Teknik Tenaga Listrik Generator Sinkron
Kelompok 7 Ainur Rofiq (0706199022) Rudy Triandi (0706199874) Reza Perkasa Alamsyah (0806366296) Riza Tamridho (0806366320)
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2010
Daftar Isi Daftar Isi …………………………………………………………………….... 1 Daftar Gambar ………………………………………...…………………….... 3 1. Mesin Listrik …………………………………………................................ 5 2. Generator sebagai Pembangkit …………………………............................. 5 3. Jenis Generator Sinkron …………….......................................................... 6 4. Schematic Generator Sinkron ………………............................................. 6 5. Jumlah Pole ………………………………………….................................. 7 6. Komponen Dasar Generator …………………............................................ 7 6.1 Armature / Main Stator ……….......................................................... 7 6.2 Rotor atau Magnetik Field …………................................................. 7 6.3 Prime Mover …….............................................................................. 8 7. Field Excitation dan Exciters ……………................................................... 9 8. Brushless Excitation ……………................................................................ 9 9. Efisiensi Generator Sinkron …………….................................................. 10 10. Sistem Pendingin Generator Sinkron ……................................................ 10 11. Pusat Pembangkitan …………….............................................................. 10 12. Pembangkitan Tegangan ……………........................................................ 11 13. Struktur Generator ……………................................................................. 14 14. Komponen Generator ……………............................................................. 15 15. Pengontrolan Generator ……………......................................................... 17 16. Reverse Power Relay ……………............................................................. 17 17. Governor ……………................................................................................ 18 18. Rugi-rugi Generator Sinkron ……………................................................. 18 19. Rangkaian Pengganti Generator Sinkron ………...................................... 18 20. Karakteristik Beban ……………............................................................... 19 20.1 Generator Tanpa Beban ………..................................................... 19 20.2 Generator Berbeban …………....................................................... 20 21. Relay Proteksi Generator ……………....................................................... 21 22. Sinkronisasi Generator …………….......................................................... 21
Page 1
23. Double Volt, Double Hz dan Synchronoscope ………….......................... 23 24. Daya Aktif Generator …………................................................................ 23 25. Pertanyaan dan Jawaban …………........................................................... 24 Daftar Pustaka ................................................................................................. 26
Page 2
Daftar Gambar Gambar 1 Penampang melintang generator sinkron .......................................... 5 Gambar 2 Schematic diagram generator sinkron ............................................... 6 Gambar 3 Prime mover generator ...................................................................... 8 Gambar 4 500 MW Generator Sinkron dan 2400 kW dc Exciter ...................... 9 Gambar 5 Typical Brushless Exciter System .................................................... 9 Gambar 6 Pusat pembangkitan ......................................................................... 10 Gambar 7 Generator sinkron ............................................................................ 11 Gambar 8 Instalasi generator sinkron ............................................................... 11 Gambar 9 Penampang melintang generator ..................................................... 11 Gambar 10 Model pembangkitan ..................................................................... 12 Gambar 11 Pembangkitan dengan sudut 45° ................................................... 12 Gambar 12 Pembangkitan dengan sudut 90° ................................................... 12 Gambar 13 Pembangkitan dengan sudut 270° ................................................. 13 Gambar 14 Pembangkitan dengan sudut 360° ................................................. 13 Gambar 15 Konfigurasi koil generator ............................................................. 13 Gambar 16 Permanent magnet pilet exciter ..................................................... 14 Gambar 17 Self Excited generator sinkron ...................................................... 15 Gambar 18 Rotor utama ................................................................................... 15 Gambar 19 Stator utama ................................................................................... 16 Gambar 20 Penguat (exciter) ............................................................................ 16 Gambar 21 Penguat medan .............................................................................. 16 Gambar 22 Penguat rotor ................................................................................. 16 Gambar 23 Dioda dan varistor (RFA) .............................................................. 17 Gambar 24 Governor ........................................................................................ 18 Gambar 25 Rangkaian pengganti generator sinkron ........................................ 18 Gambar 26 Karakteristik generator tanpa beban .............................................. 19 Gambar 27 Generator beroperasi tanpa beban ................................................. 19 Gambar 28 Rangkaian representsi generator tanpa beban ............................... 20 Gambar 29 Kurva saturasi generator tanpa beban ........................................... 20
Page 3
Gambar 30 Relay proteksi generator ................................................................ 21 Gambar 31 Synchroscope ................................................................................ 22 Gambar 32 Line diagram sinkronisasi generator sinkron ................................ 22
Page 4
Generator Sinkron Generator sinkron 3 phase merupakan sumber utama energi yang paling banyak dipakai di power plant maupun di dunia industri dan pertambangan. Mesin ini merupakan konverter energi terbesar di dunia, yang prinsip kerjanya mengubah energi makanik menjadi energi listrik dalam range daya hingga 1500MW. Pada kesempatan ini akan dijelaskan mengenai konsep dasar pembangkitan, jenis penguatan pada generator, prinsip dasar regulasi tegangan, cara kerja generator paralel dan sinkronisasi generator. 1. Mesin Listrik Mesin listrik merupakan alat listrik yang berputar dan dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dan dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanis, serta dapat juga mendistribusikan energi listrik dari suatu rangkaian ke rangkaian lain dengan tegangan yang bisa berubah-ubah dengan frekuensi yang sama melalui suatu medium berupa medan magnet atas dasar prinsip elektro magnetis. Mesin listrik dibagi dua yaitu mesin listrik statis dan mesin listrik dinamis. Mesin listrik statis adalah alat untuk mentransfer energi listrik dari sisi primer ke sekunder dengan perubahan tegangan pada frekuensi yang sama. Contoh mesin listrik stasis adalah transformator. Mesin listrik dinamis dibagi menjadi dua macam yaitu motor listrik dan generator. Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis putaran. Sedangkan generator adalah alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. 2. Generator Sebagai Pembangkit Berikut ini adalah penampang melintang generator yang memiliki bagianbagian umum antara lain rotor, stator, kutub, slip ring, inti besi dan lilitan konduktor.
Gambar 1 Penampang melintang generator sinkron
Page 5
Agar bisa menjadi pembangkit energi listrik, generator sinkron harus memiliki 3 syarat utama, yaitu: 1. Medan magnet Yaitu adanya induksi magnetisasi di sekitar penghantar atau konduktor. 2. Penghantar (konduktor) Konduktor berfungsi sebagai jalan atau media induksi magnetisasi untuk menjadi tegangan atau beda potensial. 3. Relative motion Gerakan yang terus menerus atau konstan yang berfungsi agar induksi dari satu penghantar yang berputar (rotor) dapat memotong induksi dari penghantar tetap (stator) atau yang disebut dengan perpotongan medan magnet atau perpotongan fluks magnetik (garis-garis medan magnet). 3. Jenis Generator Sinkron Generator sinkron dibagi menjadi dua macam yaitu generator sikron stationary field dan generator sinkron revolving field. Generator sinkron stationary field memiliki kesamaan penampakan luar yang sama dengan generator dc. Salient pole membentuk medan dc yang dipotong oleh armature. Armature tersebut memiliki lilitan 3 phase yang terminalnya terhubung ke 3 slip ring yang menempel pada shaft. Sepasang brush pada slip ring memungkinkan armature untuk dihubungkan dengan beban eksternal 3 phase. Armature digerakkan oleh mesin gas atau sumber energi lain. Ketika berputar tegangan 3 phase terinduksi, yang besarnya tergantung pada kecepatan putar dan arus eksitasi dc di stationary pole. Frekuensi tegangan tergantung pada kecepatan dan jumlah pole. Generator sinkron stationary pole generator digunakan untuk output tegangan kurang dari 5kVA. Generator sinkron revolving field memiliki stationary armature yang disebut stator. Lilitan stator 3 phase langsung dihubungkan ke beban. Medan dibangkitkan oleh generator dc. Generator jenis ini umum disebut juga alternator. 4. Schematic Diagram Generator Sinkron Di bawah ini adalah gambar schematic diagram generator sinkron dengan rating 500 MW, main exciter 2400 kW dan pilot exciter 25 kW. Terminal output A, B, C terhubung ke beban.
Gambar 2 Schematic diagram generator sinkron
Page 6
5. Jumlah Pole Jumlah pole generator sinkron tergantung pada kecepatan putaran dan frekuensi yang ingin dihasilkan. Formulasi jumlah pole dan frekuensi ini direpresentasikan dalam persamaan berikut ini. p.n = 120 f n = kecepatan rotor (r/min) p = jumlah pole pada rotor f = frekuensi tegangan induksi (Hz) Formulasi ini bisa digunakan untuk menentukan kecepatan putar rotor sesuai dengan frekuensi tegangan outputnya. Misalnya, generator sinkron memiliki 36 pole, jika kita menginginkan tegangan output dengan frekuensi 60 Hz. Maka kita dapat menentukan kecepatar rotor generator tersebut. p * n = 120 * f 36 * n = 120 * 60 36 * n = 7200 N = 200 r/min Dari perhitungan diketahui bahwa generator harus berputar dengan kecepatan 200 putaran per menit. 6. Komponen Dasar Generator Bagian utama generator ada 3 yaitu, armature (main stator), rotor dan prime mover (tenaga penggerak). 6.1 Armature / Main Stator Armature adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat untuk menerima induksi magnet. Arus ac yang menuju ke beban disalurkan melalui armature, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armature selalu diam (tidak bergerak). Oleh karena itu komponen ini juga disebut dengan main stator. Lilitan armature generator dalam wye & titik netral dihubungkan ke ground. Lilitan dalam wye dipilih karena: 1. Meningkatkan daya output. 2. Menghindari tegangan harmonic, sehingga tegangan line tetap sinusoidal dalam kondisi beban apapun. Dalam lilitan wye tegangan harmonic ketiga masing-masing fasa saling meniadakan, sedangkan dalam lilitan delta tegangan harmonic ditambahkan. Karena koneksi delta tertutup, sehingga membuat sirkulasi arus harmonic ketiga yang meningkatkan rugi-rugi I2R. Nominal tegangan line generator sinkron tergantung pada rating kVA. Pada umumnya semakin besar rating power, semakin besar pula tegangan. Akan tetapi nominal line to line voltage jarang melebihi 25 kVA. 6.2 Rotor atau Magnetik Field Untuk menginduksikan tegangan ke dalam stator maka medan magnet harus berputar terhadap main stator. Magnetic field ini terdiri dari sebuah inti besi yang dililit dengan kawat yang sangat banyak. Pada saat arus DC
Page 7
dialirkan ke field winding maka akan membentuk kutub magnet pada field core. Arus yang dialirkan ini biasa disebut dengan eksitasi. Generator sinkron didesign menggunakan 2 type rotor, yaitu: 1. Salient pole rotor . 2. Cylindrical rotor. Perbedaan utama antara keduanya adalah salient pole rotor digerakkan oleh turbin hidrolik kecepatan rendah sedangkan cylindrical rotor digerakkan oleh turbin uap berkecepatan tinggi. Sebagian besar turbin hidraulic harus berputar pada kecepatan rendah (50 – 300 r/min). Salient pole rotor dihubungkan langsung ke roda kincir dan frekuensi yang diinginkan 60 Hz. Jumlah pole yang dibutuhkan di rotor jenis ini sangat banyak. Sehingga dibutuhkan diameter yang besar untuk memuat pole yang sangat banyak tersebut. Cylindrical rotor Lebih kecil dan efisien daripada low-speed turbine. Untuk 2 pole, frekuensi 60 Hz, putarannya 3600 r/min. Untuk 4 pole, putarannya 1800 r/min. 6.3 Prime Mover Engine yang dipasang pada generator akan dihubungkan melalui sebuah coupling yang diikat pada flywheel engine.
Gambar 3 Prime mover generator
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Beberapa macam penggerak utama generator adalah: Gas Turbine. Wind Turbine. Water Turbine. Steam Turbine. Diesel Engine. Gas Engine.
Page 8
7. Field Excitation dan Exciters
Gambar 4 500 MW Generator Sinkron dan 2400 kW dc Exciter
Field excitation dan exciters merupakan bagian penting design generator sinkron. Bagian ini memastikan stabilitas tegangan terminal ac dan merespon perubahan beban yang terjadi secara mendadak untuk menjaga kestabilan sistem . Fitur terpenting field excitation dan exciters adalah kecepatan respon dari field excitation. Untuk mendapatkan fitur-fitur di atas digunakan 2 generator dc yaitu main exciter & pilot exciter. Main exciter mengalirkan arus eksitasi ke medan generator sinkron melalui sikat dan slip ring. Sedangkan pilot exciter menghasilkan sinyal kontrol (Ic), untuk mengontrol main exciter. 8. Brushless Excitation
Gambar 5 Typical Brushless Exciter System
Brusless exciter sistem hampir sama dengan sistem eksitasi konvensional. Perbedaannya adalah digunakannya rectifier 3-phase menggantikan komutator, slip ring dan brush. Komutator digantikan oleh electronic rectifier, brush dan slip ring tidak digunakan lagi.
Page 9
9. Efisiensi Generator Sinkron Umumnya semakin tinggi power generator maka generator tersebut semakin efisien. Generator dengan rating 1 kW memiliki efisiensi 50%, sedangkan generator model yang sama dengan kapasitas 100 MW memiliki efisiensi 90%. Untuk generator sinkron dengan kapasitas di atas 1000 MW efisiensi mencapai 99%. Power generator semakin tinggi maka power output per kg berat semakin meningkat. Berat mesin kapasitas besar relatif lebih kecil daripada mesin dengan kapasitas kecil. Contohnya adalah generator sinkron kapasitas 1 kW dengan berat 20 kg memiliki output per kg berat sebesar 50 W/kg. sedangkan generator sinkron model yang sama dengan kapasitas 10 MW, berat 20.000 kg, memiliki output per kg berat 500 W/kg. 10. Sistem Pendingin Generator Sinkron Generator sinkron dengan rating kurang dari 50 MW menggunakan sistem sirkulasi cold-air, rating 50 MW – 300 MW berpendingin hydrogen, sedangkan rating 1000 MW menggunakan water-cooled conductor. Sistem pendingin yang mahal dan melebihi nilai ekonomis menjadi titik limit ukuran generator sinkron. Generator kecepatan rendah memiliki dimensi lebih besar daripada generator kecepatan tinggi dengan rating power yang sama. Dimensi besar menyederhanakan sistem pendingin. Slow speed generator sinkron 500 MVA, 200 r/min memiliki dimensi sangat besar pada suatu power plant berpendingin aircooled. Sedangkan high speed generator sinkron 500 MVA, 1800 r/min, memiliki dimensi kecil berpendingin hydrogen-cooled. 11. Pusat Pembangkitan Pusat pembangkitan merupakan area yang dikhususkan untuk menempatkan generator pembangkit lengkap dengan elemen-elemen pendukungnya. Berikut ini adalah beberapa gambar yang didapatkan dari area pembangkitan.
Gambar 6 Pusat pembangkitan
Page 10
Gambar 7 Generator sinkron
Gambar 8 Instalasi generator sinkron
12. Pembangkitan Tegangan Pembangkitan tegangan merupakan proses yang paling penting dalam suatu power plant. Dalam proses ini pula energi listrik didapatkan dari konversi energi mekanis. Berikut ini adalah gambar penampang melintang generator sinkron.
Gambar 9 Penampang melintang generator
Page 11
Berikut ini proses dasar pembangkitan tegangan elektrik dengan melibatkan sepasang slip ring dan brush.
Gambar 10 Model pembangkitan
Beberapa gambar berikut ini mendeskripsikan proses pembangkitan tegangan dengan beberapa sudut yaitu 45°, 90°, 270° dan 360°.
Gambar 11 Pembangkitan dengan sudut 45°
Gambar 12 Pembangkitan dengan sudut 90°
Page 12
Gambar 13 Pembangkitan dengan sudut 270°
Gambar 14 Pembangkitan dengan sudut 360°
Gambar 15 Konfigurasi koil generator
Page 13
13. Struktur Generator Generator dibagi menjadi dua yaitu permanent magnet generator dan self excited generator. Permanent magnet generator menerima power untuk regulator dari pilot exciter generator. Pilot exciter generator terdiri dari permanent magnet (rotor) dan armature (rotor). Pilot exciter generator juga bekerja secara tersendiri/terpisah dari main generator. Pada kondisi beban besar, excitation pada exciter-nya akan lebih stabil. Oscillation voltage pada kondisi perubahan beban tidak akan langsung mempengaruhi kondisi pilot exciter.
Gambar 16 Permanent magnet pilet exciter
Self exited generator menerima tenaga untuk excitation dan voltage sensing untuk regulator dari output main generator armature (stator). Dimana system ini sebuah generator mengandalkan residual magnetism yang terdapat pada main field coil, main armature coil, AVR, dan exciter. Pada saat start awal sisa Kemagnetan dari gulungan tersebut terinduksi, dan main field rotor diputar engine, dan mulai menginduksikan ke main armature stator dan menghasilkan power output.
Page 14
Gambar 17 Self Excited generator sinkron
14. Komponen Generator Komponen generator terdiri dari beberapa bagian yaitu rotor utama (main field), stator utama (main armature), penguat (exciter), penguat medan (field exciter), penguat rotor (armature exciter) dan dioda & varistor (RFA).
Gambar 18 Rotor utama
Page 15
Gambar 19 Stator utama
Gambar 20 Penguat (exciter)
Gambar 21 Penguat medan
Gambar 22 Penguat rotor
Page 16
Gambar 23 Dioda dan varistor (RFA)
15. Pengontrolan Generator AVR (Automatic Voltage Generator) fungsinya untuk menjaga tegangan yang dihasilkan generator tetap konstan. Tegangan yang diatur adalah ketika tegangan pada beban nol sampai tegangan pada beban penuh dimana untuk menjaga eksitasi dan putarannya tetap. Pengaturan dilakukan dengan cara membandingkan tegangan dari generator dan tegangan dari sistem. Voltage regulator memvariasikan tahanan pada field winding circuit untuk mempertahankan agar terminal voltage konstan secara otomatis. Bila beban dihubungkan dengan generator, maka akan terjadi penurunan tegangan. Hasilnya, tegangan output generator akan jatuh. Field output terminal merupakan connection point untuk exciter field. Regulator power stage harus dapat memasok tegangan yang cukup ke field. Power stage harus mempunyai current rating yang cukup untuk field resistance pada exciter. AVR terdiri dari 3 bagian utama, yaitu: 1. Komponen untuk memonitor tegangan output dari generator. 2. Komponen untuk menentukan tegangan set point. 3. Komponen untuk membandingkan tegangan output generator & set point sehingga menhasilkan error signal. Tiga keadaan AVR, yaitu: 1. Jika tegangan output tinggi maka error signal (+) AVR akan memberian perintah untuk mengurangi arus eksitasi. 2. Jika tegangan cocok dengan harga set point (0) maka AVR tidak akan memberikan perintah apapun. 3. Jika tegangan output rendah maka error signal akan (-) maka AVR akan memberi perintah agar menambahkan arus eksitasi. 16. Reverse power relay Reverse Power Relay berfungsi untuk mencegah terjadinya sistem eksitasi yang melampaui batas (loss of field), kondisi dimana generator mendapatkan tegangan dari sistem sehingga generator akan menjadi motor sinkron yang juga berarti generator menjadi beban.
Page 17
17. Governor
Gambar 24 Governor
Fungsi governor adalah menjaga agar kecepatan motor tetap konstan sehingga frekuensi generator tetap stabil. Untuk mesin sinkron frekuensi generator harus sama dengan frekuensi busbar, permasalahannya frekuensi dari jaringan tidak selamanya konstan sehingga frekuensi generator harus menyesuaikan. 18. Rugi-rugi Generator Sinkron Daya mekanik ke generator tidak sepenuhnya diubah menjadi daya listrik, daya yang tidak menjadi energi listrik inilah yang menjadi rugi-rugi generator. Rugi-rugi generator sinkron yaitu: 1. Rugi-rugi gesekan dan angin. 2. Rugi-rugi inti. 3. Rugi-rugi tembaga. 4. Rugi-rugi stray. Rugi-rugi gesekan dan angin & rugi-rugi inti merupakan rugi-rugi tetap generator sinkron. Rugi-rugi tembaga & rugi-rugi stray merupakan rugi-rugi berubah. Kedua rugi-rugi ini berubah seiring dengan berubahnya beban generator. 19. Rangkaian Pengganti Generator Sinkron
Gambar 25 Rangkaian pengganti generator sinkron
Parameter-parameter tersebut adalah: E1 : Gaya gerak elektrik Rs : Resistansi stator Rr : Resistansi rotor Page 18
m Lls Llr S
: Induktansi magnetisasi : Induktansi bocor stator : Induktansi bocor rotor : Slip
20. Karakteristik Beban 20.1 Generator Tanpa Beban Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh).
Gambar 26 Karakteristik generator tanpa beban
Gambar 27 Generator beroperasi tanpa beban
Gambar di atas adalah generator sinkron 2 kutub, tanpa beban digerakkan oleh turbin dengan kecepatan konstan. Terminal outputnya A, B, C & N dengan variabel exciting current Ix. Rangkaian pengganti generator tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Page 19
Gambar 28 Rangkaian representsi generator tanpa beban
Eo adalah tegangan terminal dan netral. Semakin besar Ix, semakin besar Eo dengan proporsi yang sama. Ketika terjadi saturasi kenaikan tegangan Eo semakin kecil dengan penambahan nilai Ix yang sama. Karakteristik ini hampir sama dengan generator DC. Kurva saturasi dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 29 Kurva saturasi generator tanpa beban
20.2 Generator Berbeban Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada: 1. Resistansi jangkar Ra Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I. Ra yang sefasa dengan arus jangkar. 2. Reaktansi bocor jangkar Xl Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor. Page 20
3. Reaksi Jangkar Xa Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan. 21. Relay Proteksi Generator
Gambar 30 Relay proteksi generator
1. 2. 3. 4.
Relay proteksi pada generator memiliki fungsi antara lain: Loss excitation. Over excitation. Current unbalance. Under and over voltage.
22. Sinkronisasi Generator Generator yang dikoneksikan ke bus sistem atau generator lain harus disinkronisasi dahulu. Disinkronisasi berarti: 1. Frekuensi generator sama dengan frekuensi sistem. 2. Tegangan generator sama dengan tegangan sistem. 3. Tegangan generator se-fase dengan tegangan sistem. 4. Urutan fase generator sama dengan urutan fase sistem. Proses umum sinkronisasi: 1. Mengatur kecepatan regulator turbin sehingga frekuensi generator mendekati frekuensi sistem. 2. Mengatur eksitasi sehingga tegangan generator (Eo) sama dengan tegangan sistem (E) 3. Mengamati sudut fase antara Eo dan E melalui Synchroscope .
Page 21
Gambar 31 Synchroscope
Cek tegangan alternator, harus sama dengan tegangan sistem. Tunggu sampai saat jarum penunjuk menyentuh 0, berarti kedua generator sefase.
Gambar 32 Line diagram sinkronisasi generator sinkron
4. Menutup line circuit breaker, menghubungkan generator ke sistem. Umumnya sinkronisasi generator dilakukan oleh sistem secara otomatis.
1. 2. 3. 4. 5.
Metode paralel generator sinkron: Polaritas dari generator harus sama. Nilai efektif tegangan harus sama (Vrms). Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama. Frekuensi kedua generator dan frekuensi generator dengan jala-jala harus sama. Urutan fasa dari kedua generator harus sama.
Kerja Paralel Generator: 1. Lampu Cahaya berputar dan Volt-meter. 2. Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Synchroscope. 3. Cara Otomatis (Memakai Modul Sinkronisasi Genset ). Menggunakan alat yang secara otomatis memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi, dan urutan fasa. Apabila semua kondisi telah tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan. Page 22
23. Double Volt, Double Hz Dan Syncronoscope Ketepatan sudut fasa dapat dilihat dari synchroscope. Bila jarum penunjuk berputar berlawanan arah jarum jam, berarti frekuensi generator lebih rendah dan bila searah jarum jam berarti frekuensi generator lebih tinggi. Pada saat jarum telah diam dan menunjuk pada kedudukan vertikal, berarti beda fasa generator dan jala-jala telah 0 (Nol) dan selisih frekuensi telah 0 (Nol), maka pada kondisi ini saklar dimasukkan (ON). 24. Daya Aktif Generator Daya yang dihasilkan oleh generator sinkron dapat dirumuskan dalam persamaan berikut ini. P=
Eo E sin δ Xs
P = Daya Aktif [W] Eo = Tegangan Induksi per Phasa [V] E = Tegangan Terminal per Phasa [V] Xo = Reaktansi Singkron per Phasa [Ω] δ = Sudut torsi antara Eo dan E Besarnya sudut antara E dan Eo (d) berpengaruh pada besar daya aktif yang dihasilkan. Semakin besar sudut torsi semakin besar Daya Aktif yang dihasilkan. Akan tetapi terdapat batas maksimum daya aktif yang bisa dihasilkan yaitu pada d=90. Lewat dari itu daya yang di hasilkan akan turun kembali.
Contoh soal! 1. Generator 3 phasa 36MVA, 21kV mempunyai reaktansi 9W per phasa, jika tegangan eksitasi 12kV (line2netral) dan tegangan sistem 17.3kV, hitung! a) Daya aktif dimana sudut torsi 30. b) Daya puncak yang bisa dihasilkan. Jawab a) Eo = 12kV E = 17.3kV/1.732 = 10kV P = (EoE/Xs)sin d = (10x12/9)x0.5 = 6.77 MW Total dayanya adalah 3 x 6.77 MW = 20MW b) Dimana d = 90 P = (EoE/Xs)sin d = (10x12/9)x1 = 13.3 MW Total dayanya adalah 3 x 13.3 MW = 40MW
Page 23
25. Pertanyaan dan Jawaban 1. Pada saat seperti apa generator sinkron perlu untuk dilakukan sinkronisasi ? Dan berapa lama generator tersebut bisa disinkronisasi? Jawab: Seiring dengan perkembangan industri dan bertambahnya penduduk, kebutuhan energi khususnya energi listrik semakin meningkat pula. Dengan bertambahnya kebutuhan (beban) tersebut maka ketersediaan pasokan energi menjadi hal yang harus dipenuhi. Salah satu solusi untuk menambah pasokan energi tersebut adalah menambah generator yang terhubung ke sistem (power plant). Syarat utama generator disinkronisasi adalah memiliki frekuensi dan urutan fase yang sama dengan sistem. Selama syarat-syarat terjadinya sinkronisasi terpenuhi maka generator tersebut bisa disinkronkan dengan sistem atau dengan generator yang lain. 2. Sebutkan apa saja rugi-rugi generator sinkron? Jawab: Jawaban untuk pertanyaan ini sudah dimuat di slide page 63 & 64 dan paper halaman 18. 3. Bagian mana dari generator sinkron yang sering rusak dan bagaimana cara untuk mengatasinya? Jawab: Semua peralatan mekanis dan elektris memiliki masa pakai (life time) sesuai dengan design dan fabrikasinya. Namun, adakalanya ada bagian tertentu yang sering mengalami kerusakan dan harus diganti sebelum masa pakai yang sesuai dengan design dan fabrikasinya habis. Untuk generator sinkron, magnet & rotor adalah bagian yang sering mengalami kerusakan lebih awal. Berkurangnya kemagnetan menyebabkan pembangkitan medan yang tidak sempurna. Hal ini menyebabkan kinerja generator tidak optimal dan efisien. Sedangkan rotor adalah salah satu bagian yang rawan karena bagian ini yang bekerja secara mekanis. Karena berputar secara terus menerus maka dalam jangka waktu tertentu sering terjadi keausan dan harus diganti agar generator tetap dapat memberikan output yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. 4. Bagaimana cara untuk mengatur tegangan keluaran generator sinkron? Jawab: Tegangan generator sinkron selalu tetap sesuai dengan rating yang dimilikinya. Sedangkan yang berubah adalah beban yang dihubungkan ke terminal output generator. Dengan naik turunnya beban maka sistem menjadi tidak stabil, sehingga yang diperlukan adalah menjaga agar generator tetap stabil dalam kondisi beban apapun. Salah satu instrument yang dipakai untuk menjaga tegangan yang dihasilkan generator tetap stabil adalah AVR (Automatic Voltage Generator). Tegangan yang diatur adalah tegangan pada beban nol sampai tegangan pada beban penuh (menjaga eksitasi dan putaran
Page 24
tetap). Pengaturan dilakukan dengan membandingkan tegangan generator dan tegangan sistem. 5. Saat tegangan supply dari PLN terputus, generator sinkron menyala dalam beberapa saat. Bagaimana mekanisme ini bisa terajadi? Jelaskan? Jawab: Dalam design electrical system selalu mempertimbangkan penambahan beban di masa akan datang dan kemungkinan kerusakan (fault) pada sistem utama. Salah satu caranya adalah dengan menambah emergency generator sebagai back up sistem utama (essential). Fungsi utama emergency generator adalah menggantikan essential generator ketika terjadi fault atau terputusnya supply dari PLN, mem-back up sistem saat diperlukan maintenance dan menambah electric power ketika terjadi penambahan beban. Transisi dari essential ke emergency generator diperlukan agar beban selalu terpenuhi kebutuhan energi listriknya. Salah satu instrument yang dipakai untuk transisi ini adalah electric switch module yang akan secara otomatis mendeteksi failure sistem utama dan mengalihkan beban ke emergency sistem.
Page 25
Daftar Pustaka 1. Zuhal, 1995, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, cetakan kelima, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2. cqboce.en.alibaba.com 3. www.ccitonline.com 4. asyraaf.blog.com 5. rimoo.wordpress.com 6. http://www.directindustry.com 7. http://digilib.petra.ac.id 8. Nurafiat, Dadan, Analisis Susut Daya Generator Sinkron pada Beban Nonlinier. Courtesy of www.scribd .com 9. Chapman, Stephen J., Electric Machinery Fundamentals, Singapore : McGraw-Hill, Inc, 1985.
Page 26
