SINKRONISASI SINKRONISASI GENERATOR DENGAN TEGANGAN PLN Nadia Rizqiati Anisa Anisa
[email protected] Jurusan Teknik Elektro Polines Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA Intisari Pada dunia industri, genset menjadi bagian yang sangat Pada sebagian besar energi listrik yang digunakan oleh penting karena sangat membantu proses produksi apabila konsumen untuk kebutuhan sehari-hari dihasilkan oleh terjadi pemadaman bergilir yang dilakukan oleh PLN. Genset generator sinkron phasa banyak yang ada di pusat pembangkit digunakan sebagai pengganti suplai tegangan dan menambah tenaga listrik. Mesin sinkron bekerja pada kecepatan dan daya apabila terjadi kekurangan daya listrik pada perusahaan, frekuensi konstan dibawah kondisi “steady state”. Mesin sinkron yaitu dengan cara memparalelkan genset dengan tegangan PLN. dapat dioperasikan sebagai generator maupun motor. Sebagai generator, mesin sinkron dioperasikan secara paralel untuk II. KONSTRUKSI GENERATOR AC menambah daya pasokan dari pembangkit yang dibebankan pada masing-masing generator yang dikirimkan ke beban. Keywords — Generator ac, generator sinkron, tegangan PLN 3 phasa, sinkronisasi generator dengan tegangan PLN.
Konstruksi generator arus bolak-balik terdiri dari dua bagian, yaitu : 1.
I. PENDAHULUAN 2. Generator AC atau alternator biasanya bertipe mesin sinkron. Mesin sinkron dapat beroperasi sebagai generator sinkron, motor sinkron dan kondensator sinkron. Generator sinkron yaitu mengubah energi mekanis penggerak mula menjadi energi listrik. Sinkronisasi adalah salah satu carauntuk menghubungkan dua sumber atau beban arus bolak balik (AC). Sumber AC tersebut antara lain generator dan beban adalah transformer yang akan diparalel dengan tujuan meningkatkan kendala dan kapasitas sistem tenaga listrik. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tibatiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu saklar terhubung dengan jala-jala. Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu: a. Generator arus bolak-balik 1 fasa b. Generator arus bolak-balik 3 fasa Generator set (genset) adalah seperangkat alat yang terdiri dari prime over (penggerak) yang berupa mesin disel atau semacamnya serta dilengkapi generator sebagai pengubah energi mekanik ke energi potensial.
3. 4.
5.
Stator adalah bagian yang diam yang mengeluarkan tegangan bolak-balik. Rotor adalah bagian yang bergerak yang menghasilkan medan magnet dan menginduksikan ke stator. Rangka stator terbuat dari besi tuang, rangka stator merupakan rumah dari bagian-bagian generator lain. Cincin geser terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus Tachometer ditempelkan langsung pada poros sebuah motor dan dibaca putarannya pada skala yang ada.
Gambar 2.1 Konstruksi Generator arus bolak-balik
III. PRINSIP K ERJA ERJA GENERATOR Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gaya gerak listrik. Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada dasarnya sama dengan generator arus bolak balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga ti ga fasa memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 1200 pada masing-masing fasa.
Tegangan keluaran generator berupa kawat yang diberi inisial R, S, T, dan N. Hubungan belitan kawat dan vektor tegangan 3 fase dapat dilihat p ada gambar dibawah ini:
VNR = VNS = VN = Vf = VRS = VST VST = V TR = V L
Besar tegangan generator bergantung pada : 1. Kecepatan putaran (N) 2.Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z) 3.Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f) 4. Jumlah Kutub Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :
tegangan fase = tegangan antar fase
VL = 31/2 31/2 x Vf
Kerja Paralel Generator Sinkron Dengan Jaringan PLN
PLN mengaplikasikan sistem 3-phase dalam keseluruhan sistem kelistrikannya, mulai dari pembangkitan, transmisi daya hingga sistem distribusi. Oh iya, agar lebih jelas, sistem kelistrikan PLN secara umum dibagi dalam 3 bagian besar yaitu : 1.
Sistem Pembangkitan Tenaga Listrik
Terdiri dari pembangkit-pembangkit listrik yang tersebar di berbagai tempat, dengan jenis-jenisnya antara lain yang cukup banyak adalah PLTA, PLTU, PLTG dan PLTGU. Pembangkit-pembangkit tersebut mengubah sumber-sumber alam tadi menjadi energi listrik.
dimana : f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (Rpm) Fase mempunyai sistem tegangan yang masing-masing fase berbeda sebesar 1200. Tinggi tegangan dipengaruhi oleh kecepatan putar generator dan besar fluksi magnet generator. Fluksi magnet dihasilkan oleh arus magnetisasi atau biasa disebut dengan arus penguatan (Iex). Hubungan antara tegangan dan kedua variabel tersebut dituliskan dengan rumus:
2.
Sistem Transmisi Daya Energi listrik yang dihasilkan dari berbagai pembangkit tadi harus langsung disalurkan. Karena energi listrik sebesar itu tidak bisa disimpan dalam baterai. Karena akan butuh baterai kapasitas besar untuk menyimpan energi sebesar itu dan menjadi sangat tidak ekonomis. Sebagai gambaran, accu
12Vdc dengan kapasitas 50Ah akan menyimpan energi listrik maksimal kira-kira 600 Watt untuk pemakaian penuh selama 1 jam. jam. 3.
Sistem Distribusi Daya Listrik Dari sistem transmisi daya tadi, listrik akan sampai ke pelanggan-pelanggannya (terutama perumahan) dengan terlebih dahulu melalui Gardu Induk dan kemudian Gardu Distribusi. Gardu Induk mengambil daya listrik dari sistem transmisi dan menyalurkan ke Gardu-gardu distribusi yang tersebar ke berbagai daerah perumahan. Dan di dalam gardu distribusi, terdapat trafo distribusi yang menyalurkan listrik langsung ke rumah-rumah dengan melewati JTR (Jaringan Tegangan Rendah), yang biasanya ditopang oleh tiang listrik.
Pembangkit listrik berskala besar kebanyakan digunakan untuk mendukung daya jaringan listrik dengan cara menyambung/memparalelkan dengan sisten jaringan tersebut. Pada jaringan PLN sudah terdapat banyak pembangkit yang telah tersambung, sehingga jaringan PLN mempunyai kapasitas daya yang sangat besar ( infinite bus) bus) akibatnya tegangan dan frekuensi jaringan sangat kuat dan konstan sepanjang waktu. Generator dapat digunakan secara bersama yaitu menggunakan 2 generator atau lebih pada sebuah industri ataupun generator juga dapat beroperasi secara bersamaan dengan tegangan jala-jala PLN 3 Fasa. Hal tersebut dapat dilakukan melalui sebuah proses untuk eger generator dapat bekerja secara bersama-sama ataupun generator bekerja secara bersama dengan tegangan jala-jala PLN 3 Fasa, proses tersebut disebut proses memparalelkan generator ( proses sinkronasi generator. Generator 3 Fasa
Gambar 1 Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
IV. JENIS SINKRONISASI 1.
Foward Synchronization (sinkronisasi maju) Sinkronisasi maju adalah proses sinkronisasi kedalam sistem atau busbar.
Gambar 4.1 Sinkronisasi Maju
2.
Reverse Synchronization atau backward (sinkronisasi terbalik) Terjadi pada sistem tenaga listrik disuatu pabrik, dimana suatu jaringan suplai akan digabungkan kedalam suatu jaringan sistem atau busbar yang ada. Pada kondisi ini tidak dimungkinkan untuk mengatur parameter sinkron pada sisi incoming (jaringan yang akan disinkronkan), yang terpenting CB (PMT) dari beban-beban pada jaringan suplai (grid supply) dalam keadaan terbuka.
Generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ – b’ dan c – c’ pada gambar 2. MasingMasing masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik.Sehingga tegangan yang dibangkitkan mempunyai beda sudut 120 derajat listrik. Besarnya tegangan listrik antar fasa adalah 380 volt, dan besarnya tegangan antar fasa dan netral netral adalah 220 volt. Gambar 4.2 Sinkronisasi Terbalik
V. GAMBAR R ANGKAIAN ANGKAIAN VI. PROSEDUR SINKRONISASI GENERATOR DENGAN TEGANGAN PLN Pada percobaan sinkronisasi generator dengan tegangan PLN harus dipersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan terlebih dahulu. Dalam percobaan ini menggunakan alat yang bernama DLORENZO. Untuk prosedur percobaannya sebagai berikut : 1) Hubungkan rangkaian sesuai dengan gambar rangkaian 5.2. 2)
Pada saat sinkronisasi cek tegangan PLN sampai dengan 380 Volt atau minimal 350 Volt antar linenya. Kecepatan motor mencapai 1500 rpm.
3)
Periksa frekuensi sampai dengan 50 Hz atau toleransi 48 Hz.
4) Gambar 5.1 One Line Sinkronisasi Generator dengan Tegangan PLN
Untuk memutarkan generator sinkron, jalankan motor DC.
5)
Generator
sinkron
menghasilkan
tegangan
eksitasi dengan menaikkan tegangan sampai dengan 380 Volt. 6)
Kemudian tegangan PLN dimasukkan dan akan terlihat unit sinkronisasi ke kanan atau ke kiri. Apabila ke kanan maka akan semakin pelan putaran lampunya.
7)
Periksa frekuensi yang dihasilkan generator 50 Hz dan frekuensi PLN 50 Hz.
8)
Periksa arah sequence dari generator. Apabila arahnya ke kanan maka dengan cara menambah kecepatan motor dan mengurangi sampai putaran lampu LED pelan.
9)
Tunggu sampai lampu LED berwarna hijau, apabila sudah berwarna hijau maka tekan tombol
Gambar 5.2 Rangkaian sinkronisasi generator dengan PLN pada DLORENZO DLORENZO
ON pada tegangan PLN (Tombol Hijau/ON). Maka generator sudah sinkron.
10)
Apabila ingin mengubah generator sinkron menjadi motor sinkron, caranya
mematikan
saklar ELCB. 11)
Dengan cara memberikan beban serta eksitasi
Untuk mengubah generator sinkron menjadi motor sinkron, kita harus mensinkronisasikan terlebih dahulu tegangan generator dengan tegangan pada PLN. Kemudian rotor generator dilepas. Dengan demikian sudah menjadi motor sinkron, apabila sudah menjadi motor sinkron kita tidak bisa menjadikan generator sinkron lagi.
dinaikkan, maka torsi motor bertambah, arus berubah tetapi tegangan tetap. tetap.
VII.
A NALISA
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai ( squirrel-cage) squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai – 95% 95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in disebut pull-in torque. Motor sinkron tidak dapat bekerja sendiri, kita harus menggerakkan seperti yang telah kita praktikkan pada gambar rengkaian. Pada kecepatan 3000 rpm dan tegangan anta fasa 380 Volt. Untuk mensinkronisasikan generator, frekuensi yang dihasilkan generator dan frekuensi dari PLN harus samasama menunjuk 50 Hz. Apabila lampu LED kekanan maka sistem keseluruhan bersifat induktif, sedangkan apabila kekiri maka sistem keseluruhan bersifat kapasitif. Untuk mensinkronisasi keadaan lampu LED tidak pada saat induktif maupun kapasitif, tetapi pada saat keadaan 0 atau berhenti yaitu pada saat keadaan lampu dari yang warnanya merah menjadi hijau. Maka generator tersebut sudah sinkron. Dan dengan demikiaan generator sinkron dapat diubah menjadi motor sinkron dengan memberikan beban dan eksitasi dinaikkan maka torsi motor bertambah.
VIII.
KESIMPULAN
Untuk mensinkronisasikan generator frekuensi yang dihasilkan generator dan frekuensi dari PLN harus sama yaitu menunjukkan 50 Hz. Selain itu, beda fasa dan besar tegangannya juga harus sama. Pada kecepatan motor dc 1500 Rpm (prime over) dan tegangan antar fasa 380 Volt.
IX. SARAN Kebutuhan akan energi sangatlah banyak, dikarenakan setiap manusia di muka bumi sangat bergantung pada listik. Untuk itu alangkah baiknya dalam memenuhi kebutuhan energi ini diharapkan manusia juga memikirkan untuk mencari energi alternatif sebagai cadangan dari energi yang ada saat ini. Dalam pemakaian energi listrik supaya lebih hemat, karena untuk ketersediaan kembali membutuhkan waktu yang lama. X. PENUTUP Demikian makalah mengenai sinkronisasi generator genga tegangan PLN dari kami, apabila terdapat kesalahan penulisan atau terdapat kalimat yang kurang. Penulis mohon maaf, semoga bermanfaat bagi pe mbacanya.
R EFERENSI EFERENSI [1] Siswoyo, Teknik Industri Jilid 2. Jakarta: Direktorat Sekolah Menengah Kejuruan, 2008. [2] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta:Gramedia,1988. [3] DE LORENZO.2011. Electrical Electrical Power Enggineering Enggineering . [4] http://teknik_dasar_generator.pdf [5] http://www.omfu http://www.omfuad.com/2012/12 ad.com/2012/12/sinkronisasi-meng /sinkronisasi-menghubungkan hubungkan generator.html [6] http://andrians http://andrians07.wordpress.com/2 07.wordpress.com/2012/05/01/si 012/05/01/sinkronisasinkronisasigenerator-ac/ [7] http://mediabanten. http://mediabanten.blogspot.com blogspot.com/2012/12/sin /2012/12/sinkronisasi.html kronisasi.html [8] http://papersyncchronousmotor.pdf [9] http://dunia-listrik http://dunia-listrik.blogspot.com/ .blogspot.com/2009/11/sink 2009/11/sinkronisasi.html ronisasi.html
