber listrik 1, converter (rectifier) 1 dan baterai 1, beroperasi memikul beban

•

Sistem 2 : sumber listrik 2, converter (rectifier) 2 dan baterai 2, beroperasi tanpa beban Sistem 1 dan sistem 2 beroperasi secara bergantian yang dilakukan oleh

Interlock System DC Utama

Batere 2

Converter 2

Batere 1

AC 2

Converter 1

AC 1

Interlock System

Gambar 2.10 Pola 2 Instalasi Sistem DC Power

3)

Pola Instalasi DC Power 3


Pola 3 ini terdiri dari : 2 (dua) unit trafo, 2 (dua) unit Converter (rectifier), 2 (dua) unit baterai dan 2 (dua) unit bus DC. Pengaman utama dan cadangan menggunakan MCB yang berbeda. Pola operasinya adalah : •

Sistem 1 : Power supply 1, converter (rectifier) 1 dan baterai 1, beroperasi memikul beban

•

Sistem 2 : Power supply 2, converter (rectifier) 2 dan baterai 2, beroperasi tanpa beban Pada posisi normal sistem 1 dan sistem 2 operasi secara terpisah, posisi

MCB keluar (MCB kopel interlock dengan MCB sistem 1 dan sistem 2). Pada saat pemeliharaan sistem 1, MCB sistem 1 dilepas maka MCB kopel akan masuk secara otomatis. Demikian juga sebaliknya. Lihat diagram dibawah ini AC 2

AC 1

Converter 2

Converter 1

Batere 1

Batere 2

Kopel

Gambar 2.11 Pola 3 Instalasi Sistem DC Power Pola instalasi diatas adalah hanya contoh dari sekian banyak pola instalasi yang berkembang saat ini khususnya di unit pembangkit yang memerlukan keandalan yang tinggi dengan pola pengoperasian yang tinggi juga.

2.2.8 Panel


Kombinasi panel – panel adalah bentuk dari perlengkapan hubung bagi pada tempat pelayanannya, terbuat dari konduktif atau tidak konduktif yang di pasang pada rangka yang dilengkapi dengan perlengkapan listrik seperti sakelar, kabel dan rel. Perlengkapan hubung bagi yang di batasi dan dibagi – bagi dengan baik menjadi petak – petak yang tersusun mendatar dan tegak dianggap sebagai satu panel hubung bagi (PHB). Terdapat tiga tingkatan (level) pada panel dalam mendistribusikan tenaga listrik, main distribution level, sub distribution level, dan load level. •

Main Distribution Panel (MDP) MDP (main distribution panel) menghubungkan langsung antara sumber

tenaga listrik dengan sub distribution panel (SDP). Digunakan terutama sekali untuk : Safety disconnection, Coupling busbar section, Proteksi Busbar, Pemilihan dalam perlengkapan proteksi yang dilengkapi oleh fuse, pemutus sirkit, dan pemutus sirkit tidak otomatis. •

Sub Distribution Panel (SDP) SDP (sub distribution panel ) digunakan untuk : safety connection,

switching beban listrik, sistem lampu dan motor, proteksi kabel, jaringan listrik dan beban, proteksi cadangan , proteksi terhadap tegangan lebih, kontrol, metering dan pengukuran

2.2.10 ATS dan AMF ATS adalah singkatan dari automatic Transfer Switch, yaitu proses pemindahan sumber listrik dari sumber listrik yang satu ke sumber listrik yang lain secara bergantian sesuai dengan perintah pemrograman. ATS adalah Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

pengembangan dari COS atau yang biasa disebut secara jelas sebagai charge over switch , beda keduanya adalah terletak pada sistem kerjanya, untuk ATS kendali kerjanya dilakukan secara otomatis, sedangkan COS dikendalikan atau dioperasikan secara manual. AMF adalah singkatan dari Automatic Main Failure yang maksudnya menjelaskan cara kerja otomatisasi terhadap sistem kelistrikan cadangan apabila terjadi gangguan pada sumber listrik / penyulang listrik utama (Main), istilah ini secara umum sering dijabarkan sebagai sistem kendali.

2.3 CONVERTER Converter sering juga disebut Rectifier adalah suatu rangkaian peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik bolak-balik (Alternating Current, disingkat AC) menjadi arus listrik searah (Direct Current, disingkat DC), yang berfungsi untuk pasokan DC power baik ke peralatan-peralatan yang menggunakan sumber DC maupun untuk mengisi baterai agar kapasitasnya tetap terjaga penuh sehingga kehandalan unit pembangkit tetap terjamin. Dalam hal ini baterai harus selalu tersambung ke converter (rectifier). Kapasitas converter (rectifier) harus disesuaikan dengan kapasitas baterai yang terpasang, setidaknya kapasitas arusnya harus mencukupi untuk pengisian baterai sesuai jenisnya yaitu Baterai alkali = ( 0,2 x Kapasitas baterai ) + beban statis Baterai Asam = ( 0,1 x kapasitas baterai ) + beban statis

2.3.1 Jenis - Jenis Converter Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

Converter (rectifier) dengan Phasa terkendali dapat diklarifikasikan pada dua tipe, tergantung pada suplai masukan 1) Converter (rectifier) satu Phasa 2) Converter (rectifier) tiga Phasa setiap tipe dapat dibagi lagi menjadi : semiconverter, converter penuh, dual converter. Semikonverter merupakan converter satu kuadran dan hanya memiliki satu polaritas tegangan dan arus keluaran. Converter penuh merupakan converter dua kuadran yang dapat memiliki tegangan keluaran baik positif dan negatif, akan tetapi keluaran arus

converter hanya dapat berharga positif.

Dua converter akan beroperasi pada empat kuadran yang dapat menghasilkan tegangan dan arus keluaran berharga positif maupun negatif.

2.3.2 Prinsip Operasi Converter Thyristor Perhatikan rangkaian gambar 2.12a dengan beban resistif. Selama setengah siklus positif dari tegangan masukan, anoda thyristor relatif positif terhadap katoda sehingga thyristor disebut terbias-maju. Ketika thyristor T1 dinyalakan pada ωt = α, thyristor T1 akan tersambung dan tegangan masukan akan muncul di beban. Ketika tegangan masukan mulai negatif pada ωt = α, anoda thyristor akan negatif terhadap katodanya dan thyristor T1 akan disebut terbias mundur dan dimatikan. Waktu setelah tegangan masukan mulai positif hingga thysistor dinyalakan pada ωt = π disebut sudut delay atau sudut penyalaan α. Gambar 2.12b memperlihatkan daerah operasi dari converter dengan tegangan dan arus keluaran memiliki polaritas tunggal. Gambar 2.12c memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, arus beban dan tegangan sepanjang thyristor T1. Converter ini tidak biasa digunakan Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

pada aplikasi industri karena keluarannya memiliki ripple yang tinggi dan frekwensi ripple rendah. Jika fs merupakan frekuensi dari suplai masukan, komponen frekuensi terendah pada tegangan ripple keluaran akan fs juga.

+

Vo

-

VT1

Vdc

T1 +

+

io Vs = Vm sin wt

Vp

R

Vo

io o

idc

-

a) Rangkaian

b) Kuadran

Vs Vm V1

0

α

π

2π

α

π

2π

ωt

Vo Vm

0

ωt

io

/R

Vo

α

0

2π

ωt

VT1 V1

0

α

π

2π

ωt

-Vm

c) Bentuk Gelombang Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

Gambar 2.12 Converter thyristor satu Phasa dengan beban resistif

2.3.3 Converter Penuh Satu Phasa Rangkaian untuk converter penuh satu Phasa di perlihatkan pada gambar 2.13 dengan beban sangat induktif sehingga arus beban bersifat kontinyu dan tanpa ripple. Sepanjang setengah siklus positif, thyristor T1 dan T2 terbias maju; dan ketika thyristor – thyristor ini dianyalakan secara bersamaan pada ωt = α, beban akan terhubung ke suplai melalui T1 dan T2. Akibat beban yang bersifat induktif, thyristor T1 dan T2 akan terus tersambung saat waktu telah melewati ωt = π, walaupun tegangan masukan telah negatif. Selama setengah siklus tegangan masukan negatif, thyristor T3 dan T4 akan terbias maju; penyalaan T3 dan T4 akan memberikan tegangan suplai sebagai tegangan bias mundur bagi T1 dan T2. T1 dan T2 akan dimatikan melalui komutasi line (komutasi natural) dan arus beban akan ditransfer dari T1 dan T2 ke T3 dan T4. Gambar 2.13b memperlihatkan daerah operasi converter(rectifier) dan gambar 2.13c yang memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran dan arus masukan serta keluaran. Selama periode dari α ke π, tegangan masukan Vs dan arus masukan i s akan positif, daya akan mengalir dari catuan ke beban. Saat itu converter(rectifier) dikatakan berada pada mode operasi penyearahan. Selama periode dari π ke π+ α, tegangan Vs akan negatif, sedangkan i s akan positif, sehingga terdapat aliran daya balik dari beban ke suplai. Saat ini converter disebut berada pada keadaan Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

mode operasi inversi. Converter jenis ini digunakan secara ekstensif pada banyak aplikasi industri sampai level daya 15 KW. Tergantung pada nilai α, tegangan keluaran rata – rata dapat positif ataupun negatif dan memberikan operasi pada dua kumparan. iT1

Va Vdc

+ T3

T1

is

R

+ Vo

L

Vs

io idc

-

Io = ia

- Vdc

T2

T4

-

a) Rangkaian T3,T4

b) Kuadran T1,T2

T3,T4

Vs V=Vm sin wt

α

π

π +α

2π

α

π

π +α

2π

wt

wt

io

Arus Beban

is

α

π

2π

π π +α

2π

wt

wt


c) Bentuk Gelombang Gambar. 2.13 Converter(rectifier) Penuh Satu Phasa

2.3.4 Converter Penuh Tiga Phasa Converter tiga Phasa secara ekstensif digunakan pada banyak aplikasi industri hingga level daya 120kW dengan daerah operasi dua kuadran. Gambar 2.14a memperlihatkan rangkaian converter penuh dengan beban yang sangat indukt if. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan tiga Phasa. Thyristor dinyalakan pada interval π/3. Frekuensi ripple tegangan keluaran akan 6fs dan kebutuhan proses filtering menjadi lebih ringan dari converter gelombang setengah maupun semiconverter tiga Phasa. Pada ωt = π/6 + α, thyristor T6 telah tersambung dan thyristor T1 akan dinyalakan. Selama interval (π/6 + α) ≤ ωt ≤ (π/2 + α), thyristor T1 dan T6 tersambung dan tegangan line to line V ab = (V an - V bn ) akan muncul sepanjang beban. Jika diberi nomor seperti pada gambar 2.14a, barisan penyalaan akan 12,23,34,45,56 dan 61. Gambar 2.14b memperlihatkan bentuk gelombang dari tegangan masukan, tegangan keluaran, arus masukan dan arus yang melalui thyristor. iT1 T1

+ T5

Io=is

T6

a

Vbn n

Vo b ib

Beban

Van

Vcn

c

T4

iT4

T6

T2

-


a) Rangkaian

T5,T6 T6,T1 T1,T2

α

T2,T3

T3,T4 T4,T5 T5,T6

Vm wt

T1

T3

Van

T5

Vbn

Vcn

α wt

Vc

Vcb

π/6

Vab

Vac

Vbc

π/6 + α π/2 + α π

Vba

3π/2

Vca

Vcb

wt

2π

iT1 +is π/6 + α

wt

5π/6 + α

iT4 +ia wt ia=is +ia

π/6 + α

5π/6 + α

7π/6 + α

wt

11π/6 + α

-ia io

Arus Beban wt


b) Bentuk Gelombang Gambar 2.14 Converter(rectifier) Penuh Tiga Phasa

2.4 BATERAI Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang berlawanan didalam sel. Jenis sel baterai ini disebut juga Storage Battery, adalah suatu baterai yang dapat digunakan berulang kali pada keadaan sumber listrik arus bolak balik (AC) terganggu.

2.4.1 Bagian – Bagian Baterai Keterangan gambar : 1. Plat / elektroda positif 2. Plat / elektoda negatif 3. Separator 4. Kontainer atau wadah 5. Kutub baterai Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

6. Lubang pengisian elektrolit.

Gambar 2.15 Bagian – bagian baterai Tiap sel baterai ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia. Menurut pemakaian baterai dapat digolongkan ke dalam 2 jenis : •

Stationary ( tetap )

•

Portable (dapat dipindah-pindah)

2.4.2 Prinsip Kerja Baterai 1) Proses discharge pada sel berlangsung menurut skema Gambar 2.16a. Bila sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda.

2) Pada proses pengisian menurut skema Gambar 2.16b dibawah ini adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut : •

Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power supply ke katoda

•

Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda

•

Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda


Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari saat pengosongan (discharging)

a)

b)

Gambar 2.16 Proses Pengosongan dan Pengisian baterai

2.4.3 Prinsip Kerja Baterai Asam - Timah. Bila sel baterai tidak dibebani, maka setiap molekul cairan elektrolit Asam sulfat (H 2 SO 4 ) dalam sel tersebut pecah menjadi dua yaitu ion hydrogen yang bermuatan positif (2H + ) dan ion sulfat yang bermuatan negative (SO 4 − ) H 2 SO 4

2H + + SO 4

−

Proses pengosongan Bila baterai dibebani, maka tiap ion negatif sulfat. (SO 4 − ) akan bereaksi dengan plat timah murni (Pb) sebagai katoda menjadi timah sulfat (Pb SO 4 ) sambil melepaskan dua elektron. Sedangkan sepasang ion hidrogen (2H + ) akan beraksi dengan plat timah peroksida (PbO 2 ) sebagai anoda menjadi timah sulfat


(PbSO 4 ) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan satu atom oksigen untuk membentuk air (H 2 O). Pengambilan dan pemberian elektron dalam proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial listrik antara kutubkutub sel baterai. Proses tersebut terjadi secara simultan dengan reaksinya dapat dinyatakan. Pb O 2 + Pb + 2 H 2 SO 4 Sebelum Proses

Pb SO 4 + Pb SO 4 + 2 H 2 O Setelah proses

Pb O 2

= Timah peroxida (katub positif / anoda)

Pb

= Timah murni (kutub negatif/katoda)

2 H 2 SO 4

= Asam sulfat (elektrolit)

Pb SO4

= Timah sulfat (kutub positif dan negatif setelah proses Pengosongan )

H2O

= Air yang terjadi setelah pengosongan Jadi pada proses pengosongan baterai akan terbentuk timah sulfat (Pb

SO 4 ) pada kutub positif dan negatif, sehingga mengurangi reaktifitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi timah, sehingga tegangan baterai antara kutubkutubnya menjadi lemah. Proses Pengisian Proses ini adalah kebalikan dari proses pengosongan dimana arus listrik dialirkan yang arahnya berlawanan, dengan arus yang terjadi pada saat pengosongan.Pada proses ini setiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hydrogen (2H + ) yang dekat plat negatif bersatu dengan ion negatif Sulfat (SO 4 − ) pada plat negatif untuk membentuk asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada plat positif membentuk timah peroxida (PbO 2 ). Proses reaksi kima yang terjadi adalah sebagai berikut : Pb SO 4 + Pb SO 4 + 2 H 2 O Pb O 2 + Pb + 2 H 2 SO 4 Setelah pengosongan Setelah pengisian 2.4.4 Prinsip Kerja Baterai Basa / Alkali Baterai Alkali menggunakan potasium Hydroxide sebagai elektrolit, selama proses pengosongan (Discharging) dan pengisian (Charging) dari sel baterai alkali secara praktis tidak ada perubahan berat jenis cairan elektrolit. Fungsi utama cairan elektrolit pada baterai alkali adalah bertindak sebagai konduktor untuk memindahkan ion-ion hydroxide dari satu elektroda ke elektroda lainnya tergantung pada prosesnya, pengosongan atau pengisian, sedangkan selama proses pengisian dan pengosongan komposisi kimia material aktif pelatpelat baterai akan berubah. Proses reaksi kimia saat pengosongan dan pengisian pada elektroda-elektroda sel baterai alkali sebagai berikut : Untuk baterai Nickel-Cadmium 2 Ni OOH + Cd + 2 H 2 O Pengosongan

2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2 Pengisian

2NiOOH

= Incomplate nickelic - hydroxide (Plat positif atau anoda)

Cd

= Cadmium (Plat negatif atau katoda)

2Ni (OH) 2

= Nickelous hydroxide (Plat positif)

Cd (OH) 2

= Cadmium hydroxide (Plat negatif)

Untuk Baterai nickle – Iron 2 Ni OOH + Fe + 2 H 2 O Pengosongan

2Ni (OH) 2 + Fe (OH) 2 Pengisian

dimana : Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

2NiOOH

= Incomplate nickelic – hydroxide (Plat positif)

Fe

= Iron (Plat negatif)

2Ni (OH) 2

= Nickelous hydroxide (Plat positif)

Fe (OH) 2

= Ferrous hydroxide (Plat negatif)

2.4.5 Jenis-jenis Baterai. Bahan elektrolit yang banyak dipergunakan pada baterai adalah jenis asam (lead acid) dan basa (alkali). Untuk itu dibawah ini akan dibahas kedua jenis bahan elektrolit tersebut. 2.4.5.1 Baterai Asam ( Lead Acid Storage Battery) Baterai asam bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang (Sulfuric Acid = H 2 S0 4 ). Didalam baterai asam, elektroda - elektrodanya terdiri dari plat-plat timah peroksida PbO 2 (Lead Peroxide) sebagai anoda (kutub positif) dan timah murni Pb (Lead Sponge) sebagai katoda (kutub negatif). Ciriciri umum (tergantung pabrik pembuat) sebagai berikut : •

Tegangan nominal per sel 2 Volt.

•

Ukuran baterai per sel lebih besar bila dibandingkan dengan baterai alkali.

•

Nilai berat jenis elektrolit sebanding dengan kapasitas baterai.

•

Suhu elektrolit sangat mempengaruhi terhadap nilai berat jenis elektrolit, semakin tinggi suhu elektrolit semakin rendah berat jenisnya dan sebaliknya.

•

Nilai standar berat jenis elektrolit tergantung dari pabrik pembuatnya.

•

Umur baterai tergantung pada operasi dan pemeliharaan, biasanya dapat mencapai 10 - 15 tahun, dengan syarat suhu baterai tidak lebih dari 20 0 C.

•

Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan pemeliharaan dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah :


-

Pengisian awal (Initial Charge)

: 2,7 Volt.

-

Pengisian secara Floating

: 2,18 Volt.

-

Pengisian secara Equalizing

: 2,25 Volt.

-

Pengisian secara Boosting

: 2,37 Volt.

-

Tegangan pengosongan per sel (Discharge )

: 2,0 – 1,8 Volt.

2.4.5.2 Baterai Basa / Alkali ( Alkaline Storage Battery ) Baterai alkali bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (Potassium Hydroxide) yang terdiri dari : •

Nickel-Iron Alkaline Battery ( Ni- Fe battery )

•

Nickel-Cadmium Alkaline Battery ( Ni-Cd battery ) Pada umumnya yang banyak dipergunakan di instalasi unit pembangkit

adalah baterai alkali cadmium ( Ni-Cd ). Ciri-ciri umum (tergantung pabrik pembuat) sebagai berikut : •

Tegangan nominal per sel 1,2 Volt.

•

Nilai berat jenis elektrolit tidak sebanding dengan kapasitas baterai.

•

Umur baterai tergantung pada operasi dan pemeliharaan, biasanya dapat mencapai

•

15 - 20 tahun, dengan syarat suhu baterai tidak lebih dari 20 0 C.

Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan pemeliharaan dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah : -

Pengisian awal (Initial Charge)

= 1,6 – 1,9 Volt.

-

Pengisian secara Floating

= 1,40 – 1,42 Volt.

-

Pengisian secara Equalizing

= 1,45 Volt


•

Pengisian secara Boosting = 1,50 – 1,65 Volt

Tegangan pengosongan per sel (Discharge ) : 1 Volt (reff. Hoppeke & Nife)

2.4.5.3 Berdasarkan elektrolitnya Jenis baterai berdasarkan jenis elektrolitnya terdiri dari sel basah (baterai basah) dan sel kering (baterai kering). Baterai basah mempunyai ciri – ciri antara lain elektrolitnya berbentuk cair, kapasitas umumnya besar dan bentuk fisik umumnya besar. Sedangkan baterai kering mempunyai ciri – ciri antara lain elektrolitnya berbentuk pasta , kapasitas umumnya kecil dan bentuk fisiknya lebih kecil.

2.4.6 Cara – Cara Pengisian Baterai a) Pengisian awal (Initial charge) Pengisian ini dimaksudkan untuk pembentukan sel Baterai, cara ini hanya dilakukan pada Baterai yang single sel atau Baterai stasioner dan hanya dilakukan sekali saja. b) Pengisian kembali (recharging) Pengisian recharging dilakukan secara otomatis setelah baterai mengalami pengosongan. Lamanya pengisian kembali disensor oleh rectifier sehingga apabila Baterai sudah penuh maka dilanjutkan dengan pengisian trickle. c) Pengisian equalizing / penyesuaian Pengisian penyesuaian atau equalizing

dimaksudkan untuk mendapatkan

kapasitas penuh pada setiap sel seimbang dengan kata lain memulihkan Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

kapasitas Baterai. pengisian ini juga dilakukan pada saat baterai setelah adanya penambahan aquades.

d) Pengisian perbaikan/treatment Pengisian perbaikan atau treatment dimaksudkan untuk memulihkan kapasitas baterai yang berada dibawah standar setelah Baterai dilakukan perbaikan, apabila setelah diadakan perbaikan hasilnya belum dicapai dapat dilakukan beberapa kali. e) Pengisian khusus / Boost charge Pengisian khusus atau boost charge dimaksudkan untuk memulihkan baterai secara cepat setelah adanya pengosongan yang banyak, misalnya pada sistim operasi charge discharge yang belum mendapat catuan PLN. f) Pengisian kompensasi Floating/trickle charge Pengisian kompensasi dimaksudkan untuk menjaga kapasitas baterai selalu dalam kondisi penuh akibat adanya pengosongan diri (self discharge) yang besarnya 1% dari kapasitas.

2.4.7 Rangkaian Baterai Dikarenakan tegangan baterai per sel terbatas, maka perlu untuk mendapatkan solusi agar tegangan baterai dapat memenuhi atau sesuai dengan tegangan kerja peralatan maupun untuk menaikkan kapasitas dan juga kehandalan pemakaian dengan merangkai (meng-koneksi) beberapa baterai dengan cara : •

Hubungan seri


•

Hubungan parallel

•

Hubungan Kombinasi, yang terdiri dari seri paralel dan Paralel Seri.

2.4.7.1 Hubungan Seri Koneksi baterai dengan hubungan seri ini dimaksudkan untuk dapat menaikkan tegangan baterai sesuai dengan tegangan kerja yang dibutuhkan atau sesuai tegangan peralatan yang ada. Kekurangan dari hubungan seri ini adalah jika terjadi gangguan atau kerusakan pada salah satu sel baterai maka suplai sumber DC ke beban akan terputus.

Gambar 2.17 Hubungan Baterai Secara Seri

2.4.7.2 Hubungan Paralel Koneksi baterai dengan hubungan paralel ini dimaksudkan untuk dapat menaikkan kapasitas baterai atau Ampere hour (Ah) baterai. Selain itu juga dapat memberikan keandalan beban DC pada sistem. Hal ini disebabkan jika salah satu sel baterai yang dihubungkan paralel mengalami gangguan atau kerusakan maka sel baterai yang lain tetap akan dapat mensuplai tegangan DC ke beban, jadi tidak Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

akan mempengaruhi suplai secara keseluruhan sistem, hanya kapasitas daya sedikit berkurang sedangkan tegangan tidak terpengaruh

Gambar 2.18 Hubungan Baterai Secara Paralel

2.4.7.3 Hubungan Kombinasi Pada hubungan kombinasi ini terbagi menjadi 2 macam yaitu seri paralel dan paralel seri. Hubungan ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan ganda baik dari sisi kebutuhan akan tegangan dan arus yang sesuai maupun keandalan sistem yang lebih baik. Hal ini disebabkan karena hubungan seri akan meningkatkan tegangan sedangkan hubungan paralel akan meningkatkan arus dan keandalan sistemnya. •

Hubungan Seri Paralel


Gambar 2.19 Hubungan Baterai Secara Seri Paralel

•

Hubungan Paralel Seri

Gambar 2.20 Hubungan Baterai Secara Paralel

2.4.8 Kapasitas Baterai Kapasitas suatu baterai adalah menyatakan 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 baterai ( Ah ) dinyatakan sebagai berikut : Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

C=I x t Dimana : C = Kapasitas baterai ( Ah ) I = Besar arus yang mengalir (Ampere ) t = Waktu pemakaian ( Jam ).

BAB III PENELITIAN DAN HASIL PENGUKURAN

3.1 SISTEM KELISTRIKAN DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI Sistem Kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi bertujuan untuk menjamin ketersediaan daya listrik bagi network element (NE) serta melindungi network element dari gangguan yang bersifat kelistrikan (Overcurrent, under / over voltage, lithning). Dari hasil penelitian, diperoleh data bahwa network element yang di suplai adalah : 1)

BSC (Base Station Controller)

2)

MSC (Mobile Switching Center)

3)

Transmisi (PDH dan SDH)

4)

IN (Intelegent Network)

5)

Router Sumber tegangan AC digunakan untuk mensuplai peralatan listrik seperti

Penerangan, Air Conditioner (AC), Intelegent Network (IN), Router/Server dan Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

inverter sedangkan sumber tegangan DC digunakan untuk mensuplai network element seperti : RBS, Minilink, Transmisi dan MSC. Sistem catu daya di Telkomsel Central Japati Tembung dapat di gambarkan melalui diagram di bawah ini : P

SDP

ATS

MDP

BEBAN AC BIASA

SDP

INVERTER

BEBAN AC PENTING

SDP

RECTIFIER

BEBAN DC

G BATERAI

Gambar 3.1 Sistem catu daya di Telkomsel

MDP + ATS/AMF SDP RST Lamp

VM

VS

Beban AC

K31 AM

Dari PLN A MC-01

VM

UPS

MCB-01

CT1-3

RST Lamp

Beban AC

Interlocked

Beban DC Rectifier Beban AC

VS

INVERTER

K32

Dari Genset B

Arrester MC-02

MCB-02

FM

Battery Bank


Gambar 3.2. Konfigurasi Sistem Catu daya


Gambar 3.3 Sistem Kelistrikan PT. Telkomsel Central Japati Tembung Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

3.2

PENELITIAN KAPASITAS BANK BATERAI Dari penelitian yang dilakukan diperoleh data bahwa terdapat 3 (tiga) jenis

baterai yang digunakan dalam sistem kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi Central Japati Tembung yang antara lain adalah : 1) Baterai Sonnenschein dryfit A600 Spesifikasi dari baterai Sonnenschein dryfit A600 Tipe baterai

: 16OpZV 2000

Tegangan Nominal

: 2 Volt

Kapasitas Nominal

: 2000 Ah C10

Gambar 3.4 Baterai Sonnenschein dryfit A600

Type

Nominal Voltage

Nominal Capacity C100

Discharge Current I100

12 OPzV 1400 12 OPzV 1700 16 OPzV 2300 20 OPzV 2900 24 OPzV 3500

2 Volt 2 Volt 2 Volt 2 Volt 2 Volt

1400 Ah 1700 Ah 2300 Ah 2900 Ah 3500 Ah

14 A 17 A 23 A 29 A 35 A

Type 12 OPzV 1400 12 OPzV 1700 16 OPzV 2300 20 OPzV 2900 24 OPzV 3500

Capacities C1 - C100 (20 0 C) C1 ( 1h ) C3 ( 2h ) C5 ( 5h ) C10 (10h) 1.67 V/C 1.75 V/C 1.77 V/C 1.8 V/C 630 882 1022 1200 765 1071 1241 1500 1035 1449 1679 2000 1305 1827 2117 2500 1575 2205 2555 3000

C100 (100h) 1.85 V/C 1400 1700 2300 2900 3500

Tabel 3.1 Data teknik Kapasitas Baterai Sonnenschein dryfit A600

57

Tabel 3.2 Pengaruh temperatur terhadap pegisian baterai

2) Baterai Sonnenschein S12 /130 A

Gambar 3.5 Baterai Sonnenschein S12 /130 A

Spesifikasi dari baterai Sonnenschein Tipe baterai

: S12/130 A

Tegangan Nominal

: 12 Volt

Kapasitas Nominal

: 130 Ah C100

58

Type

Part Number

Nominal Voltage

Nominal Capacity C100

Discharge Current I100

S12/6.6 S S12/17 G5 S12/27 G5 S12/32 G6 S12/41 A S12/60 A S12/85 A * S12/90 A S12/130 A S12/230 A

NGSO1206D6HS0SA NGSO120017HS0BA NGSO120027HS0BA NGSO120032HS0BA NGSO120041HS0CA NGSO120060HS0CA NGSO120085HS0CA NGSO120090HS0CA NGSO120130HS0CA NGSO120230HS0CA

12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt

6.6 Ah 17 Ah 27 Ah 32 Ah 41 Ah 60 Ah 85 Ah 90 Ah 130 Ah 230 Ah

0.066 A 0.17 A 0.27 A 0.32 A 0.41 A 0.6 A 0.85 A 0.9 A 1.3 A 2.3 A

Type S12/85 A S12/90 A S12/130 A S12/230 A

C1 (1h) 1.7 V/C 55 Ah 50.5 Ah 66 Ah 120 Ah

Capacities C1 - C100 (20 0 C) C5 (5h) C10 (10h) C20 (20h) 1.7 V/C 1.7 V/C 1.75 V/C 68.5 Ah 74 Ah 76 Ah 72 Ah 78 Ah 84 Ah 93.5 Ah 104.5 Ah 110 Ah 170 Ah 190 Ah 200 Ah

C100 (100 h) 1.8 V/C 85 Ah 90 Ah 130 Ah 230 Ah

Tabel 3.3 Data teknik Kapasitas Baterai Sonnenschein S12

Tabel 3.4 Pengaruh temperatur terhadap pegisian baterai

59

Keterangan tabel 3.4 •

Dengan switch regulator ( dua langkah kontrol ) : pengisian pada kuva B ( pengisian tegangan maksimal ) untuk 2 jam per hari, kemudian switch akan pindah ke kuva C.

•

Pengisian standar ( tanpa switching ) terdapat pada kurva A

•

Pengisian Boost (pengisian equalizing dengan external generator) : Pengisian pada kurva B untuk 5 jam per bulan, kemudian switch akan pindah ke kurva C

3) Baterai Compact Power

Gambar 3.6 Baterai Compact Power

Berikut Spesifikasi dari Compact Power Tipe baterai

: 6CP155-6V155Ah

Tegangan Nominal

: 6 Volt

Tegangan pengukuran

: 5,4 Volt

Kapasitas Nominal

: 155 Ah C10

Tegangan Floating

: 54 V ± 1% @ + 20 0 C

60

Sistem bank baterai di Perusahaan Telekomunikasi Telkomsel central japati tembung yang antara lain : •

1 (satu) sistem bank baterai Sonnenschein S12/130 A dengan kapasitas 4 X 130 Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk BSC 1

•

1 (satu) sistem Bank Baterai Compact Power dengan kapasitas 2 X 155 Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk BSC 2

•

1 (satu) sistem Bank Baterai Compact Power dengan kapasitas 2 X 155 Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk BSC 3

•

1 (satu) sistem bank baterai Sonnenschein S12/130 A dengan kapasitas 4 X 130 Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk TMDN 13 dan TMDN 10

•


•


•

5 (lima) sistem bank baterai Sonnenschein dryfit A600 dengan kapasitas 5 X 2000Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan MSC, Inverter, Intelegent Network, Router.

61

3.3

PENELITIAN KAPASITAS CONVERTER (RECTIFIER) Dari penelitian yang dilakukan diperoleh data bahwa terdapat 2 (dua) jenis

converter (rectifier) yang digunakan dalam sistem kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi Central Japati Tembung yang antara lain adalah : 1. Converter Siemens Modules GR 60

48 V / 120 A

Gambar 3.7 Converter Siemens Modules GR 60 48V/120 A

Keluaran DC (Direct Current Output) •

Tegangan keluaran nominal

: 48 Volt

•

Pengisisian Floating

: 2,23 V/C ( setting range : 51 s.d 58 V DC)

•

Pengisian Equalising


•

Rating arus keluaran

: 120 A

Masukan AC (Alternating Current Input) •

Tegangan masukan nominal

: 3 phasa AC

•

Rating Tegangan Kerja

: 184 s.d 265 V

•

Frekuensi Nominal

: 50/60 Hz

•

Arus masukan

: 10,5 A

400 V…-20%. + 15%

62

Converter (rectifier) merupakan suatu alat yang dapat mengubah sumber listrik arus bolak – balik menjadi sumber listrik arus searah. Converter Siemens Modules GR 60 48 V / 120 A merupakan penyedia sumber tegangan DC (Direct Current) untuk network element MSC, Inverter, Intelegent Network (IN), Transmisi, dan Router yang terbagi atas : 1) converter siemens system 7 (Rack 6) Terdapat 4 (enam) modul converter Kapasitas converter

: 4 X 120 A

Beban yang terukur

: 4 X 68 A

Tegangan yang disetting

: 54 V

2) converter siemens system 8 (Rack 1) Terdapat 6 (enam) modul converter Kapasitas converter

: 6 X 120 A

Beban yang terukur

: 6 X 68 A


: 54 V


: 6 X 120 A

Beban yang terukur

: 6 X 68 A


: 54 V


: 6 X 120 A

Beban yang terukur

: 6 X 68 A

63


: 54 V


: 6 X 120 A

Beban yang terukur

: 6 X 68 A


: 54 V


: 6 X 120 A

Beban yang terukur

: 6 X 68 A


: 54 V

2. Powerware APR 48 Rectifier Module

Gambar 3.8 Converter Siemens Modules GR 60 48V/120 A Keluaran DC ( Direct Current output) •

Tegangan Keluaran Nominal

•

Batas tegangan yang dapat diatur : 43 s.d 57.5 V

•

Rating daya keluaran

: 1500 W

•


: 31 A @ 48 V

: 48 V

64



: 240 V AC

•

Rating tegangan kerja

: 185 s.d 275 V – pada suhu diatas 50 0 C 150 s.d 185 V pada suhu diatas 30 0 C

•

Frekuensi nominal

: 45 s.d 66 Hz

•

Arus masukan

: 12 A

Converter Powerware APR 48 Rectifier Module digunakan untuk network element BSC dan TRC dengan rincian sebagai berikut : 1) converter BSC System 1 Terdapat 5 (lima) modul converter Kapasitas converter

: 5 X 31 A

Beban yang terukur

: 54,7 A


: 54,48 Volt

2) converter BSC System 2 Terdapat 6 (enam) modul converter Kapasitas converter

: 5 X 31 A

Beban yang terukur

: 49 A


: 54 Volt

3) converter BSC System 3 Terdapat 5 (lima) modul converter Kapasitas converter

: 5 X 31 A

Beban yang terukur

: 50 A


: 54 Volt

65

4) converter TRC System 4 Terdapat 6 (enam) modul converter Kapasitas converter

: 6 X 31 A

Beban yang terukur

: 50 A


: 54,48 Volt

5) converter TRC System 5 Terdapat 5 (lima) modul converter Kapasitas converter

: 6 X 31 A

Beban yang terukur

: 42 A


: 54,48 Volt

6) converter TRC System 6 Terdapat 5 (lima) modul converter Kapasitas converter

: 6 X 31 A

Beban yang terukur

: 50 A


: 54,48 Volt

BAB IV ANALISA HASIL PENELITIAN

4.1

ANALISA SISTEM KELISTRIKAN DI PT.TELKOMSEL Untuk menjaga agar network element tetap bekerja maka diperlukan

sumber listrik lebih dari satu yaitu sumber listrik PLN (Perusahaan Listrik

66

Negara), Diesel generator serta dari baterai yang harus bergantian dalam pengoperasiannya. Secara garis besar sistem kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi itu melingkupi : •

Mains Supply ( Perusahaan Listrik Negara)

•

Diesel Generator untuk cadangan catuan input tegangan AC

•

Distribusi dan Instalasi listrik

•

Converter (Rectifier) yang berfungsi untuk mengubah catuan AC menjadi DC

•

Inverter yang berfungsi untuk mengubah catuan DC menjadi AC no-break

•

Baterai yang merupakan catuan cadangan tegangan DC bila converter mengalami gangguan.

•

Grounding.

•

Sistem Penerangan dan Air Conditioner.

•

FAP (Fire Alarm Protection)

Dari hasil penelitian yang dilakukan di PT. Telkomsel Central Japati Tembung. Sistem kelistrikan dari network element dibagi atas dua sistem yaitu sistem AC Power dan sistem DC Power. Sumber tegangan DC digunakan untuk mensuplai network element seperti : RBS, TRC, BSC, Transmisi dan MSC, sedangkan sumber

tegangan AC dibagi tiga yaitu sumber AC biasa yang

digunakan untuk mensuplai daya listrik seperti penerangan dan air conditioner (ac). Sumber tegangan AC Penting digunakan untuk mensuplai daya listrik untuk peralatan listrik seperti komputer monitoring. Sedangkan sumber AC sangat

67

penting digunakan untuk mensuplai daya listrik untuk network element seperti Intelegent Network, Router / Server dan VAS (value added service). Untuk memindahkan energi listrik dari sumber listrik yang satu ke sumber listrik yang lain secara bergantian dalam pengoperasian sistem power dibutuhkan ATS. Biasanya ATS disertakan dengan AMF sebagai kontrol kendali.

RST Lamp

VM

VS

K01

Beban AC Biasa AM Beban AC Penting

SDP

Dari PLN A

UPS

MC-01

MCB-01

AMF

CT1-

CONVERTER RST Lamp

VM

Interlocked

VS

K02 Bank Baterai

B Dari Genset

Inverter Beban AC Sangat Penting

MC-02

MCB-02

CNT

FM

Gambar 4.1Sistem Kelistrikan di PT. Telkomsel Central Japati Tembung

Sistem kerja panel ATS yang sering di temukan adalah kombinasi untuk pertukaran sumber listrik baik dari baterai dan dari generator ke PLN maupun sebaliknya, bilamana suatu saat sumber listrik dari PLN tiba – tiba padam, maka ATS memerintahkan generator untuk start sekaligus bertugas memberikan proteksi terhadap sistem generator, baik proteksi terhadap unit mesin yang berupa pengamanan terhadap gangguan rendahnya tekanan minyak pelumas (low oil pressure) maupun kondisi temperature mesin serta media pendinginannya, dan juga memberikan perlindungan terhadap unit generatornya baik berupa pengamanannya terhadap beban pemakaian yang berlebih maupun perlindungan

68

terhadap tegangan dan frekuensi generator. Apabila parameter yang diamankan melebihi batas normal / setting maka tugas ATS adalah melepas hubungan arus listrik ke beban sedangkan AMF bertugas untuk memberhentikan kerja mesin. Apabila generator yang dijalankan beroperasi dengan baik, berikutnya ATS bertugas memindahkan sambungan dari sebelumnya yang tersambung dengan PLN dipindahkan secara otomatis ke sisi generator, sebelumnya baterai menyuplai listrik ke generator untuk proses starting generator dan pada saat itu baterai juga menyuplai listrik ke sisi beban hingga generator beroperasi secara normal, kemudian ATS memutus sambungan dari baterai ke generator. Setelah generator beroperasi maka secara otomatis dihubungkan ke beban. Apabila kemudian PLN kembali normal, selanjutnya ATS bertugas untuk mengembalikan jalurnya dengan memindahkan switch kembali ke sisi utama dan untuk kemudian di susul dengan tugas AMF untuk memberhentikan kerja mesin diesel tersebut, demikian seterusnya semua sistem kontrol dikendalikan secara otomatis berjalan dengan sendirinya.

4.2

ANALISA KAPASITAS CONVERTER Converter atau biasa disebut dengan rectifier adalah alat yang digunakan

untuk mengubah sumber arus bolak -balik (AC) menjadi sumber arus searah (DC). Secara garis besar converter berfungsi sebagai :

69

•

Pengubah catuan input tegangan AC menjadi catuan output tegangan DC yang sesuai dengan karakteristik beban.

•

Memelihara kapasitas baterai dengan fasilitas pengisian kembali (recharge baterai), pengisian kompensasi self discharge (floating charge) maupun pengisian penyesuaian (equalizing charge).

•

Memberikan catuan tegangan DC yang aman terhadap beban yang berubah – ubah.

•

Menjamin suplai arus ke beban dari 0 % sampai dengan 100 %. Dari penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa PT. Telkomsel Central

Japati Tembung menggunakan 2 (dua) jenis converter yaitu : 1. Converter Siemens Modules GR 60 2. Converter Powerware APR 48 Rectifier Module

4.2.1 Analisa Kapasitas Converter Siemens Modules GR 60 Spesifikasi Converter Siemens Modules GR 60 Keluaran DC (Direct Current Output) •

Tegangan keluaran nominal

: 48 Volt

•

Pengisisian Floating


•

Pengisian Equalising


•


: 120 A



: 3 phasa AC

•

Rating Tegangan Kerja

: 184 s.d 265 V

•

Frekuensi Nominal

: 50/60 Hz

400 V…-20%. + 15%

70

•

Arus masukan

: 10,5 A

Converter Siemens Modules GR 60 digunakan untuk penyediaan sumber tegangan DC untuk network element : MSC, Inverter, Intelegent Network (IN), Transmisi, dan Router. Dari electrical data diatas diketahui bahwa converter siemens modules GR 60 mempunyai catuan input tegangan AC 3 phasa, 50 Hz dari main supply (PLN) ataupun generator yang masuk melalui Panel MDP yang kemudian didistribusikan ke masing – masing unit converter. Converter Siemens GR 60 memperoleh catuan masukan dari dua SDP : 1) SDP rectifier siemens #1 ( Rectifier system 7,8,9 dan Static By Pass Inverter 1,2,3 ) Dari hasil pengukuran diperoleh data pengukuran : Load R = 105 A Load S = 108 A Load T = 104 A Maka dapat kita hitung daya listrik yang dihasilkan oleh masing – masing phasa dengan Faktor daya (cos θ = 0,85). P R = V x I cos θ = 220 Volt AC x 105 A x 0,85 = 19,635 kwatt. P s = V x I cos θ = 220 Volt AC x 108 A x 0,85 = 20,196 kwatt. P t = V x I cos θ

71

= 220 Volt AC x 104 A x 0,85 = 19,448 kwatt. Maka daya total yang dihasilkan oleh SDP rectifier siemens #1 & Static By Pass Inverter 1,2,3 adalah : PT

= P1 + P 2 + P 3 = 19,635 + 20,196 + 19,448 = 59,279 kwatt.

2) SDP rectifier siemens #2 ( Rectifier system 10,11,12 dan static by pass Inverter) Dari hasil pengukuran diperoleh data pengukuran : Load R = 118 A Load S = 120 A Load T = 117 A Maka dapat kita hitung daya listrik yang dihasilkan oleh masing – masing phasa dengan Faktor daya (cos θ = 0,85). P R = V x I cos θ = 220 Volt AC x 118 A x 0,85 = 22,066 kwatt.

P s = V x I cos θ = 220 Volt AC x 120 A x 0,85 = 22,44 kwatt. P t = V x I cos θ

72

= 220 Volt AC x 117 A x 0,85 = 21,879 kwatt. Maka daya total yang dihasilkan oleh SDP rectifier siemens #2 adalah : PT

= P1 + P 2 + P 3 = 22,066 + 22,44 + 21,879 = 66,385 kwatt. Converter siemens modules GR 60 48V / 120 A merupakan salah satu

converter yang banyak digunakan di perusahaan telekomunikasi. Dalam pengoperasiannya converter ini dirancang secara paralel yaitu keluaran tegangan DC converter diparalelkan dengan baterai dan beban pada terminal –terminal yang tersedia. Alasan – alasan converter dihubungkan paralel dengan beban dan baterai adalah : 1. Nilai tegangan nominal yang akan diterima oleh semua network element akan sama. 2. Penyediaan sumber arus searah (DC) untuk semua network element akan di suplai oleh semua converter unit. 3. Apabila converter system mengalami gangguan maka baterai akan langsung mencatu beban (network element) melalui panel baterai.

Fuse

Fuse

Bank Baterai Beban

Fuse

Converter

73

Gambar 4.2 Sistem Paralel Converter

Terminal Positif Terminal Negatif Fuse

Vac 3 Phasa

Converter

Gambar 4.3 Sistem Paralel Converter siemens modules GR 60

Pada gambar diatas kita dapat mengamati bahwa keluran DC dari converter dihubungkan paralel dengan baterai dan catuan untuk network element pada terminal positif untuk catuan tegangan positif dan terminal negatif untuk catuan tegangan negatif.

74

Di PT. Telkomsel Central Japati tembung terdapat 34 (tiga puluh empat) modul converter siemens modules GR 60 yang dihubungkan secara paralel ke beban dan baterai. Dari penelitian yang telah dilakukan diperoleh data – data

•

Beban yang terukur pada setiap modul

= 68 A

•

Tegangan keluaran yang disetting

= 54 Volt

Beban yang terukur pada converter merupakan distribusi beban / arus listrik yang mengalir dari semua converter yang dihubungkan paralel ke network element sehingga arus total (beban total) dari network element dapat dihitung : Beban total

= 68 A x 34 Modul Converter = 2312 A.

Tegangan keluaran pada converter sebesar 54 volt DC diperoleh dengan melakukan setting / pengaturan tegangan pada converter yang disesuaikan dengan metode pengisian Floating untuk baterai Sonnenschein dryfit A600 yaitu 2,25 Volt/Cell pada suhu 20 0 C (lihat tabel 3.2 Pengaruh temperatur terhadap pegisian baterai). Pengisian Floating merupakan Pengisian kompensasi yang dimaksudkan untuk menjaga kapasitas baterai agar selalu dalam kondisi penuh akibat adanya pengosongan diri (self discharge) yang besarnya 1% dari kapasitas Tegangan Floating

= 2,25 Volt x Jumlah Cell baterai = 2,25 Volt x 24 Cell baterai = 54 Volt DC.

2,25 V/sel

Converter 75

Gambar 4.4 Pengisian Baterai Floating Sedangkan tegangan yang diberikan oleh converter pada pengisian Boost atau pengisian khusus untuk memulihkan baterai secara cepat setelah adanya pengosongan yang banyak, misalnya pada sistim operasi charge discharge yang belum mendapat catuan PLN sebesar 2,35 Volt / Cell ((lihat tabel 3.2 Pengaruh temperatur terhadap pegisian baterai). Sehingga apabila baterai dalam kondisi tidak penuh maka converter akan secara otomatis (setting pada converter) akan memberikan tegangan sesuai dengan tegangan Boost sebesar : Tegangan Boost

= 2,35 Volt x Jumlah Cell baterai = 2,35 Volt x 24 Cell baterai = 56,4 Volt DC

Dari analisa diatas maka dapat dihitung daya listrik yang diberikan oleh seluruh modul Converter siemens modules GR 60 48V / 120 A dalam keadaan normal sebesar : P terpakai

=VxI = 54 Volt DC x 2312 A = 124,848 kwatt

Sedangkan kapasitas daya Converter yang tersedia sebesar : P

tersedia

= V x I x Jumlah Modul Conveter

76

= 54 Volt DC x 120 A x 34 Modul = 220,32 kwatt.

Sehingga kita dapat menghitung efisiensi penggunaan converter apabila bekerja dengan beban normal sebesar :

η utilisasi

=

Pterpakai X 100 % Ptersedia

=

124,848 kwatt X 100 % 220,32 kwatt.

= 56,6 %. Untuk menghindari terjadinya lonjakan beban yang disebabkan oleh pengisian boost pada baterai, maka kapasitas converter harus disesuaikan dengan kapasitas baterai yang terpasang setidaknya kapasitas arusnya harus mencukupi untuk pengisian baterai yang sesuai jenisnya, untuk baterai lead acid (baterai asam) yaitu (0,1 x kapasitas baterai) + beban statis. Baterai Sonnenschein dryfit A600 yang digunakan pada sistem converter Siemens Modules GR 60 merupakan jenis baterai asam (lead acid). Sehingga dapat dihitung jumlah modul converter yang harus tersedia jika terjadi beban puncak. Beban puncak converter (Kc)

= (0,1 x kapasitas baterai) + beban statis

Kc

= ( 0,1 x 10.000 Ah ) + 2312 A

Kc

= 1000 + 2312

Kc

= 3312 A.

*diketahui : Kapasitas baterai 10.000 Ah C10 ( lihat analisa baterai Sonnenschein dryfit A600 )

77

Sehingga jumlah converter yang harus tersedia sebanyak : Jumlah modul converter = Beban puncak / arus keluaran converter =

3312 A = 27,6 atau ± 28 modul converter. 120 A

Converter converter siemens GR60 yang terpasang di PT.Telkomsel Central Japati Tembung sebanyak 34 modul, ini berarti terdapat 6 modul converter siemens GR60 yang beroperasi dalam keadaan stand by. Hal ini dimaksudkan agar apabila terdapat masalah di salah satu modul, maka sistem kelistrikan DC tidak mengalami gangguan.

4.2.2 Analisa Kapasitas Converter Powerware APR 48 Rectifier Module Keluaran DC ( Direct Current output) •

Tegangan Keluaran Nominal

•

Batas tegangan yang dapat diatur : 43 s.d 57.5 V

•


: 48 V

: 31 A @ 48 V



: 220 V AC

•


: 185 s.d 275 V – pada suhu diatas 50 0 C 150 s.d 185 V pada suhu diatas 30 0 C

•

Frekuensi nominal

: 45 s.d 66 Hz

•

Arus masukan

: 12 A

Converter Powerware APR 48 Rectifier Module digunakan untuk penyediaan sumber tegangan DC untuk network BSC dan TRC.

78

Dari electrical data diatas

diketahui bahwa converter Powerware APR 48

Rectifier Module mempunyai catuan input tegangan AC 1 phasa dengan tegangan ± 220V AC. 50 Hz dari main supply (PLN) ataupun generator yang masuk melalui Panel MDP yang kemudian didistribusikan ke masing – masing unit converter. Seperti converter Siemens Modules GR 60, dalam pengoperasiannya converter Powerware APR 48 juga dihubungkan paralel dengan beban dan baterai. Untuk converter Powerware APR 48 Rectifier Module, tegangan keluaran pada converter merupakan tegangan yang disetting untuk pengisian baterai Sonnenschein S12 /130 A secara Floating sebesar 2,27 Volt / cell dan Boost sebesar dari 2,45 volt/cell yang kemudian akan turun pada tegangan 2,35 Volt /cell. (lihat Tabel 3.4 Pengaruh temperatur terhadap pegisian baterai). pada suhu 20 0 C sehingga : Tegangan Floating

= 2,27 Volt x Jumlah Cell = 2,27 Volt x 24 Cell = 54,48 Volt DC

Selain baterai Sonnenschein S12 /130 A, converter Powerware APR 48 Rectifier Module juga menggunakan baterai compact power 6CP-155Ah sebagai sumber energi listrik DC cadangannya. Pada baterai compact power tegangan pengisian floatingnya sebesar 2,25 V/cell pada suhu 20 0 C. Tegangan Floating

= 2,25 Volt x Jumlah Cell baterai = 2,25 Volt x 24 Cell baterai = 54 Volt DC

4.2.2.1 Analisa Kapasitas Converter Powerware APR 48 Rectifier Module Pada Network Element BSC dan TRC.

79

Network element BSC system 1 •

Beban yang terukur

= 54,7 A

•

Tegangan keluaran yang disetting

= 54,48 Volt DC

•

Jumlah modul yang beroperasi

= 5 modul.

•

Baterai yang digunakan

= Sonnenschein S12 /130 A

Dari data diatas dapat dihitung efisiensi penggunaan modul converter Powerware APR 48 rectifier Module untuk network element BSC system 1 P terpakai

=VxI = 54,48 Volt DC x 54,7 A = 2,98 kwatt

Sedangkan kapasitas daya Converter yang tersedia sebesar : P

tersedia

= V x I x Jumlah Modul Conveter = 54,48 Volt DC x 31 A x 5 Modul = 8,44 kwatt.

Sehingga kita dapat menghitung efisiensi penggunaan converter apabila bekerja dengan beban normal sebesar :

η utilisasi

=

Pterpakai X 100 % Ptersedia

=

2,98 kwatt X 100 % 8,44 kwatt.

= 35,3 %. Untuk menghindari terjadinya lonjakan beban yang disebabkan oleh pengisian boost pada baterai, maka kapasitas converter harus disesuaikan dengan kapasitas baterai yang terpasang setidaknya kapasitas arusnya harus mencukupi

80

untuk pengisian baterai yang sesuai jenisnya, untuk baterai lead acid (baterai asam) yaitu (0,1 x kapasitas baterai) + beban statis. Beban puncak converter (Kc)

= (0,1 x kapasitas baterai) + beban statis

Kc

= ( 0,1 x 418 Ah ) + 54,7 A

Kc

= 41,8 + 52,8

Kc

= 96.5 A.

*diketahui : Kapasitas baterai 418 Ah C10 ( lihat analisa baterai Sonnenschein S12/130A) Sehingga jumlah converter yang harus tersedia dalam kondisi normal sebanyak : Jumlah modul converter = Kapasitas minimal converter : arus keluaran converter =

96,5 A 31A

= 3,11 atau ± 4 modul converter.

Sama seperti analisa Kapasitas Converter Powerware APR 48 Rectifier Module pada Network Element BSC System 1, maka untuk perhitungan kapasitas converter yang terdapat pada rectifier system 2, system 3, system 4, system 5 dan system 6 dapat dilihat pada tabel 4.1 dan 4.2

81

Baterai

System

Compact Power Compact Power

Rectifier BSC System 2 Rectifier BSC System 3

Converter Beban Tegangan terukur 54 Volt 54 Volt

Daya Converter Jumlah Modul yang bekerja

Terpakai

tersedia

Utilisasi

5 5

2,646 Kwatt 2,7 Kwatt

8,37 Kwatt 8,37 Kwatt

31% 32%

8,44 Kwatt

32%

8,44 Kwatt

27%

8,44 Kwatt

32%

49 A 50 A

Sonnenschein S12 /130 A Rectifier System 4 54,48 Volt 50 A 5 2,724 Kwatt Sonnenschein S12 /130 A Rectifier System 5 54,48 Volt 42 A 5 2,28 Kwatt Sonnenschein S12 /130 A Rectifier System 6 54,48 Volt 50 A 5 2,724 Kwatt Tabel 4.1 Perhitungan daya converter yang terpakai dan tersedia pada saat beban normal

Baterai Jenis Baterai

Kapasitas Baterai

System

Beban terukur

Converter Beban Puncak (0,1 x K.Bat.) + B.Sta.

310 Ah Rectifier BSC System 2 49 A 80 A 310 Ah Compact Power Rectifier BSC System 3 50 A 81 A Sonnenschein S12 /130 A 418 Ah 91,8 A Rectifier System 4 50 A Sonnenschein S12 /130 A 418 Ah 83,8 A Rectifier System 5 42 A Sonnenschein S12 /130 A 418 Ah 91,8 A Rectifier System 6 50 A Tabel 4.2 Perhitungan Kapasitas Converter yang Harus Tersedia Pada Saat Beban Punc Compact Power

Jumlah Modul Yang Harus tersedia ± 3 Modul ± 3 Modul ± 3 Modul ± 3 Modul ± 3 Modul

72

4.3

ANALISA KAPASITAS BATERAI Baterai

yang

digunakan

pada

sistem kelistrikan

di Perusahaan

Telekomunikasi Telkomsel Central Japati Tembung berfungsi sebagai cadangan (back-up) energi sementara. Pada umumnya terdapat beberapa fungsi baterai yang digunakan

dalam

sistem

kelistrikan

di

perusahaan

Telekomunikasi.

Fungsi – fungsi baterai antara lain : 1) Sebagai penyedia sumber arus listrik searah (dc) cadangan pada sistim tanpa terputus (no break) apabila terjadi gangguan pada sumber listrik utama dari PLN atau gangguan pada converter

sehingga catuan dc ke beban tidak

terputus. 2) Sebagai catuan kompensasi pada saat beban maksimum dimana catuan dari converter sudah tidak mampu lagi untuk mencatu beban sehingga perlu catuan tambahan dari Baterai. 3) Sebagai perata / filter yang sangat baik 4) Sebagai catuan dc langsung ke beban misal pada starting diesel generator. Dari penelitian yang dilakukan diketahui bahwa jenis baterai yang digunakan di perusahaan Telekomunikasi Telkomsel adalah baterai Asam (Lead Acid atau timbel sulfat). Terdapat tiga jenis baterai yang digunakan di PT. Telkomsel Central Japati Tembung. 1. Baterai Sonnenschein dryfit A600 C10. 2. Baterai Sonnenschein S12 /130 A C100. 3. Compact Power 6CP-155Ah C10.

73

4.3.1 Baterai Sonnenschein dryfit A600 PT.

Telkomsel

Central

Japati

Tembung

menggunakan

baterai

Sonnenschein dryfit A600 sebagai sumber tegangan DC cadangan untuk network element MSC, Inverter, Intelegent Network (IN), Transmisi, dan Router. Adapun spesifikasi network element MSC, Inverter, Intelegent Network (IN), Transmisi, dan Router adalah : •

Tegangan nominal

= 48 Volt DC.

•


= 36 s.d 60 Volt DC

•

Beban yang terukur

= 2312 A (arus yang terukur pada converter)

Sedangkan kapasitas dari baterai Sonnenschein dryfit A600 adalah : •

Tegangan nominal

: 2 Volt

•

Kapasitas nominal

: 2000 Ah C10

Untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus listrik DC yang sesuai dengan beban dari network element maka baterai sonnenschein dryfit A600 harus di hubungkan kombinasi seri dan paralel.

a) Baterai dihubungkan secara seri Untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar maka baterai harus dihubungkan secara seri seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini : -

+ +

22

-

23

+ -

2V/2000 Ah

3

-

+

2V/2000 Ah

-

+

2V/2000 Ah

2

+

2V/2000 Ah

1

-

2V/2000 Ah

2V/2000 Ah

-

+

24

74

Gambar 4.5 Baterai dihubungkan seri Baterai dihubungkan secara seri diperoleh nilai tegangan sebesar : Vs

= 2 volt x Jumlah cell baterai

Vs

= 2 volt x 24 cell baterai = 48 volt DC Tegangan baterai sebesar 48 Volt DC merupakan tegangan baterai

berdasarkan hasil perhitungan. Namun setelah dilakukan pengukuran tegangan pada setiap bank baterai, diperoleh nilai tegangan sebesar 43 Volt DC. Hal ini sesuai dengan tabel 3.1 (Data teknik Kapasitas Baterai Sonnenschein dryfit A600) yang menetapkan tegangan baterai sonnenschein dryfit A600 sebesar 1.8 V/Cell. Vp

= 1,8 Volt x Jumlah Cell = 1,8 Volt x 24 cell = 43,2 Volt DC.

b) Baterai dihubungkan secara paralel. Untuk mendapatkan kapasitas baterai yang lebih besar, maka baterai harus dihubungkan secara paralel, dari penelitian yang telah dilakukan terdapat 5 (lima) unit bank baterai Sonnenschein dryfit A600 yang dihubungkan secara paralel, sehingga diperoleh kapasitas Kapasitas Baterai

= Jumlah bank baterai x Kapasitas baterai = 5 x 2000 Ah C10 = 10.000 Ah C10

sehingga kapasitas akhir yang terbentuk sebesar 43 Volt / 10.000 Ah C10

75

sehingga kita dapat menghitung kemampuan baterai untuk dapat memberikan catuan cadangan apabila sumber listrik utama mengalami gangguan. C

=Ixt

t

=

C 10.000 Ah = = 4,32 hour. I 2312 A

ini berarti bahwa kemampuan baterai Sonnenschein dryfit A600 sebagai sumber arus listrik cadangan pada network element MSC, Inverter, Intelegent Network (IN), Transmisi, dan Router apabila sumber listrik utama (PLN / Generator) mengalami gangguan hanya mampu bertahan selama ± 4 jam. -

Bank baterai 1 (43 Volt / 2000 Ah C10) +

+

+

+ 2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

3

+ -

2V/2000 Ah

2

1

+ -

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

-

+

23

22

Terminal

+

Terminal

-

24

-

Bank baterai 2 (43 Volt / 2000 Ah C10) + +

+

+

+ -

23

22

2V/2000 Ah

3

+ -

2V/2000 Ah

2

1

+ -

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

2V/2000 Ah

-

24

-

Bank baterai 3 (43 Volt / 2000 Ah C10) + +

+

+

+ -

23

22

2V/2000 Ah

3

+ -

2V/2000 Ah

2

1

+ -

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

2V/2000 Ah

-

24

-

Bank baterai 4 (43 Volt / 2000 Ah C10) +

+

+

+

23

22

+ -

2V/2000 Ah

3

+ -

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

2

1

+ -

2V/2000 Ah

-

2V/2000 Ah

2V/2000 Ah

-

24

-

Bank baterai 5 (43 Volt / 2000 Ah C10) + ++

+

+

+ -

2V/2000 A

-

2V/2000 A

-

2V/2000 A

-

2V/2000 A

2V/2000 A

2V/2000 A

- -

+

76

Gambar 4.6 Bank Baterai dihubungkan Paralel 4.3.2 Baterai Sonnenschein S12 /130 A C100 PT.

Telkomsel

Central

Japati

Tembung

menggunakan

baterai

Sonnenschein S12/130 Ah untuk sumber arus listrik searah (DC) untuk network element BSC dan TRC yang terdiri dari BSC 1, TRC Medan 13, TRC Medan 10, TRC Medan 21, TRC Medan 19, TRC Medan 26, TRC Medan 27. Spesifikasi Baterai Sonnenschein S12 /130 A C100 •

Tipe baterai

: S12/130 A

•

Tegangan Nominal

: 12 Volt ( terdiri atas 6 cell dalam setiap baterai )

Pada umumnya kapasitas baterai menggunakan kode atau istilah dengan C.. Kode yang biasa digunakan adalah C5, C10, C20 dan C100. Hal ini menyatakan besarnya kapasitas Ah yang tersedia yaitu : C1 untuk proses discharge selama 1 jam C5 untuk proses discharge selama 5 jam C10 untuk proses discharge selama 10 jam C100 untuk proses discharge selama 100 jam PT. Telkomsel melakukan setting pada converternya untuk dapat membatasi proses discharge dari baterai selama 10 jam, sehingga apabila melewati proses discharge selama 10 jam maka converter secara otomatis akan menghentikan

77

proses discharge dan melakukan proses pengisian baterai metode Boost. Dari tabel tabel 3.3 (Tabel Data teknik Kapasitas Baterai Sonnenschein S12) diketahui bahwa jika baterai sonnenschein S12/130 Ah C100 melakukan proses discharge selama 10 jam diperoleh kapasitas sebesar 104,5 Ah dengan tegangan setiap cell nya 1,7 Volt.

Type S12/85 A S12/90 A S12/130 A S12/230 A

C1 (1h) 1.7 V/C 55 Ah 50.5 Ah 66 Ah 120 Ah

Capacities C1 - C100 (20 0 C) C5 (5h) C10 (10h) C20 (20h) 1.7 V/C 1.7 V/C 1.75 V/C 68.5 Ah 74 Ah 76 Ah 72 Ah 78 Ah 84 Ah 93.5 Ah 104.5 Ah 110 Ah 170 Ah 190 Ah 200 Ah

C100 (100 h) 1.8 V/C 85 Ah 90 Ah 130 Ah 230 Ah

4.3.2.1 Analisa Kapasitas Baterai Sonnenschein S12/130 Ah C10 untuk BSC 1 Spesifikasi Network element BSC 1 adalah : •

Tegangan Nominal BSC 1

= 48 Volt DC

•


= 36 s.d 60 Volt DC

•

Beban yang terukur

= 54,7 A (arus yang terukur pada converter )

Kapasitas dari baterai Sonnenschein Sonnenschein S12/130 A C10 adalah : •

Tegangan nominal baterai

= 12 Volt DC

•

Tegangan pengukuran

= 10,2 Volt

•

Kapasitas Nominal

= 104,5 Ah C10

Untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus listrik DC yang sesuai dengan beban dari network element BSC 1 maka baterai harus di hubungkan kombinasi seri dan paralel.

78

Baterai yang dihubungkan kombinasi seri paralel akan memperoleh nilai tegangan sebesar : Vs

= harga tegangan baterai setiap cell x Jumlah cell baterai =1,7 Volt X Jumlah Cell =1,7 Volt X 24 cell = 40,8 Volt.

Nilai kapasitas baterai setelah diparalel sebesar

Kapasitas Baterai

= Jumlah bank baterai x Kapasitas baterai = 4 x 104,5 Ah C10 = 418 Ah C10

79

+

-

-

S 12 / 130 Ah C100

+

S 12 / 130 Ah C100

Bank Baterai 1 Terminal

-

+

S 12 / 130 Ah C100

+

+

Terminal

+

S 12 / 130 Ah C100

-

-

S 12 / 130 Ah C100

-

-

+

S 12 / 130 Ah C100

Bank Baterai 2 -

S 12 / 130 Ah C100

+

+

+

S 12 / 130 Ah C100

-

S 12 / 130 Ah C100

-

-

+

S 12 / 130 Ah C100

Bank Baterai 3 -

S 12 / 130 Ah C100

+

+

+

S 12 / 130 Ah C100

-

S 12 / 130 Ah C100

-

-

+

S 12 / 130 Ah C100

Bank Baterai 4 -

+

S 12 / 130 Ah C100

+

-

S 12 / 130 Ah C100

Gambar 4.7 Baterai dihubungkan seri paralel

sehingga waktu operasi dari baterai sonnenschein S12/130 A untuk BSC 1 selama C

=Ixt

80

t

=

418 Ah C = = = 7,6 hour. 54,7 A I

= 7,9 hour. ini berarti bahwa kemampuan baterai sebagai sumber arus listrik cadangan apabila sumber listrik utama (PLN / Generator) mengalami gangguan hanya mampu bertahan selama ± 7 jam.

4.3.2.2 Analisa Kapasitas Baterai Sonnenschein S12/130 A untuk TRC 13 dan TRC 10, TRC 21 dan TRC 19, TRC 26 dan TRC 27

Spesifikasi Network element TRC adalah : •

Tegangan Nominal TRC

= 48 Volt DC

•


= 36 s.d 60 Volt DC

Jenis, pola hubungan dan kapasitas baterai yang digunakan sama dengan pengukuran pada network element BSC 1 yaitu sebesar 40,8 Volt / 418 Ah C10. Sehingga kemampuan baterai sebagai sumber energi listrik DC cadangan pada network element dapat diketahui melalui tabel di bawah ini :

TABEL HASIL PERHITUNGAN Network Element TRC 13 dan TRC 10 TRC 21 dan TRC 19 TRC 26 dan TRC 27

Beban yang terukur (I) 50 A 42 A 50 A

Kapasitas Baterai (Ah) 418 C10 418 C10 418 C10

Back up time baterai t=C/I ± 8 Jam ± 9 Jam ± 8 Jam

81

4.3.3 Baterai Compact Power PT. Telkomsel Central Japati Tembung menggunakan baterai Compact power untuk sumber arus listrik searah (DC) untuk network element BSC 2 dan BSC 3. Spesifikasi baterai Compact Power adalah : •

Tipe baterai

: 6CP155-6V155Ah

•

Tegangan Nominal

: 6 Volt ( terdiri atas 3 cell dalam setiap baterai )

•

Kapasitas Nominal

: 155 Ah C10

Spesifikasi network element BSC 2 •


= 48 Volt DC

•


= 36 s.d 60 Volt DC

•

Beban yang terukur


Spesifikasi network element BSC 3 •


= 48 Volt DC

•


= 36 s.d 60 Volt DC

•

Beban yang terukur


Untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus listrik DC yang sesuai dengan beban dari network element maka baterai compact power harus di hubungkan kombinasi seri dan paralel, sehingga diperoleh nilai tegangan dan kapasitas setiap bank baterai compact power sebesar : 48 Volt / 310 Ah. Namun dari hasil pengukuran ternyata tegangan yang dihasilkan oleh setiap bank baterai compact power sebesar 43 Volt DC.

82

Dengan mengetahui kapasitas dari baterai compact power dan kebutuhan beban DC untuk network element BSC 2 dan BSC 3 maka kita dapat menghitung kemampuan baterai untuk dapat memberikan sumber listrik arus searah (DC) untuk masing – masing network element Network element BSC 2 C

=Ixt

t

=

C 310 Ah = I 49 A

= 6,23 hour. ini berarti bahwa kemampuan baterai sebagai sumber arus listrik cadangan apabila sumber listrik utama (PLN / Generator) mengalami gangguan hanya mampu bertahan selama ± 6 jam. Network element BSC 3 C

=Ixt

t

=

C 310 Ah = I 50 A

= 6,2 hour. ini berarti bahwa kemampuan baterai sebagai sumber arus listrik cadangan apabila sumber listrik utama (PLN / Generator) mengalami gangguan hanya mampu bertahan selama ± 6 jam.

83

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diperoleh dari tugas akhir yang berjudul Studi

Kapasitas Converter dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik di Perusahaan Telekomunikasi adalah : 1. Sistem kelistrikan yang digunakan pada Teknologi Telekomunikasi bertujuan untuk menjamin ketersediaan daya listrik bagi network element (NE) serta melindungi network element dari gangguan yang bersifat kelistrikan seperti overcurrent, under / over voltage. Oleh karena itu dibutuhkan sistem kelistrikan yang baik dengan penggunaan converter AC-DC sebagai sumber arus searah untuk network element telekomunikasi, penggunaan inverter (DC-AC) untuk penyediaan sumber arus bolak – balik untuk beban AC penting dan penggunaan baterai sebagai pencatuan arus searah DC cadangan pada sistem tanpa terputus (no-break) apabila terjadi gangguan pada catuan utama dari PLN. 2. Dari penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa kapasitas converter yang terpasang mencukupi untuk dapat melayani beban dari network element. Bahkan efisiensi penggunaan dari converter dalam kondisi normal rata – rata 50 % dari kapasitas yang tersedia. 3. Dari penelitian yang telah dilakukan terdapat 3 (tiga) jenis baterai yang digunakan di PT. Telkomsel Central Japati Tembung yaitu Baterai

84

sonnenschein dryfit A600, baterai sonnesnchein S12/130 Ah C100 dan baterai compact power 6CP-155Ah. Sedangkan converter yang digunakan adalah converter siemens modules GR-60 dan converter Powerware APR 48 Rectifier Module.

5.2

SARAN

1. Dari penelitian yang telah penulis lakukan, ternyata skripsi ini perlu untuk di kembangkan lagi, misalkan penelitian mengenai tahanan dalam dari baterai atau penelitian mengenai umur (lifetime) dari baterai dengan melihat faktor – faktor

yang

mempengaruhi

seperti pemeliharaan/maintenance,

proses

pengisian (charge), proses pengosongan (discharge), temperatur (suhu), dan berat jenis dari elektrolit.

85

DAFTAR PUSTAKA

1. Rashid, Muhammad.1999.Elektronika Daya Edisi Bahasa Indonesia Jilid I Jakarta. PT. Prenhallindo.

2. Zuhal.1988. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta. PT. Gramedia.

3. Ramdhani, Mohamad. 2008. Rangkaian Listrik. Jakarta. Erlangga.

4. Exide Technologies,2003. Handbook for Gel-VRLA-Batteries Part.1. Germany.

5. Exide Technologies,2003. Handbook for Gel-VRLA-Batteries Part.2. Germany.

6. AG, Siemens.1999. Handbook Siemens Rectifier Modules GR.60 48 V/120A. Germany.

7. GSM SYSTEM. Internet

8. Aslimeri.2008. Teknik Transmisi Tenaga Listrik. Internet.

86

87

88

STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI TUGAS AKHIR KHAIRUL AMRI

Recommend Documents