BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Pendidikan memiliki peran yang sangat penting dalam membentuk keterampilan dan
kecakapan seseorang untuk memasuki dunia kerja. Pendidikan yang dilakukan di perguruan tinggi masih terbatas pada pemberian teori dan praktek dalam skala kecil. Agar dapat memahami dan memecahkan setiap permasalahan yang muncul di dunia kerja, maka mahasiswa perlu melakukan kegiatan pelatihan dan atau kerja secara langsung di instansi/lembaga yang relevan dengan program pendidikan yang diikuti. Sehingga tidak hanya menguasai ilmu yang bersifat teoritis tetapi juga mampu untuk mengimplementasikannya ke kondisi yang nyata. Selain mahasiswa dapat menambah pengalaman, pengetahuan dan wawasan langsung pada dunia kerja, mahasiswa juga diharapkan mampu mendapatkan pembelajaran dan mengembangkan sifat profesionalisme, team work, tanggung jawab dan berbagai soft skill lainnya yang hanya dapat diperoleh dari praktek langsung di dunia kerja. Sehingga pada akhirnya perguruan tinggi mampu menghasilkan Sumber Daya Manusian yang berkualitas sesuai dengan kebutuhan dunia kerja saat ini. Salah satu program yang ditempuh untuk mewujudkan hal tersebut diatas, STT PLN dalam hal ini jurusan Teknik Elektro mengadakan program kerja magang khususnya pada bidang ketenagalisktrikan. Pemilihan PT. Consolidated Electric Power Asia sebagai lokasi Praktek Kerja Magang mengingat perusahaan ini bergerak dalam bidang ketenagalistrikan khususnya pada hal pembangkitan energi listrik. PT. Consolidated Electric Power Asia (PT CEPA) merupakan perusahaaan penanaman modal asing yang didirikan dan berada di bawah hukum Republik 1
Indonesia. PT Consolidated Electric Power Asia merupakan perusahaan kontraktor pengoperasian dan pemeliharaan PLTGU Sengkang. Dalam pembangkitan energi listrik, generator sinkron merupakan salah satu peralatan utama yang berperan untuk mengonversi energi mekanik menjadi energi listrik, sehingga kehandalan kinerja generator sinkron perlu dipertahankan secara terus menerus. Akan tetapi dalam pengoperasiannya, beban generator yang terhubung pada suatu sistem tenaga listrik akan selalau dapat berubah-ubah, baik itu beban berupa daya aktif maupun beban berupa daya reaktif. Perubahan beban daya reaktif generator sinkron menyebabkan terjadinya perubahan tegangan keluaran dari generator dan juga dapat berdampak pada hilangnya sikronisasi antara generator terhadap sistem tenaga listrik dimana generator tersebut terhubung. Kondisi ini akan mengganggu stabilitas kinerja generator dan secara menyeluruh akan mempengaruhi stabilitas dan kehandalan dari sistem tenaga listrik tersebut. Oleh karena itu, fenomena pengaruh perubahan pembebanan daya reaktif terhadap kestabilan tegangan generator perlu dipelajari dalam rangka mendukung stabilitas dan kehandalan sistem tenaga listrik. Dalam program kerja magang ini, akan diangkat penbahasan dengan judul “ Studi Pengaturan Daya Reaktif Generator Sinkron pada PLTGU Sengkang”. 1.2 Dasar Pemikiran 1. Tujuan Pendidikan Nasional, yaitu untuk meningkatkan kualitas manusia Indonesia yang beriman dan bertaqwa kepada Tuhan Yang Maha Esa, berbudi pekerti luhur, berkepribadian mandiri, maju, tangguh, cerdas, kreatif, terampil, berdisiplin, ber-etos kerja, professional, bertanggung jawab, dan produktif serta sehat jasmani dan rohani. 2. Tridharma Perguruan Tinggi, yaitu : Pendidikan, Penelitian, dan Pengabdian Masyarakat. 2
3. Tujuan didirikaannya STT PLN Jakarta, yaitu memenuhi tuntutan akan tenaga-tenaga ahli yang terdidik, terampil dan professional di bidang ketenaga listrikan. 1.3 Tujuan Kegiatan 1.3.1 Umum 1. Menambah pengalaman, pengetahuan dan wawasan secara langsung mengenai dunia kerja sesuai dengan bidang dan prisip ilmu yang ditekuni oleh setiap mahasiswa. 2. Mendapatkan pembelajaran dan mengembangkan sifat profesionalisme, team work, tanggung jawab dan berbagai soft skill lainnya yang hanya dapat diperoleh dari praktek langsung di dunia kerja. 3. Membandingkan penerapan teori yang diterima dalam ruang lingkup akademik 1.3.2
kampus dengan pengaplikasiannya pada dunia kerja. Khusus 1. Untuk memenuhi beban Satuan Kredit Semester (SKS) yang harus ditempu sebagai persyaratan akademis pada Jurusan Teknik Elektro, Sekolah Tinggi Teknik PLN Jakarta. 2. Mengetahui kinerja dan/atau peran pengaturan daya reaktif generator sinkron pada PLTGU Sengkang. 3. Mengetahui proses manajemen perusahaan PT. Consolidated Electric Power Asia dalam kegiataan usahanya berupa Pemeliharaan dan Pengoperasian PLTGU Sengkang.
1.4 Manfaat Kegiatan 1.4.1 Bagi Mahasiswa 1. Sebagai sarana latihan dan penerapan ilmu pengetahuan perkuliahan. 2. Meningkatkan kemampuan dan sosialisasi lingkungan kerja. 3. Menambah pengetahuan, pengalaman, dan wawasan di lapangan kerja mengenai dunia kerja khususnya mengenai kinerja dan/atau peran pengaturan daya reaktif generator sinkron pada PLTGU Sengkang. 3
1.4.2
Bagi Perguruan Tinggi 1. Terciptanya hubungan kerja sama yang saling menguntungkan antara kedua belah pihak, yaitu dapat menempatkan mahasiswa yang potensial untuk mendapatkan pengalaman di tempat yang bersangkutan.
1.4.3
Bagi Perusahaan 1. Merupakan sarana untuk menjembatani antara instansi atau perusahaan dengan lembaga pendidikan untuk bekerja sama lebih lanjut baik bersifat akademis maupun non akademis. Perusahaan dapat melihat tenaga kerja yang potensial dikalangan mahasiswa sehingga apabila suatu saat perusahaan membutuhkan karyawan bisa merekrut mahasiswa tersebut. 2. Hasil analisa dan penelitian yang dilakukan selama kerja praktek dapat menjadi bahan masukan bagi pihak perusahaan untuk menentukan kebijaksanaan perusahaan di masa yang akan datang khususnya di bidang ketenagalistrikan.
1.5 Pelaksanaan Tempat: PT. CONSOLIDATED ELECTRIC POWER ASIA Jl. PLTGU; Desa Patila; Kec. Pammana; Kab. Wajo; Sulawesi Selatan – Indonesia Waktu
: 02 Maret 2015 – 29 Mei 2015
1.6 Batasan dan Rumusan Masalah Mengingat bahwa tidak semua bidang dapat dipelajari serta keterbatasan waktu dan kemampuan, maka Praktek Kerja Magang ini hanya difokuskan untuk membahas sistem pengaturan daya rekatif generator sinkron pada PLTGU Sengkang dengan rumusan masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana sistem pengaturan daya reaktif generator sinkron pada PLTGU Sengkang? 4
2. Bagaimana peran sistem pengaturan daya reaktif generator sinkron pada PLTGU Sengkang terhadap kestabilan dan kehandalan kinerja generator tersebut? 1.7 Metode Kegiatan Metode yang akan digunakan dalam proses kerja magang ini adalah sebagai berikut: 1. Studi Kepustaka Mengumpulkan dasar teori dengan mempelajari literatur dari mata kuliah, referensireferensi buku maupun jurnal ilmiah pada internet yang mendukung prose kerja magang. 2. Studi Lapangan Melakukan studi lapangan yang langsung pada unit PLTGU Sengkang. 3. Studi Bimbingan Melakukan konsultasi dan diskusi dengan pembimbing kerja magang baik pembimbing yang berasal dari kampus maupun pembimbing lapangan yang berada di PLTGU Sengkang. 1.8 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan laporan kerja magang ini sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan antara lain tentang latar belakang, dasar pemikiran, tujuan kegiatan, manfaat kegiatan, waktu dan tempatpelaksanaan, batasan dan rumusan masalah, metode kegiatan, serta sistematika penulisan BAB II TINJAUAN UMUM PERUSAHAAN Pada bab ini berisi tentang sejarah pembangunan PLTGU Sengkang, profil PT. Consolidated Electric Power Asia, manajemen PT. Consolidated Electric Power Asia, serta Keselamatan dan Kesehatan Kerja BAB III PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS DAN UAP (PLTGU) SENGKANG Pada bab ini berisi tentang hal-hal yang berhubungan dengan proses pembangkitan energi listrik pada PLTGU Sengkang. BAB IV PEMBAHASAN
5
Dalam bab ini berisi tentang pengaturan daya reaktif generator sinkron pada PLTGU Sengkang. BAB V PENUTUP Dalam bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari hasil pelaksanaan Kerja Magang pada PT. Consolidated Electric Power Asia. BAB II TINJAUAN UMUM PERUSAHAAN 2.1. Sejarah Pembangunan PLTGU Sengkang Untuk mengantisipasi peningkatan kebutuhan tenaga listrik, mulai tahun 1992 Pemerintah Indonesia mengundang partisipasi pihak swasta dalam pengadaan tenaga listrik. Proyek listrik swasta ini dikenal dengan nama Independent Power Producer (IPP). Energy World Corporation (ECW) menanamkan investasi dengan membangun proyek pembangkit listrik melalui subsidiary-nya yaitu “PT. Energi Sengkang” dan sekaligus membangun proyek Kampung Baru Gas Field (Onshore) sebagai penyuplai gas alam untuk bahan bakar pembangkit listrik melalui subsidiary yang lain yaitu “Energy Equity EPIC Sengkang” yang berlokasi di Kampung Baru Kec. Gilireng. Gas alam tersebut kemudian disalurkan melalui pipa bawah tanah sepanjang 29 km menuju PLTGU Sengkang milik PT. Energi Sengkang yang berlokasi di Desa Patila Kec. Pammana. Hingga saat ini, PLTGU Sengkang merupakan unit pusat listrik terbesar yang ada di Sulawesi Selatan dengan total kapasitas daya yang dibangkitkan sebesar 315 MW. Pusat listrik ini terdiri dari dua blok unit pembangkit, yaitu Blok I dan Blok II, dengan sejarah pembangunan proyek sebagai berikut :
Tanggal 23 April 1996, Penandatanganan Power Purchase Amandemen (PPA) antara PT. Energi Sengkang dengan PT. PLN
6
Tanggal 27 September 1997, Commercial Operation of 85 MW Open Cycle Power
Plant (2 x 45 MW ALSTOM Gas Turbines) Tanggal 12 September 1998, Commercial Operation of 135 MW Combined Cycle
Power Plant (Blok 1). Tanggal 19 September 2002, Penandatangan Power Purchase Amandemen (PPA)
menjadi 195 MW. Additional 60 MW simple cycle (Blok II) Maret 2008, Konstruksi 60 MW simpe cycle dan commercial operation pada tanggal
17 november 2008, O&M dipegang langsung oleh PT Energi Sengkang. 12 November 2010, Penandatangan Power Purchase Amandemen (PPA) menjadi 315 MW. Additional 120 MW untuk blok II menjadi 180 MW Combined Cycle Power Plant dan telah commercial operation pada september 2013. Dengan demikian, total kapasitas daya yang dibangkitkan pada blok I dan blok II
PLTGU Sengkang sebesar 315 MW. Tabel 2.1 Kapasitas Daya yang Dibangkitkan DEVELOPMENT
STATUS
CAPACITY
UNIT
COD
Combined Cycle
In Operation
135
MW
12 Sept 1998
Gas Turbine 21
In Operation
60
MW
17 Nov 2008
Gas Turbine 22
In Operation
60
MW
08 Mar 2013
Steam Turbine 28
In Operation
60
MW
15 Sept 2013
7
Gambar 2.1. PLTGU Sengkang
Proyek listrik ini memberikan berbagai manfaat bagi pemerintah , PLN dan masyarakat Sulawesi Selatan dengan alasan sebagai berikut : 1. Pemanfaatan gas alam akan mengurangi ketergantungan bada bahan bakar minyak, mengurangi biaya bahan bakar pembangkit listrik dan berwawasan lingkungan. 2. Proyek ini menyediakan pembangkit listrik yang efisien dan handal untuk memenuhi kebutuhan listrik saat ini dan di masa yang akan datang di Sulawesi Selatan. 3. Investasi swasta pada proyek ini akan mengurangi kebutuhan investasi dan pinjaman PLN untuk pengadaan listrik. 4. Proyek ini menyediakan lapangan kerja bagi masyarakat Sulawesi Selatan baik pada tahap pembangunan dan pengoperasian Pembangkit Listrik Sengkang menggunakan teknologi yang efisien dan berwawasan lingkungan karena menggunakan bahan bakar yang paling bersih yaitu, gas alam. Bahan bakar ini memiliki dampak minimal terhadap lingkungan dan memiliki tingkat emisi yang rendah. Keuntungan yang lain adalah terjaganya kualitas lingkungan, tingkat emisi yang rendah,
8
penggunaan air yang terbatas, tingkat gangguan kebisingan yang rendah, limbah produksi yang minimal dan tanpa residu bahan bakar. 2.2.
Profil PT. Consolidated Electic Power Asia PT.Consolidated Electric Power Asia, merupakan perusahaan penanaman modal asing yang bergerak dalam bidang kontraktor pengoperasian dan pemeliharaan unit pembangkit tenaga listrik, dimana PT.Consolidated Electric Power Asia dalam menjalankan bisnisnya memiliki komitmen untuk memastikan seluruh proses berjalan dengan cara yang aman, efisien dan ramah terhadap lingkungan. PT.Consolidated Electric Power Asia merupakan anak perusahaan dari Energi World Corporation LTD yang memiliki kantor pusat di Hongkong . Perusahaan ini memiliki rekan kerja yang terdapat di benua Benua Asia dan Australia. Energi World Corporation LTD merupakan perusahaan yang bergerak dibidang penghasil energi yaitu energi listrik, minyak dan gas di dunia yang 60% proses kegiatan produksinya berada Indonesia yaitu di Kabupaten Wajo, Sulawesi Selatan. Name PT. CONSOLIDATED ELECTRIC POWER ASIA Type of Business Power Generation Site Office Address Jln. PLTGU Sengkang Desa Patila Kec. Pammana, Sulsel Post Code 90971 Phone No. 0485 22228 Fax no. 0485 22366 E-mail Address
[email protected] Head Office Address Graha Pena Building 17 Floor jln Urip Sumoharjo Makassar Post Code 90234 Phone No. 0411 421879 Fax no. 0411 42072 PT. Consolidated Electric Power Asia telah mengoperasikan dan memelihara unit-unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) yang dimiliki oleh PT. Energi Sengkang
9
sejak tanggal 13 Maret 2012 setelah menggantikan kontraktor pengoperasian dan pemeliharaan sebelumnya, PT. ALSTOM Power Energy System Indonesia. PT. CEPA sangat menekankan Kesehatan, Keselamatan Kerja Dan Penangan Lingkungan sehingga mendapat berbagai penghargaan dan sertifikat dari pemerintah setempat, Nasional maupun Internasional. PT. CEPA telah memperoleh sertifikat Quality Management System Standard ISO 9001:2008, Environmental Management System Standard ISO 14001:2004, Occupational Health and Safety Management System Standard OHSAS 18001:2007, penghargaan dari pemerintah provinsi sulawesi selatan mengenai penerapan prinsip-prinsip manajemen keselamatan dan kesehatan kerja (smk3) dan penerapan Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3), penghargaan dari Kementrian Tenaga Kerja dan Transmigrasi dalam Kecelakaan Kerja Zero. Dalam melaksanakan kegiatan perusahaan, PT. Consolidated Electric Power Asia memiliki Visi dan Misi sebagai berikut : Vision : “To be the most valued and respected power plant operator and maintenance company in the industry through outstanding performance” Mission : “To build an operation and maintenance company for a sustainable electricity generation, which is able to provide the highest profit to shareholders and become a leader in occupational health and safety, environmental protection and social responsibility” 2.3.
Manajemen PT. Consolidated Electric Power Asia Pengoperasian dan Pemeliharaan unit-unit pembangkit pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Sengkang yang dilaksanakan oleh PT. Consolidated Electric Power Asia dipimpin oleh seorang Power Station General Manager. Untuk menunjang kinerja 10
General Manager, maka dibentuk beberapa departemen yang masing-masing departemen dipimpin seorang Manager dan dibantu oleh Engineer dan Supervisor. 2.3.1. Maintenance Department Deapartemen ini terbagi menjadi dua bagian, yaitu bagian Mechanical dan Elecrical Control and Instrument (EC&I). Secara umum tugas dari departetemn ini 1. 2.
berupa : Bertanggung jawab memelihara semua peralatan yang ada di Power Plant Melaksanakan jadwal pemeliharaan mesin. 3. Melaksanakan pemeliharaan rutin terhadap mesin dan juga meyelesaikan permasalahan – permasalahan yang ada pada peralatan atau mesin 4. Melakukan Preventive Maintenance Planned dan Unplanned Corrective
Maintenance 5. Ware House 2.3.2. Operation Department 1. Bertanggung jawab untuk sistem pengoperasian dari pembangkit listrik secara 2.
keseluruhan untuk supply listrik ke jaringan PLN Mengoperasikan pembangkit listrik dalam keadaan Open Cycle dan Combined
3.
Cycle Berkoordinasi langsung dengan PLN untuk pengaturan jumlah daya listrik yang
4.
akan di supply ke jaringan PLN Menjaga keandalan dan ketersediaan daya listrik serta mengoprasikan pembangkit
dengan cara yang aman. 2.3.3. Administration and Purchaching Department 1. Supporting the two other department 2. Purchacing/Procurement function 3. Accounting function 4. Human function 5. Human resources administration function 6. General administration duties. 2.3.4 QEHS Departement 1. Memastikan semua aktivitas yang dilakukan di seluruh area Power Plant berlangsung dengan cara aman dengan tidak membahayakan orang, lingkungan dan peralatan. 11
2. Mengembangkan Quality Envirinmental, health dan safety manajemen sistem di perusahaan. 3. Memastikan sistem manajemen terpadu yang diterapkan di perusahaan terpelihara dan terimplementasi. 4. Melaksanakan dan mengordinasikan pelaksanaan internal dan eksternal audit. 2.4. Keselamatan dan Kesehatan Kerja Usaha keselamatan dan kesehatan kerja PT. Consolidated Electric Power Asia mempunyai sasaran umum dan sasaran khusus. Sasaran umum yang hendak dicapai adalah : 1. Perlindungan terhadap karyawan yang berada di tempat kerja agar selalu terjamin keselamatan dan kesehatan sehingga dapat diwujudkan peningkatan produktivitas kerja. 2. Perlindungan setiap orang lainnya yang yang berada dilingkungan kerja selalu dalam keadaan selamat dan sehat. 3. Perlindungan terhadap bahan dan peralatan produksi agar dapat dipakai dan digunakan secara aman dan efisien. Sedangkan secara khusus, usaha keselamatan dan kesehatan kerja ditujukan untuk : 1. Mencegah atau mengurangi kecelakaan, kebakaran, ledakan dan penyakit akibat kerja. 2. Mengamankan mesin instalasi, alat kerja dan hasil produksi. 3. Menciptakan lingkungan dan tempat kerja yang aman, nyaman, sehat, dan penyesuaian antara pekerjaan dengan manusia ataupun manusia dengan pekerjaan.
BAB III PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS DAN UAP (PLTGU) SENGKANG 3.1.
Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan gas dan uap sebagai sumber energi untuk membangkitkan tenaga listrik. Proses PLTGU melibatkan dua proses yakni proses dengan menggunakan Turbin Gas (Pembangkit 12
Listrik Tenaga Gas) dan proses dengan menggunakan Turbin Uap (Pembangkit Listrik Tenaga Uap). Gas buang dari PLTG yang umumnya mempunyai suhu di atas 400 ºC, yang kemudian dimanfaatkan ke dalam ketel uap PLTU untuk menghasilkan uap penggerak turbin uap. Dengan cara ini, umumnya didapat PLTU dengan daya sebesar 50% daya PLTG. Ketel uap yang digunakan untuk memanfaatkan gas buang PLTG mempunyai desain khusus yang disebut dengan Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Karena daya yang dihasilkan turbin uap tergantung pada banyaknya gas buang yang dihasilkan unit PLTG, maka dalam pengoperasian PLTGU, pengaturan daya PLTGU dilakukan dengan mengatur daya unit PLTG, sedangkan unit PLTU mengikuti saja menyesuaikan dengan gas buang yang diterima dari unit PLTG-nya. Ditinjau dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, PLTGU tergolong sebagai unit yang paling efisien di antara unit-unit termal lainnya (bisa mencapai angka di atas 45%).
3.1.1. Prinsip Kerja Pembangkitan Listrik dengan Turbin Gas pada PLTGU Sengkang
13
Gambar 3.1. GT11 Overview Keterangan : 2.4.2.1. Copressor 4. Gear Box 2.4.2.2. Combustion Chumber 5. Generator 2.4.2.3. Gas Turbine
Tahap mula, udara luar dimasukkan kedalam kompresor untuk dinaikkan tekanannya menjadi kira-kira 13 kg/cm3 melalui Air Intake, dimana dalam Air Intake ini udara mengalami penyaringan agar partikel debu tidak ikut masuk dalam kompresor. Kemudian udara bertekanan tersebut dialirkan ke Combustion Chamber (ruang bakar) yang kemudian dicampur dengan bahan bakar. Apabila digunakan bahan bakar gas, maka dapat langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan bakar minyak, maka minyak ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Pembakaran bahan bakar dalam Combustion Chumber menghasilkan gas bersuhu tinggi sampai kira-kira 1.100ºC dengan tekanan 13 kg/cm 2. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin gas untuk disemprotkan kepada 14
sudu-sudu turbin gas sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara) hingga akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik. Sisa gas pemutar turbin gas kemudian dialirkan menuju HRSG. 3.1.2. Prinsip Kerja Heat Recovery Steam Generator (HRSG) Gas buang dari PLTG yang umumnya mempunyai suhu tinggi masih dapat dimanfaatkan kembali pada ketel uap (HRSG) PLTU untuk menghasilkan uap penggerak turbin uap. Prinsip kerja dari HRSG tersebut dijelaskan dengan gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar 3.2. HRSG Overview
Gas buang dari turbin gas dimanfaatkan kembali pada HRSG untuk memanaskan air, pemanasan air tersebut akan menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin uap. Air yang dipanaskan pada HRSG berasal Feedwater Tank. Dimana dalam Feedwater Tank, air telah mengalami pemanasan awal dengan
15
menggunakan Preheater. Kemudian air tersebut disalurkan menuju HRSG untuk diubah menjadi uap kering. Pada HRSG, air dialirkan ke dalam HP Economizer untuk mengambil panas dari gas buang sehingga suhunya menjadi tinggi, kemudian air yang bersuhu tinggi tersebut mengalir ke HP Drum. Setelah itu, air diuapkan didalam HP Evaporator, uap yang terbentuk akan dimasukkan kembali ke HP Drum, begitu seterusnya sehingga terjadi proses sirkulasi. Adanya proses sirkulasi ini akan mempercepat proses terjadinya penguapan. Uap yang berasal dari HP Evaporator yang terkumpul pada HP Drum, masih berupa uap basah. Sedangkan uap yang diperlukan untuk menggerakkan sudu-sudu turbin harus brupa uap kering. Oleh sebab itu, diiperlukan HP Superheater untuk memanaskan uap lebih lanjut sehingga uap betul-betul kering. (uap yang dihasilkan mempunyai tekanan dan suhu yang tinggi dimana bisa mencapai 100kg/cm 2 dan 550ºC). Setelah itu uap kemudian dialirkan menuju turbin uap. 3.1.3. Prinsip Kerja Pembangkitan Listrik dengan Turbin Uap pada PLTGU Pada turbin uap, energi yang terkandung dalam uap yang berasal dari HRSG dikonversikan menjadi energi mekanik penggerak generator, dan akhirnya energi mekanik dari turbin uap tersebut dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator. Uap yang telah digunakan untuk memutar turbin uap kemudian dialirkan ke kondensor untuk diubah fasanya menjadi fasa cair. Air hasil kondensasi kemudian ditampung pada feedwater tank yang pada tahap selanjutnya akan diubah kembali menjadi uap pada HRSG yang kemudian digunakan lagi untuk memutar turbin uap. Dengan demikian. terjadi siklus air dan uap pada sistem PLTU.
16
Adapun proses pembangkitan listrik pada Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) secara singkat dinyatakan pada gambar 3.3 di bawah ini :
Gambar 3.3 Plant Process Overview
3.2.
Komponen Utama dalam Pembangkitan Listrik pada PLTGU Sengkang 1. Kompresor Kompresor adalah suatu alat yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan udara yang akan masuk ke dalam ruang pembakaran dengan cara udara dari
atmosfer
dimapatkan terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke ruang pembakaran. Secara umum udara yang dihisap oleh kompresor yakni udara dari atmosfer yang merupakan campuran dari beberapa gas yang tersusun dari
78% gas nitrogen, 21% gas oksigen, dan 1%
campuran Argon, Carbondioksida, Uap Air, dll. 2. Combustion Chamber Combustion Chamber merupakan sebuah ruang bakar tempat terjadinya perubahan energi kimia (bahan bakar) menjadi energi thermal. Proses pembakaran ini membutuhkan tiga hal, yaitu bahan bakar (gas alam), udara (berasal dari kompresor), dan pemantik.
17
Pembakaran dalam Combustion Chumber akan menghasilkan gas bersuhu tinggi sampai kira-kira 1.100ºC dengan tekanan 13 kg/cm2. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin gas untuk disemprotkan kepada sudu-sudu turbin gas 3. Turbin Turbin merupakan komponen yang berfungsi untuk mengekspansi gas panas yang berasal dari combustion chamber (pada turbin gas) atau uap yang berasal dari HRSG (pada turbin
uap)
menjadi
energi
mekanis
sehingga
dapat
digunakan
untuk
menggerakkan/memutar rotor generator. 4. Gear Box Merupakan penghubung antara penggerak mula generator (turbin) dengan generator. Pada blok 1 PLTGU Sengkang, gear box didesain dengan perbandingan antara kecepatan putar turbin dengan kecepatan putur rotor pada generator sebesar 2 : 1. Dengan kecepatan putar turbin sebesar 6000 rpm, maka kecepatan putar rotor generator sebesar 3000 rpm. 5. Generator Generator merupakan peralatan yang mengubah energi mekanik yang dihasilkan oleh penggerak mula generator (turbin) menjadi energi listrik. Generator terdiri dari dua komponen utama, yaitu rotor dan stator. Rotor merupakan bagian berputar/bergerak pada generator yang terkopel dengan shaft turbin dan tempat dililitkannya belitan medan untuk dialirkan arus penguat (eksitasi) guna membangkitkan fluksi magnet. Sedangkan stator merupakan bagian dari generator yang tidak bergerak dan merupakan tempat dililitkannya belitan jangkar. Kumparan jangkar tersebut berfungsi sebagai tempat diimbaskannya gaya gerak listrik. 6. HRSG (Heat Recovery Steam Generator) HRSG merupakan peralatan yang berfungsi sebagai ketel uap pada suatu sistem PLTGU. Sisa gas buang dari proses utama turbin gas dimanfaatkan oleh HRSG untuk 18
memanaskan air (berasal dari feed wter tank) guna menghasilkan uap untuk dimanfaatkan sebagai penggerak turbin uap. HRSG terdiri dari komponen-komponen utama, yaitu Suplymentery Firing, HP (High Pressure) Superheater, HP Evaporator, HP Economizer, Stack Damper dan Blowdown Tank. 7. Kondensor Kondensor merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengubah fasa uap yang dihasilkan oleh turbin uap menjadi fasa cair. Uap yang merupakan buangan dari sistem turbin uap dikondensasikan oleh kondensor dengan cara menurunkan tekanan dan temperaturnya dengan bantuan pendingin berupa air yang berasl dari Cooling Tower. 8. Cooling Tower Cooling Tower merupakan alat yang berfungsi sebagai heat exchanger antara panas dari uap sisa turbin uap dengan air pendingin. Dengan adanya cooling tower, air pendingin yang digunakan untuk proses kondensasi pada kondensor yang telah dipindahi panas dari uap sisa turbin uap dapat kembali menjadi dingin. 9. Hotwell Hotwell merupakan tangki yang berfungsi sebagai tempat penampungan uap air yang telah dikondensasikan menjadi air oleh kondensor sebelum dipompa ke feedwater tank. 10. Feedwater Tank Feedwater tank merupakan tempat penyimpanan air hasil kondensasi uap buang dari turbin uap sebelum diubah kembali menjadi uap oleh HRSG. Pada feedwater tank ini, air hasil kondensasi mengalami pemansan awal sebelum dialirkan ke HRSG yang dimana sumber panas tersebut berasl dari sisa uap turbin uap. Proses dimana air dari feedwater tank diubah menjadi uap pada HRSG, lalu uap tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin uap, kemudian sisa uap dari turbin uap dikondensasikan menjadi fasa cair oleh
19
kondensor hingga air tersebut kembali ke HRSG yang berlangsung secara siklus/kontinu 3.3.
dan disebut sebagai proses Water Steam Cycle (WSC) Generator Sinkron Generator Sinkron adalah generator arus bolak balik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Sinkron dalam hal ini berarti bahwa generator tersebut memiliki sinkronisasi antara kecepatan putar mekanik (kecepatan putar rotor) dan kecepatan medan putar pada statornya. Generator sinkron bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dimana rotor berlaku sebagai kumparan medan yang akan dialiri arus searah (eksitasi) untuk membangkitkan medan magnet dan akan diinduksikan pada stator yang berperan sebagai kumparan jangkar untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu, rotor dikopel dengan turbin putar (penggerak mula) dan ikut berputar pada kecepatan nominalnya.
n Dimana :
¿
120 f p
................................................... (3.1)
n = Kecepatan putar rotor [rpm] p = Jumlah kutub f = frekuensi listrik [Hz]
Perputaran rotor sekaligus akan memutar medan magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan tersebut akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak pada stator akan menghasilkan fluks magnetik yang nilainya berubah-ubah trehadap waktu. Oleh karena adanya perubahan fluks magnet pada tiap waktu, maka sesuai prinsip induksi Faraday dimana pada sekeliling penghantar (kumparan jangkar) terjadi perubahan
20
fluks magnet yang dihasilkan oleh kutub rotor generator, maka pada penghantar tersebut (kumparan jangkar) akan dibangkitkan suatu gaya gerak listrik. Adapun nilai efektif besarnya tegangan induksi per fasa pada kumparan stator dinyatakan pada persamaan berikut : E ¿ 4.44 Kc Kd f Ø
maks
N ................................................... (3.2)
Dimana : E Kc Kd Ø f N
= Tegangan induksi per fasa (volt) = Faktor Kisar = Faktor Distribusi maks
= Fluks per kutub [Webber]
= frekuensi [Hz] = Banyaknya belitan per fasa = Z/2, Z adalah banyaknya sisi belitan per fasa, satu belitan mempunyai dua sisi.
Adapun karakteristik generator sinkron yang digunakan pada sistem GT11 Blok I PLTGU Sengkang dinyatakan pada gambar nameplate generator berikut ini :
Gambar 2.4. Nameplate Generator Sinkron GT11 Blok I PLTGU Sengkang
21
3.4.
Kurva Kapabilitas Generator Kurva kapabilitas generator merupakan kurva yang menggambarkan kemampuan dari sebuah generator dalam menyalurkan daya aktif (MW) dan daya reaktif (MVar) ke jaringan sistem tenaga listrik dimana generator tersebut terhubung. Kapasitas sebuah generator dinyatakan dalam MVA, dimana: MVA=√ MW 2 + MVar 2 ....................................................................... (3.3) Komponen daya aktif MW diatur dengan mengatur kopel yang dihasilkan oleh mesin penggerak mula generator. Sedangkan komponen daya reaktif diatur dengan mengatur arus penguat generator (eksitasi). Hal ini dilakukan dengan mengatur tahanan dalam sirkuit arus penguat. Keluaran daya aktif generator dibatasi oleh kemampuan penggerak mula. Sedangkan kemampuan keluaran daya reaktif dibatasi oleh empat faktor, yaitu batas pemanasan kumparan stator, batas pemanasan kumparan rotor, batas pemanasan ujung inti stator, dan batas kondisi keadaan mantap (Steady State Stability Limit).
Gambar 2.5 Kurva Kapabilitas Generator
22
Keterangan : 1 = batas pemanasan kumparan rotor 2 = batas pemanasan ujung inti stator 3 = batas pemanasan kumparan stator 4 = batas steady state 5 = batas daya penggerak mula
Faktor daya generator sinkron menentukan bagian-bagian yang akan mengalami pemanasan (pada sistem GT11 blok 1 PLTGU Sengkang, faktor daya generator diatur pada range 0,5 induktif hingga 0,5 kapasitif ). Faktor daya lagging menyebabkan pemanasan belitan rotor, faktor daya leading menyebabkan pemanasan ujung inti stator, sedangkan faktor daya diantara keduanya menyebabkan pemanasan belitan stator. Pada bagian induktif (lagging), yaitu di bagian mana generator menghasilkan daya reaktif, arus penguat harus besar, namun karena ada keterbatasan sistem eksitasi dalam menghasilkan arus penguat, maka lanjutan busur lingkaran CB “dipatahkan” menjadi lengkungan BA. Pada bagian kapasitif (leading) tidak dibutuhkan arus penguat yang besar jika dibandingkan di bagaian induktif, artinya arus penguat diperkecil. Jika pengurangan arus penguat terus dilakukan, suatu saat generator tidak lagi mengirim daya reaktif ke jaringan sistem tenaga listrik melaikan sebaliknya akan menyerap daya reaktif dari sistem tenaga listrik. Selain itu, jika arus penguat terus diperkecil, ada resiko generator lepas sinkron dari sinkronisasi sehingga generator tersebut menjadi generator asinkron. Keadaan asinkron tidaklah dikehendaki, maka lanjutan dari busur lingkaran BC “dipatahkan” menjadi lengkung CD. BAB IV
23
PENGATURAN DAYA REAKTIF GENERATOR SINKRON PADA SISTEM GT11 BLOK 1 PLTGU SENGKANG 4.1. Pendahuluan Dalam membangkitkan energi listrik, generator sinkron merupakan salah satu peralatan utama yang dibutuhkan untuk mengonversi energi mekanik menjadi energi listrik, sehingga kehandalan kinerja generator sinkron perlu dipertahankan secara terus menerus. Akan tetapi dalam pengoperasiannya, beban generator yang terhubung pada suatu sistem tenaga listrik akan selalau dapat berubah-ubah, baik itu beban berupa daya aktif maupun beban berupa daya reaktif. Perubahan beban daya reaktif yang selalu terjadi dalam sistem tenaga listrik akan mempengaruhi kestabilan tegangan keluaran suatu generator. Penyesuaian oleh generator terhadap perubahan beban daya reaktif dilakukan melalui pengaturan eksitasi generator. Ketidak mampuan suatu sistem eksitasi generator untuk melakukan penyesuaian terhadap perubahan beban daya reaktif menjadi penyebab utama ketidakstabilan tegangan keluaran generator dan pada kondisi tertentu dapat menyebabkan generator kehilangann sinkronisasi terhadap sistem tenaga listrik dimana ia terhubung. Kondisi ini akan mentripkan sistem generator secara mendadak dan mengganggu kestabilan sistem tenaga listrik secara menyeluruh. Dengan demikian diperlukan upaya untuk mempertahankan kestabilan tegangan keluaran generator sinkron dan sinkronisasi kinerjanya terhadap sistem dengan cara mengatur daya reaktif pada generator tersebut. Fenomena pengaturan daya reaktif generator sinkron tersebut dapat dipandang sebagai fenomena pengaturan eksitasi generator.
24
Dalam laporan kerja magang ini, pembahasan yang dilakuakan hanya terfokus pada pengaturan daya reaktif generator sinkron yang terdapat pada sistem GT11 Blok I PLTGU Sengkang. 4.2. Sistem Eksitasi Sistem eksitasi merupakan sistem pemberian arus searah atau arus medan (i f) pada kumparan medan yang terdapat pada rotor generator guna menghasilkan tegangan induksi pada kumparan jangkar yang terdapat pada stator generator. Fungsi dari sistem eksitasi pada generator adalah untuk mengendalikan tegangan output dan daya reaktif generator agar tetap stabil pada beban yang bervariasi. Sistem Eksitasi pada Generator Sinkron GT11 Blok I PLTGU Sengkang dinyatakan pada gambar 4.2 di bawah ini :
Gambar 4.1 Sistem Eksitasi Generator Sinkron PLTGU Sengkang
Keterangan: 1. 2. 3.
Excitation transformer Excitation module Field breaker
4. Exciter 5. Diode wheel
25
Tipe sistem eksitasi yang digunakan merupakan tipe brushless excitation, dimana dalam mengalirkan arus searah untuk eksitasi pada kumparan rotor generator tidak dibutuhkan lagi sikat arang. Sumber eksitasi diperoleh dari output generator itu sendiri yang kemudian akan melalui sebuah step down transformer yang disebut sebagai excitation transformer. Dalam mengatur tegangan output dan daya reaktif generator, sebenarnya yang diatur adalah besarnya arus searah yang dialirkan menuju Exciter. Besarnya arus searah untuk Exciter ini dikontrol oleh unit pengontrolan yang disebut AVR. Pada AVR, arus yang berasal dari Excitation Transformer akan disearahkan dan diatur jumlahnya sesui dengan nilai setpoint dari unit Unitrol yang kemudian dialirkan menuju Exciter. Output dari Exciter kemudian menjadi eksitasi bagi generator utama. Akan tetapi karena output dari Exciter tersebut berupa arus bolak balik, sedangkan eksitasi yang dibutuhkan oleh generator berupa arus searah, maka digunkanlah penyearah berupa diode whel (dioda putar) yang terletak pada rotor Exciter. Adapun pada kondisi generator baru ingin dioperasikan, output dari generator tidaklah mampu untuk mengeksitasi dirinya sendiri. Dalam kondisi ini, tersedia sistem yang disebut Field Flashing, yang dimana pada sistem ini sumber eksitasi untuk generator disuplai dari Battery ataupun Auxilary Transformator. Auxilary Transformator baru digunakan jika seandainya arus dari Battery tidak mencukupi untuk mengeksitasi generator. Sistem field flashing bekerja hingga pada kondisi tegangan generator mencapai 30 – 40 % dari tegangan nominal generator tersebut. Setelah itu, suplai eksitasi akan berasal dari output generator itu sendiri. Data dari Brushless Exciter yang digunakan pada generator sistem GT11 Blok I PLTGU Sengkang dinyatakan sebagai berikut: General Data : Type Designation : WBF6 – 4K No. of poles :8 Type of rectifier connection : 3-phase bridge 26
No. of positive polarity diodes : 12 No. of negative polarity diodes :12 No. of diode groups :6 Diode in parallel per group :4 Standards: Design standard : IEC Design type according to IEC : IM 5611 Degree of protection according to IEC : IP 54 Degree of cooling according to IEC : IC 9A1 W7 Insulation: Stator insulation class :F Rotor insulation class :F Stator temperature rise class :B Rotor temperature rise class :B Stator test voltage for 1 min. : 1500 V Rotor test voltage for 1 min. : 3500 V Stator insulation resistance : Greater than 1 megaohm at 500 V Rotor insulation resistance : Greater than 5 megaohm at 500 V Rated Data for Continous Operation Power output (P) : 244 kW Voltage (U) : 265 V Current (I) : 920 A Field winding voltage : 69 V Field winding current : 14 A Data for Short-Time Operation: Max. duration of operation : 10 s Ceiling factor :1.50 Power output (P) : 452 kW Voltage (V) : 360 V Current (I) : 1255 A Field winding voltage : 106 V Field current winding : 22 A Frequency : 200 -/= Mechanical Data: Rated speed : 3000 min-1 Overspeed test : 3600 min-1 Stator mass : 1616 kg Rotor mass : 574 kg 4.3. Automatic Votage Regulator (AVR) dan Alat Pembatas Eksitasi Unit AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi untuk menjaga agar tegangan keluaran generator tetap stabil (pada nilai yang telah ditentukan) meskipun beban daya reaktif dari generator teresebut selalu berubah-ubah. Prinsip kerja dari AVR adalah mengatur arus 27
penguatan (eksitasi) pada eksiter. Apabila tegangan output generator di bawah tegangan nominal tegangan generator, maka AVR akan memperbesar arus penguatan pada eksiter. Begitupun sebaliknya apabila tegangan output generator melebihi tegangan nominal generator, maka AVR akan mengurangi arus penguatan pada eksiter. Dengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output generator, maka akan distabilkan oleh AVR secara otomatis. Fenomena pengaturan arus penguatan (eksitasi) pada generator dapat dipandang sebagai fenomena pengaturan daya reaktif. Oleh sebab itu, dalam mengatur arus penguatan pada generator, kinerja (pengaturan) AVR harus disesuaikan dengan batas kemampuan daya reaktif dari generator dimana AVR tersebut digunakan. Pemberian arus penguatan yang tidak sesuai dengan batas kemampuan daya reaktif generator dapat menempatkan generator pada kondisi pengoperasian generator yang berbahaya. Selain itu, pemberian arus penguatan yang berlebih dapat mnyebabkan panas yang berlebih pula pada belitan-belitan generator. Pemanasan berlebih tersebut dapat menyebabkan kerusakan laminasi dari belitan generator dan tidak menutup kemungkinan akan terjadi hubung singkat antar fasa atau dengan body generator. Oleh sebab itu diperlukan fungsi pembatas untuk mencegah kerusakan pada generator dan peralatan lainnya. 1. Pembatas Eksitasi Berlebih Pembatas Eksitasi Berlebih atau Over Excitation Limiter (OEL) berfungsi untuk mencegah AVR mensuplai arus penguatan yang melebihi kemampuan kumparan medan generator. Sebuah Pembatas Eksitasi Berlebih akan membatasi arus penguatan sebelum sistem proteksi medan berlebih pada generator bekerja. 2. Pembatas Eksitasi Kurang Pembatas Eksitasi Kurang atau Under Excitation Limiter (UEL) bertujuan untuk mencegah AVR mengurangi arus penguatan hingga pada kemampuan eksitasi minimum generator yang dapat membuat generator kehilangan sinkronisasi. Sebuah
28
Pembatas Eksitasi Kurang harus mencegah peralatan proteksi kehilangan arus penguatan dan kehilangan sinkronisasi pada generator untuk bekerja. 3. Pembatas Volts per Hertz Pembatas ini untuk melindungi generator dan transformator penaik tegangan dari kerusakan dalam kaitan dengan fluks magnet yang berlebih. Pembatas V/Hz mengendalikan tegangan medan rotor generator agar supaya ketika nilai perbandingan antara tegangan generator terhadap fekuensi generator tersbut melebihi nilai V/Hz yang telah ditetapkan sebelumnya, maka proteksi V/Hz akan mentripkan generator. Pada sistem GT11 Blok I PLTGU Sengkang, untuk melindungi kinerja dari generator yang telah beropersi paralell dengan jaringan kelistrikan PLN, tegangan output dari generator tersebut dijaga untuk beroperasi tetap stabil tidak melebihi
±
5% dari teganagn
nominalnya. Tegangan rata-rata generator tidak akan terlampaui (sesuai kapasitas generator, 68MVA) dan temperature kumparan stator akan tetap dijaga untuk berada pada kondisi kerja yang aman (alarm pada suhu 120 derajat, dan alat proteksi akan mentripkan sistem pada suhu 130 derajat). Pembebanan dan pengoperasian dari generator tidak akan pernah melebihi dari batasan kurva kapabilitas generator tersebut, pembebanan dan penyaluran arus eksitasi generator telah dibatasi oleh suatu sistem kontrol eksitasi generator, yaitu UNITROL F. Modul sistem eksitasi yang digunakan pada sistem GT11 Blok 1 PLTGU Sengkang dinyatakan pada gambar berikut :
29
Gambar 4.2. Modul Eksitasi pada sistem GT11 Blok 1 PLTGU Sengkang
Modul eksitasi yang digunakan pada sistem GT11 Blok 1 PLTGU Sengkang terdidri dari bebrapa komponen, yaitu : 1. UNC 4866, komponen ini terdiri dari unit untuk pengukuran (UNS 0862) dan unit I/O interface (UNS 0863). 2. UNS 4865, merupakan komponen pengontrol utama pada sistem eksitasi yang memiliki
fungsi
untuk
mengubah
nilai
parameter
tertentu
(parameter tegangan dan daya reaktif) dalam rangka menyesuaikan nilainya dengan 30
kebutuhan jaringan (mengacu pada permintaan PLN), mengukur nilai actual output generator, dan mengontrol kinerja jadi komponen-komponen pengatur eksitasi generator. UNS 4865 disebut juga dengan UNITROL F yang terdiri dari beberapa
4.4.
bagian, yaitu : - Power interface board, SDCS-PIN 1 - Thyristor bridge - Communication board, SDCS-CON-1 - Power Supply, SDCS-POW-1 - Signal processing, UNS 1860 - Dioda failure relay, UNS 0864 - Power system stabilizer, UNS 0865 - Control panel for commissioning and Maintenance, UNS 0866 3. UNS 0861, komponen penyuplai daya untuk pengoperasian modul eksitasi. Sistem Proteksi dalam Pengaturan Daya Reaktif Generator Sinkron Keandalan dan keberlangsungan suatu generator dalam membangkitkan energi listrik sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Adanya gangguan pada suatu generator membuat generator tidak bisa bekerja secara optimal, apalagi jika generator sampai mengalami kerusakan dan kerusakan tersebut meluas ke bagian-bagian lainnya, maka akan sangat mengganggu proses pembangkitan energi listrik dan operasi sistem tenaga listrik secara menyeluruh. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang bekerja mengamankan generator secara penuh dari kemungkinan munculnya gangguan dari pengoperasian generator tersebut. Dalam pengaturan daya reaktif generator sinkron, kemungkinan kegagalan AVR dalam mengatur jumlah eksitasi generator untuk melakukan penyesuaian terhadap perubahan beban daya reaktif ataupun kegagalan alat pembatas eksitasi baik dalam membatasi eksitasi pada batas eksitasi maksimum maupun pada batas minimum akan selalu ada. Kegagalan kinerja peralatan-peralatan tersebut akan menimbulkan gangguan terhadap kinerja dari generator. Dengan demikian, dibutuhkan suatu peralatan proteksi dari kemungkinnan munculnya
31
gangguan tersebut. Gangguan yang dimaksud dalam pengaturan daya reaktif ini adalah berupa ganguan ekstitasi berlebih dan gangguan kehilangan eksitasi. Pada PLTGU Sengkang sistem proteksi generator yang digunakan berupa sistem proteksi bertipe REG 216/ REG 216 Compact, dimana pada sistem proteksi ini tidak hanya memproteksi generator melainkan juga memproteksi transformator. Sistem REG 216 terdiri dari beberapa rele yang dinyatakan pada tabel berikut : Tabel 4.1. Rele Proteksi pada sistem REG 216 Protection Function Generator differential Power transformer diferential Definite time overcurrent Overcurrent or
ANSI Code 87 G 87 T
Description Three-phase Three-phase for 2- and 3- winding
51
transformer Definite time delay, for phase and earth-
50
fault, over and undercurrent Instantaneous operation or with definite
undercurrent with peak
time delay wide frequency range, over-
value evaluation Restriced earth fault
and undercurrent Overcurrent operation with definite time
Voltage controlled overcurrent Inverse time ovecurrent Negative phase sequence
87N 51-27
delay Operation restrained by undervoltage
51
Inverse current dependent time delay,
46
for phase and earth fault Negative phase sequence current with
current
definite time delay or inverse time delay
Definite time overvoltage
with thermal replica Definite time delay, over- and
(undervoltage)
100% stator and rotor earth fault protection
59 27 64
64 S 64 R
undervoltage Applicable also for - Stator E/F (95%) (59 G/N) - Rotor E/F (64 R) - Intertum fault protection Based on the displacement principle calculation of the earth fault resistance 32
Underimpedance Minimum reactance Pole slip protection Power
Overload
Negative phase sequence current Frequency Overexcitation Voltage balance Voltage peak value evaluation Synchro check
21
Circular characteristics centered origin
40
of impedance plane Circular characteristic for loss of
78
excitation protection Detecting loss of synchronism of a
32
generator as against the network Any characteristic angle, over and
49
underpower for : - Active power - Reactive power - Reverse power protection - Minimum forward power Thermal replica with operation
46
characteristic, according to ASA-C50.13 - Standard stator current (49 S) - Rotor current (49 R) Evaluation of negative phase sequence
81 24 60
of current inverse time delay Evaluation of voltage input Voltage/frequency protection Monitoring/comparing two groups of
59, 27
single- or three-phasevoltage Instantenous operation with definite
25
time delay Supervision of phase angle frequency and voltage level of two system
4.4.1. Rele Mho (40) Sebagai Pengaman terhadap Gangguan Hilang Eksitasi Pada kondisi hilang eksitasi, generator masih beroperasi dan turbin masih berputar. Hilangnya medan penguat pada rotor akan mengakibatkan generator menarik daya reaktif dari sistem walaupun generator masih mengirimkan daya aktif ke sistem. Jika gangguan hilang eksitasi tidak diisolisir, dapat mengakibatkan sudut phasa arus
33
mendahului terhadap tegangan sehingga generator akan berubah menjadi generator asinkron/induksi. Pada tahap ini generator dikatakan kehilangan sinkronisasi dan berputar di luar kecepatan sinkronnya (kecepatan rotor mencapai 105% kecepaatan nominalnya). Daya output generator turun menjadi 20%-30% daya nominal. Jika hilang sinkronisasi tidak segera diisolasi maka generator akan berada pada kondisi reverse power. Hal ini menyebabkan daya reaktif yang diambil dari sistem dapat melebihi rating generator sehingga menimbulkan kerusakan mekanis yaitu kerusakan turbin diikuti kerusakan generator yang berakibat fatal. Hilang eksitasi dapat terjadi karena terbukanya saklar medan (field circuit breaker), hubung singkat, open circuit dalam rangkaian medan atau gangguan pada AVR. Untuk menghindari ini generator harus trip apabila rangkaian medan terbuka. Untuk mendeteksi gangguan hilang eksitasi, digunakan rele jarak jenis rele Mho. Rele jarak ini bekerja berdasarkan perubahan pada impedansi terminal generator, dimana nilai impedansi tersebut seperti yang terhitung pada persamaan berikut ini : Z = R ± jX ................................................................................. (4.1) Dimana :
Z = Impedansi (ohm) R = Resistansi (ohm) X = Reaktansi (ohm) Adanya perubahan besaran impedansi terminal generator disebabkan oleh
karena adanya perubahan arus pada stator. Dalam kondisi penguatan yang hilang, arus stator bernilai besar, tegangan terminal menjadi bernilai kecil, impedansi kumparan stator akan terdeteksi kecil dan rele penguatan hilang akan bekerja.
34
Karakteristik kinerja Rele Mho dapat digambarkan dalam skema diagram R – X, dimana Rele Mho tersebut mempunyai suatu nilai offset sepanjang sumbu axis –X seperti yang terlihat pada gambar berikut :
Gambar 4.3. Karakteristik Rele Mho
Dalam kondisi operasi normal, generator menghasilkan daya reaktif dan daya aktif ke dalam sistem yag berarti R dan X bernilai positif pada persaman 4.1 dan impedansi terminal terletak dalam kuadran pertama dalam bidang R-X. Ketika kondisi eksitasi berkurangdan menuju kondisi hilangnya eksitasi, generator mulai untuk menarik daya reaktif dari sistem dan X menjadi negative dari segi pandangan rele hilang eksitasi. Sebagai hasilnya, impedansi terminal dalam R-X bergerak menuju ke kuadran empat dan titik ujung impedansi terminal mencakup antara reaktansi transient (X’d/2) dan reaktansi sinkronisasi (Xd) seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.4. Dalam pengaplikasiannya, untuk mendeteksi gangguan hilang eksitasi digunakan dua buah rele mho yang memiliki zona setting yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
35
Gambar 4.4. Karakteristik Operasi Proteksi Hilang Eksitasi Keterangan : C1 = Titik pusat lingkaran 1 Zb = Impedansi dasar generator sinkron C2 = Titik pusat lingkaran 2 Xd = Reaktansi sinkron R1 = Jari – jari lingkaran 1X’d= Reaktansi transient R2 = Jari – jari lingkaran 2
Zona 1 (40.1) Zona yang pertama disetting dengan suatu garis tengah 1.0 pu dengan suatu waktu tunda yang pendek untuk menyediakan perlindungan yang cepat ketika kondisi hilangnya eksitasi terjadi pada beban berat (biasanya disetting pada kondisi beban lebih tinggi 30%) Zb+ X ' d C1 = ; dan R1 = 2
Zb 2
Zona 2 (40.2) Zona yang kedua disetting pada suatu garis tengah Xd dan suatu waktu tunda lebih panjang untuk menyediakan perlindungan selama kondisi beban ringan sebagai pencegahan terhadap kesalahan operasi selama ayunan daya 36
C2 =
Xd+ X ' d 2
; dan R2 =
Xd 2
4.4.2. Rele V/Hz (24) Sebagai Pengaman terhadap Gangguan Eksitasi Berlebih Pemberian eksitasi berlebih pada generator akan menyebabkan kerapatan fluks/penguatan berlebih pada generator dan unit generator-transformator. Selain itu, kondisi fluks berlebih juga dapat terjadi pada kondisi tegangan terminal generator berada pada tegangan nominalnya akan tetapi frekwensi generator yang brnilai rendah. Hal ini dapat terjadi pada saat menstart generator dimana frekwensi masih rendah (putaran rotor generator masih rendah) akan tetapi sudah ada arus penguat yang besar dari exciter. Kerapatan fluks yang tinggi ini akan menimbulkan arus pusar yang tinggi pula, sehingga timbul pemanasan berlebih pada inti generator dan dalam inti tranformator penaik tegangan yang terhubung dengan generator tersebut. Untuk mendeteksi terjadinya ganguan eksitasi berlebih pada generator, digunakan alat proteksi berupa rele V/Hz. Rele V/Hz ini digunakan untuk mengukur perbandingan tegangan dengan frekwensi (V/Hz), sebab perbandingan ini adalah sebanding dengan tingkat kerapatan garis gaya dari elektromagnetis mesin. Eksitasi berlebih pada generator akan terjadi ketika rasio dari tegangan terhadap frekwensi (V/Hz) pada terminal generator sekitar 1.05 pu (IEEE Standart C37.91). Sedangkan eksitasi berlebih yang terjadi pada transformator yang terhubung pada terminal generator akan terjadi ketika rasio tegangan terhadap frekwensi pada sisi
37
sekunder (tegangan tinggi) dari transformator sekitar 1.05 pu pada faktor beban 0.8 atau 1.1 pu pada beban nol (IEEE standart C37.91). Dalam melakukan proteksi terhadap gangguan eksitasi berlebih digunakan dua unsur rele V/Hz, yaitu unsur waktu inverse (untuk alarm) dan unsur waktu definite (untuk mentripkan sistem). Rele V/Hz unsur waktu definite disetting untuk membuka circuit breaker generator pada nilai 1.18 pu V/Hz (118% V/Hz) dengan waktu tunda 26 detik. Sedangkan rele V/Hz unsur waktu inverse disetting untuk bekerja pada nilai pickup minimum 1.06 pu V/Hz (106% V/Hz), dimana setting ini memiliki waktu tunda yang lama sehingga memberikan kesempatan pada sistem eksitasi untuk mengurangi nilai tegangan sebelum relai proteksi lebih dulu mentripkan sistem. Karakteristik kinerja rele V/Hz dinyatakan pada gambar berikut :
Gambar 4.5. Karakteristik Rele V/Hz
BAB V PENUTUP
38
5.1. Kesimpulan Hasil Studi Pengaturan Daya Reaktif Generator Sinkron pada PLTGU Sengkang. 1. Pengaturan daya reaktif generator sinkron dilakukan dengan cara mengatur arus eksitasi generator. Sistem eksitasi yang digunakan berupa sistem eksitasi tanpa sikat, atau Brushless Excitation. 2. Pada operasi normal, supalai eksitasi berasal dari ouput generator itu sendiri. Sedangkang pada kondisi generator baru beroperasi, output generator belum mencukupi untuk mengeksitasi dirinya sendiri, sehingga suplai eksitasi berasal dari luar sistem generator, yaitu battery ataupun transformator bantu, sistem ini disebut dengan sistem field flashing. 3. Pengaturan arus eksitasi dilakukan secara otomatis oleh unit sistem pengontrol tegangan yang disebut dengan Automatic Voltage Regulator (AVR). AVR memiliki modul eksitasi yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : a. UNC 4866, komponen ini terdiri dari unit untuk pengukuran (UNS 0862) dan unit I/O interface (UNS 0863). b. UNS 4865, merupakan komponen pengontrol utama pada sistem eksitasi yang memiliki
fungsi
untuk
mengubah
nilai
parameter
tertentu
(parameter tegangan dan daya reaktif) dalam rangka menyesuaikan nilainya dengan kebustuhan jaringan (mengacu pada permintaan PLN), mengukur nilai actual output generator, dan mengontrol kinerja jadi komponen-komponen pengatur eksitasi generator. UNS 4865 disebut juga dengan UNITROL F c. UNS 0861, komponen penyuplai daya untuk pengoperasian modul eksitasi. 4. Kemungkinan kegagalan AVR dalam mengatur tegangan dan daya reaktif pada generator akan selalu ada, kegagalan tersebut dapat menimbulkan gangguan berupa gangguan eksitasi berlebih dan gangguan eksitasi kurang. 5. Baik gangguan eksitasi berlebih maupun gangguan eksitasi kurang, akan menimbulkan panas berlebih pada kumparan – kumparan generator, jika gangguan ini tidak dapat 39
dideteksi dan dipisahkan dari sistem, maka akan merusak generator dan peralatan – peralatan lainnya. 6. Untuk melindungi generator, digunkan sistem proteksi tipe REG 216. Dimana untuk mendeteksi dan memisahkan gannguan eksitasi berlebih, pada sistem proteksi ini mengguanakan rele mho (40). Sedangkan untuk mendeteksi dan memisahkan gannguan eksitasi kurang, pada sistem proteksi ini mengguanakan rele V/Hz (24). 5.2. Saran 1. Perlu dilakukan pemeliharaan berkala pada unit – unit pengaturan daya reaktif dan rele proteksinya guna mempertahankan kehandalan koordinasi antara kedua sistem tersebut. Selain itu, pemelihraan rele proteksi perlu dilakukan baik secara fisik maupun pengujian kinerjanya guna mempertahankan kehandalan, selektivitas, dan sensitivitas dari rele proteksi tersebut.
40
