TEKNIK DASAR GENERATOR
A. Genset Genset atau yang kita kenal generator set terdiri terdiri dari banyak komponen. Termasuk Termasuk engine sebagai sebagai sumber energi mekanis (horse power)
melalui putaran putaran sebuah poros, AC Generator yang
mengkonversikan energi mekanis menjadi energi listrik (kilowatts), control system sebagai pengontrol kecepatan engine (frekuensi) dan respon, tegangan generator, dan system proteksi.
Gambar 1 Genset
B. Engine Diesel Engine diesel atau motor diesel adalah sejenis motor bakar pembakaran dalam ( internal combustion engine), yang dimana pembakaran dalam yang dimaksud adalah bahan bakar dan udara, terbakar di
dalam ruang bakar, di dalam silinder, si linder, yaitu ruangan yang dibatasi oleh dinding silinder, piston dan kepala silinder.
Pada Engine diesel dipakai bahan bakar minyak solar atau minyak diesel. Bahan bakar dan udara dimasukkan berturut-turut ke dalam silinder. Mula-mula udara bersih, terlebih dulu dimasukkan ke dalam katub isap, kemudian udara udara tersebut di komplimer (dimampatkan) oleh piston ke atas, hingga tekanan udara naik (35-40 kg/cm2) akibatnya suhu menjadi tinggi, lebih tinggi dari pada suhu nyala bahan bakar. Kemudian bahan bakar dimasukkan ke dalam silinder dan bahan bakar mengalami proses pengkabutan dan berbentuk gas, gas tersebut bersentuhan dan bercampur dengan udara panas yang ada dalam silinder dan terjadilah pembakaran dengan suhu sekitar 1200 – 1600 0 C.
TRAINING CENTER
1
Gambar 2 Penampang tengah tengah ruang bakar mesin diesel Pada prinsipnya siklus diesel secara ideal mirip siklus otto akan tetapi proses pemasukan kalornya dilakukan dengan tekanan konstan. Diagram dibawah ini merupakan diagram siklus otto.
Gambar 3. Diagram Siklus Otto Langkah-langkah proses siklus otto adalah sebagai berikut: •
1-2 : Proses kompresi adiabatic.
•
2-3 : Proses pemasukan kalor masuk, volume konstan.
•
3-4 : Proses ekspansi adiabatic.
•
4-1 : Proses pengeluaran kalor, volume konstan.
•
Q1 : Panas masuk.
•
Q2 : Panas keluar.
1. Faktor Kecepatan Dalam pemilihan mesin diesel, faktor kecepatan menentukan apakah mesin yang akan digunakan adalah mesin dengan kecepatan tinggi atau rendah. Untuk menghitung besarnya faktor kecepatan dapat dilihat pada persamaan dibawah ini.
TRAINING CENTER
2
Dari persamaan persamaan diatas maka kecepatan untuk mesin diesel dapat dapat dibagi menjadi 4 (empat) kelas, yaitu: a.
Mesin kecepatan rendah dengan faktor kecepatan < 3.
b.
Mesin kecepatan sedang dengan faktor kecepatan 3 sampai 9.
c.
Mesin kecepatan tinggi dengan faktor kecepatan 9 sampai 27.
d.
Mesin dengan kecepatan sangat tinggi dengan faktor kecepatan 27 sampai 81.
2. Jumlah Silinder Pada umumnya jumlah silinder tergantung kecepatan putar mesin (rpm). Makin besar jumlah silinder makin banyak jumlah dorongan yang terjadi. Oleh karena itu untuk menghindari terjadinya light flicker (naik turunnya tegangan) maka jumlah silinder yang digunakan minimal 4 (empat) buah. Suatu
ketetapan agar light flicker tidak terasa, maka jumlah dorongan silinder tiap detiknya harus lebih dari 16 (enam belas) dorongan, dimana banyaknya jumlah dorongan tersebut dapat dilihat dari rumus dibawah ini.
C. Pengertian Generator Generator Arus Bolak-balik Bolak-balik Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga se bagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator 1500 rpm untuk menghasilkan frekuensi 50 Hz (genset high speed). Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat
TRAINING CENTER
3
dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar 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
D. Karakteristik Beban dan Faktor Pusat Listrik Mengingat bahwa tenaga listrik tidak dapat disimpan, maka perlu jaminan agar daya yang dibangkitkan oleh generator sama dengan kebutuhan (beban). Pada umumnya beban selalu berubah sehingga daya yang dihasilkan oleh generator selalu disesuaikan dengan beban yang berubah-ubah tersebut. Demand factor adalah perbandingan antara beban puncak dengan beban terpasang pada suatu beban listrik.
Besar demand factor dapat diketahui dari persamaan dibawah ini:
Load factor adalah perbandingan antara daya rata-rata dalam jangka waktu tertentu dan jumlah
kapasitas terpasang pada suatu pusat listrik. Besar load factor dapat diketahui dari persamaan dibawah ini:
Faktor pusat listrik menunjukkan bagaimana peralatan listrik telah dimanfaatkan, factor ini dipakai sebagai standar dalam membuat penilaian ekonomis dari pusat listrik. Faktor ini dapat juga dipakai untuk menunjukkan dan menentukan ketepatan kapasitas dari peralatan. Beban pada suatu sistem tenaga terjadi karena adanya permintaan tenaga yang sifatnya berbeda-beda. Dalam suatu sistem tenaga kebutuhan listrik untuk penerangan besar, variasi beban dalam satu hari juga besar, dengan puncaknya pada waktu siang – malam hari.
E . Konstruksi Generator Arus Bolak-balik Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1) stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak balik, dan (2) rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-
TRAINING CENTER
4
alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Konstruksi dari generator generator sinkron ini dapat dilihat pada Gambar 2
Gambar 4 Konstruksi Generator Singkron
F. Prinsip Kerja Generator Arus Bolak-balik 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 gerak listrik.
Gambar 5 Prinsip Generator AC
Besar tegangan generator bergantung pada : 1. Kecepatan putaran (V) 2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (L) 3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (B)
Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga 0
tegangan outputnya berbeda fasa 120 pada masing-masing fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
TRAINING CENTER
5
Gambar 6 Skema Lilitan Stator Generator Tiga Fasa
Generator tiga phasa lebih handal karena konduktor dalam sistem tiga phasa hanya membutuhkan ¾ tembaga dari sistem satu phasa untuk menyalurkan daya yang sama. Effisiensi transmisi tiga phasa juga lebih baik dibanding sistem dua phasa. Selanjutnya, sistem tiga phasa digunakan pada stator (armatur) generator karena lebih efektif dan ukurannya lebih kecil jika dibandingkan sistem satu atau dua phasa dengan daya yang sama. Sistem tiga phasa juga lebih ekonomis dan efisien.
Gambar 7 Gelombang 3 phasa
G. Jumlah Kutub Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :
Dimana :
f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (rpm)
TRAINING CENTER
6
Gambar 8 Kutub pada Main Rotor Bentuk, output engine (sharf) dihubungkan langsung dalam satu poros dengan alternator (1:1 rasio kecepatan). Dengan desain yang seperti itu maka perubahan kecepatan secara langsung akan mempengaruhi perubahan frekuensi.
H. Komponen control generator Gambar dibawah menunjukan beberapa komponen alternator yang dapat membantu memudahkan dalam mempelajari proses eksitasi dan power yang dihasilkan ol eh alternator.
Gambar 9 Kontruksi komponen alternator
1. Exciter Stator Inti besi pada exciter stator menyimpan sedikit kemagnetan dari s isa hasil proses pengoprasian genset. Kemagnetan yang disimpan pada exciter stator di sebut dengan residu magnet, residu magnet digunakan sebagai initial startup selama alternator beroprasi.
TRAINING CENTER
7
Gambar 10 Exciter Stator Exciter stator menggunakan gulungan 1 fasa yang menerima arus DC dari AVR untuk membangkitkan membangkitkan medan magnet dan selanjutnya diinduksikan kedalam gulungan exciter rotor, tujuan exciter stator digunakan sebagai sumber induksi magnet pada system eksitasi. 2. Exciter Rotor Merupakan Gulungan 3 fasa yang yang terhubung secara star , berfungsi untuk untuk menerima tegangan induksi AC dari exciter stator dan diteruskan ke gulungan main rotor melalui penyearah
(rectifier-
dioda set)
Gambar 11 Exciter Stator 3. Rectifier Merupakan jembatan penyearah 3 fasa gelombang penuh yang terdiri terdiri atas 6 buah dioda (3 forward dan 3 reverse) dan surge suppressor/varistor Dioda set berfungsi menyearahkan arus AC dari dari exciter rotor menjadi aruc DC dan dialirkan ke main rotor.
Gambar 12 Rectifier
TRAINING CENTER
8
4. Permanen Magnet Generator
Permanen magnet magnet generator generator
terdiri dari PMG rotor yang merupakan magnet permanen dan
berfungsi menginduksikan medan magnet kedalam gulungan PMG Stator.
PMG stator merupakan gulungan 3 fasa yang berfungsi untuk mengeluarkan tegangan AC untuk mencatu AVR. Dengan menggunakan sumber langsung dari PMG memungkinkan pemakaian sumber tagangan yang lebih stabil untuk mencatu AVR serta tidak membutuhkan teknik flashing lagi untuk membangkitkan residu magnet pada exciter stator.
Gambar 13 Permanen Magnet Generator
5. AVR (Automatic Voltage Regulator) AVR (Automatic Voltage Regulator) merupakan peralatan yang digunkan untuk menjaga tegangan generator agar tetap tetap konstan pada saat terjadi perubahan perubahan beban. Seperti yang telah kita ketahui bahwa perubahan beban dapat mempengaruhi nilai tegangan pada generator. Cara kerja dari AVR adalah mengatur nilai eksitasi atau penguatan medan pada generator. Apabila tegangan generator turun maka AVR akan menaikkan nilai eksitasi sedangkan apabila tegangan generator naik maka AVR akan menurunkan nilai eksitasi.
Gambar 14 SX4602 phase sensing
TRAINING CENTER
9
6. AVR Pengendalian dan Operasi AVR dapat dianggap sebagai saklar kontrol elektronik, memberikan pulsa arus DC ke dalam exciter stator. DC output
terhubung ke exciter stator dari
F1 dan F2 (sebelumnya X dan XX), ingat ingat
polaritasnya jangan sampai sampai terbalik. Listrik AC yang ditimbulkan dari main main stator antara 170-240 V (tegangan setengah line) atau, daya dapat dipasok dari dari Permanent Magnet Magnet Generator. Entah dua fase atau tiga fase yang digunakan untuk AVR sebagai umpan balik dari main stator.
Gambar 15 AVR dalam alternator
Gambar 16 Rangkain AVR Tipe SX450
TRAINING CENTER
10
7. Governor Governor merupakan suatu alat yang befungsi mengatur kecepatan generator dengan mengatur penggerak utama atau prime mover dari generator. Kecepatan generator diatur sedemikian rupa sehingga tetap konstan pada saat generator dibebani. Dalam mengatur kecepatan generator, generator mengatur konsumsi bahan bakar yang masuk ke dalam mesin sehingga pada saat beban naik, yang berarti kecepatan generator turun, governor akan menambah konsumsi bahan bakar yang masuk. Sedangkan pada saat beban turun, yang berarti kecepatan generator bertambah, governor akan mengurangi konsumsi bahan bakar yang masuk. Pembagian governor ada tiga macam, yaitu : • • •
Governor mekanik Governor mekanik – hidrolik Governor elektronik
A. Karakteristik Governor Governor mempunyai 2 karakteristik untuk mengatur putaran generator. Karakteristik tersebut antara lain : • •
Speed Droop Isochronous
Karakteristik speed droop dapat dilihat pada gambar 17
Gambar 17. Karakteristik Speed Droop 1. Speed Droop a. Speed droop adalah satu karakteristik dimana kecepatan generator akan berkurang ketika generator diberi beban. Umumnya toleransi speed droop yang diizinkan dalam suatu generator adalah 4% Persamaan perhitungan speed droop adalah sebagai berikut
TRAINING CENTER
11
b. Isochronous Isochronous adalah karakteristik dimana kecepatan generator akan tetap konstan ketika generator diberi tambahan beban. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut : jika beban dari suatu generator bertambah maka putaran generator akan turun, tetapi jika pertambahan beban itu diikuti dengan pertambahan bahan bakar yang masuk ke prime mover generator maka putaran generator akan kembali ke putaran semula, sehingga putarannya tetap konstan. Karakteristik isochronous dapat dilihat pada gambar 18.
Gambar 2.7. Karakteristik Isochronous gambar 18. Karakteristik isochronous dapat dilihat pada Untuk speed droop governor dapat dioperasikan pada sistem satu generator atau dua generator. Tetapi untuk sistem dua generator, salah satu generator harus berfungsi sebagai pengontrol frekuensi sedangkan untuk isochronous hanya dapat dioperasikan pada sistem satu generator saja. Untuk sistem dua generator tidak dapat dilakukan karena setiap generator akan berusaha mengatur frekuensi sistem.
TRAINING CENTER
12
I. Sistem Eksitasi (Penguatan generator) 1. Sistem Eksitasi Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada generator listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya. Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu: 1.
Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)
2.
Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation).
2. Sistem Eksitasi dengan sikat Pada sistem eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari control system. Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam control system, tegangan listrik arus bolak balik dari main stator diubah atau disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main rotor). Untuk mengalirkan arus eksitasi ke main rotor generator menggunakan slip ring dan sikat arang.
Gambar 19 Sistem Eksitasi dengan sikat
SLIPRINGS - Prinsip kerja generator generator dengan menggunakan brush adalah dengan dengan cara mengalirkan arus eksitasi melalui cincin brush dari control system untuk membangkitkan medan elektromagnetik pada main rotor sehingga membentuk polaritas magnet, ketika sharf berputar, fluks magnet ini akan terinduksi dengan main stator (gulungan kawat 3 phasa) sehingga pada gulungan main stator akan terbangkit tegangan AC Bolak balik, tegangan yang dihasilkan selain digunakan sebagai sebagai supply untuk control system juga digunakan untuk signal sebagai referensi dan mengontrol agar generator selalu
TRAINING CENTER
13
mengeluarkan tegangan yang stabil. Pada generator yang mempunyai kapasitas kecil system ini masih banyak digunakan.
3. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brus hless excitation) Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus excitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation. Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation), antara lain adalah: a.
Energi yang diperlukan untuk Eksitasi diperoleh dari poros u tama (main shaft), sehingga keandalannya tinggi
b. Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring. c.
Pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat si kat arang.
d. Mengurangi kerusakan ( trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere) sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup e. Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama. f.
Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi
Gambar 20 Sistem Eksitasi tanpa sikat Prinsip kerja generator generator tanpa sikat dengan cara mengganti sikat dengan generator generator kecil, ini disebut dengan exciter yang terdiri dari exciter stator (gulungan kawat 1 phasa) dan exciter rotor (gulungan kawat 3 phasa). generator penguat kedua disebut main generator (penguat utama) yang terdiri dari main rotor (gulungan 1 phasa) dan main stator (gulungan 3 phasa). Arus eksitasi berasal dari AVR (Automatic Voltage Generator) yang sialirkan ke exciter stator, karena exciter stator merupakan gulungan kawat maka ketika dialirkan arus listrik akan membentuk medan electromagnet. Kemudian fluks magnet itu diinduksikan ke exciter rotor sehingga exciter Rotor menghasilkan arus AC bolak-balik
TRAINING CENTER
14
yang disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main stator (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda kemudian dialirkan ke main rotor sehingga main rotor juga berubah menjadi magnet dan menginduksi fluks magnet ke main stator sehingga pada gulungan main stator akan terbangkit tegangan tegangan AC Bolak balik, tegangan yang dihasilkan selain digunakan sebagai supply untuk control control system
juga digunakan untuk untuk signal sebagai referensi dan mengontrol mengontrol agar
generator selalu mengeluarkan tegangan yang stabil. Pada generator yang mempunyai kapasitas besar system ini masih banyak digunakan. Generator yang menggunakan system ini disebut juga generator self excited.
4. Sistem Permanen Magnet Generator (PMG).
Gambar 21 Separately Excited (PMG)
Self exiced
menggunakan tegangan tegangan dari main stator sebagai power supply untuk AVR (Automatic
Voltage Generator). Generator tipe ini memerlukan tegangan ekstrnal untuk membentuk kemagnetan pada main stator saat generator baru mulai star-up/ generator kehilangan residu magnet.
Separatelly Exsited Separately eksited hamper sama dengan self exsited, hanya saja untuk power supply ke AVR terpisah sekarang menggunakan PMG (Permanen Magnet Generator). PMG menyediakan power untuk semuanya diantaranya untuk power AVR dan juga untuk control system. AVR mendapatkan power yang tetap dari PMG sehingga keadaannya lebih stabil, selain itu tegangan ramping juga lebih cepat serta tidak memerlukan teganngan eksternal (battery) saat generator kehilangan residual magnetnya.
5. Pengaturan Tegangan Tegangan pada masing-masing gulungan didalam didalam alternator Dari setiap komponen didalam alternator sebagian besar terbuat dari gulungan yang dililitkan pada inti besi. Gambar dibawah menjelaskan tiap bagian yang dialiri arus listrik, baik itu tegangan AC dan Tegangan DC
TRAINING CENTER
15
Gambar 22 Pengaturan Tegangan pada alternator
J. Paralel Generator Paralelisasi adalah operasi sinkron dari dua atau lebih generator set yang terhubung bersama pada satu bus untuk menyediakan energi listrik ke beban (lihat gambar di atas). paralel membuat dua atau lebih generator set berfungsi seolah-olah mereka mereka membuat satu satu genset yang besar. Sambil mempertahankan mempertahankan frekuensi dan tegangan pada saluran BUS nya.
Gambar 22 Parallel Generator Untuk melayani beban yang meningkat, ada kondisi dimana kita harus memparalel 2 atau lebih generator dengan maksud menambah kapasitas daya dan dibutuhkan untuk menjaga kontinuitas pelayanan apabila ada generator yang harus dimatikan misalnya untuk maintenance atau standby . Adapun syarat parallel generator adalah: • Tegangan (GGL) sesaat harus sama. • Frekwensi harus sama • Urutan fasa harus sama • Fasa harus sama
TRAINING CENTER
16
Gambar 23 Sinkronisasi Manual R, S, dan T adalah urutan fasa tegangan jala–jala. U, V, dan W adalah urutan fasa tegangan generator. Saat memparalelkan, lampu L1 mati sedangkan L2 dan L3 nyala sama terangnya, dan keadaan ini berlangsung agak lama. Posisi semua fasa sistem tegangan jala-jala berhimpit dengan semua fasa sistem tegangan generator.
Gambar 24 Kondisi belum sinkron (kiri) dan telah sinkron (kanan)
Sehingga jika kita lihat dari bentuk gelombangnya seperti pada gambar dibawah ini :
TRAINING CENTER
17
Gambar 25 Bentuk Gelombang sinusoida saat proses paralell Ada kontroler yang digunakan pada aplikasi generator guna mencocokan kecepatan dan phasa tegangan sebelum memparalel dengan generator yang lain atau bus bar yang sedang online.
Gambar 26 Synchronizer Selain proses sinkron dilakukan secara manual/automatis menggunakan modul, ada cara lain yang bisa dilakukan yaitu dengan menggunakan droop kit. Seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 27 system parallel parallel menggunakan droop kit
TRAINING CENTER
18
CT droop untuk kebutuhan sharing Kvarnya. CT droop dipasang disebagian lilitan phase. Hal ini dimaksudkan pada saat parallel dengan genset lain. Pembagian daya Kvarnya sama pada daya Kw yang sama. Hal ini dapat dilihat dari penunjukan cosphi yang relative sama. CT droop ini mengeluarkan arus yang akan diperbandingkan dengan besaran tegangan sehingga terbaca sudut cos phi. Melalui proses elektronik didalam AVR inilah antar kedua genset atau lebih Cosphinya akan diatur sama / seimbang
Gambar 28 droop kit Droop kit digunakan sebagai penyeimbang tegangan antara dua generator yang ingin diparalelkan, droop kit dipasang pada masing-masing generator pada salah satu phasanya dan dihubungkan pada terminal s1 dan s2 pada terminal terminal AVR pada masing-masing masing-masing generator seperti gambar 27. Dengan sistem yang seperti ini dimungkinkan tegangan antara kedua genetaror relative sama karena pada tiap alternator dipasangkan AVR yang dihubungkan dengan exciter stator yang mana inputan dari Droop kit (s1 & s2) digunakan sebagai referensi untuk mengatur mengatur system excitasi.
K. Pengaturan Tegangan Pengaturan tegangan dari generator didefenisikan sebagai perubahan tegangan dari beban nol ke beban penuh dengan menjaga eksitasi tetap dan putaran tetap. Pengaturan tegangan dinyatakan dalam persen (%) dari tegangan nominal, dirumuskan sebagai berikut :
Karakteristik tegangan dari generator sinkron dapat dilihat pada gambar
TRAINING CENTER
19
Gambar 29 Karakteristik Tegangan Tegangan Untuk beban dengan faktor daya leading (kapasitif), maka tegangan saat dibebani akan naik, sehingga diperoleh regulasi negatif. Untuk beban dengan faktor daya lagging, tegangan saat dibebani akan turun, sehingga diperoleh regulasi positif.
L. Faktor Daya Faktor daya atau disebut juga cosinus sudut (cos α) adalah perbandingan antara daya aktif dengan daya semu. Adanya dan besarnya faktor daya pada sistem tegangan AC disebabkan oleh ada beban dan besarnya tergantung dari karakteristiknya.
Gambar 30 Segitiga daya
Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya (pf) selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teori, jika seluruh beban daya memiliki pf = 1, maka daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian. Jika faktor daya sangat rendah maka kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran daya aktif (W) yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya semu (VA). Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Pada sistem arus bolak-balik, daya listrik tidak sesederhana pada sistem arus searah. Pada arus bolak-balik terdapat tiga jenis daya, yaitu daya semu, daya aktif, dan daya reaktif.
TRAINING CENTER
20
Daya Semu ( Apparent Apparent Power ) Atau disebut juga daya total yaitu penjumlahan daya aktif dan daya reaktif. Jadi daya inilah yang dijadikan kapasitas daya maksimal suatu generator/daya yang dikeluarkan oleh generator. S = V.I (VA) atau S = P2 + Q2
Daya Aktif (Real Power ) Adanya daya aktif (faktor P) disebabkan beban yang digunakan bersifat resistif seperti lampu pijar, rheostat, load bank , pemanas, motor induksi berbeban berat, dan trafo berbeban tinggi, dll. Beban resistif membuat phasa antara tegangan dan arus selalu sama ( inphase) sehingga membuat pf = 1. Adapun perhitungan daya aktif sebagai berikut: 1 phasa P = V x I x cos α (W) dimana Z = R 3 phasa P = 3 x VL-L x I L x cos α (W)
Gambar 31 Karakteristik phasa dan vektor pada beban resitif murni
Daya Reaktif (Reactive Power ) Pada dasarnya daya reaktif ini (faktor Q) disebabkan oleh 2 karakteristik beban yaitu beban induktif dan kapasitif. Adanya beban induktif membuat perbedaan phase antara tegangan dan arus dimana arus tertinggal terhadap tegangan atau disebut dengan pf lagging (positif pf). Sehingga membuat pf rendah (pf < 1), atau induktif murni ia memiliki pf = 0 maka hanya ada daya reaktif saja. Contoh beban induktif seperti motor induksi tanpa beban atau berbeban rendah, trafo berbeban rendah, ballast, dll.
Gambar 32 Karakteristik phasa dan vektor pada beban induktif murni
TRAINING CENTER
21
Sedangkan adanya beban kapasitiftif juga membuat perbedaan phase antara tegangan dan arus dimana arus mendahului terhadap tegangan atau disebut dengan pf leading ( negatif pf). Sehingga juga membuat pf rendah (pf < 1), atau kapasitif murni ia memiliki pf = 0 maka hanya ada daya reaktif saja. Contoh beban kapasitif seperti penghantar daya yang terlalu panjang, filter kapasitor, motor sinkron yang kelebihan eksitasi, dll. Adapun perhitungan daya reaktif sebagai berikut: 1 phasa Q = V x I x sin α (VAR) Dimana jika lagging Z = jXL 3 phasa Q = 3 x VL-L x I L x sin α (VAR) leading Z = -jXC
Gambar 33 Karakteristik phasa dan vektor pada beban kapasitif kapasitif murni
M. Tenaga pada Engine Diesel Daya output shaft engine diesel dapat dinyatakan dengan persamaan:
Dalam PLTD, putaran engine harus konstan agar frekwensi yang dikeluarkan generator selalu konstan 50Hz atau 60Hz sehingga untuk pengaturan daya output dari generator (dengan mengacu persamaan di atas), yang dapat diatur hanya nilai BMEP. Pengaturan nilai BMEP ini dilakukan dengan mengatur pemberian bahan bakar yang harus diikuti oleh pengaturan pemberian udara. Hal ini disebabkan bahan bakar memerlukan udara untuk pembakaran. Terlalu banyak atau sedikit udara untuk pembakaran menyebabkan pembakaran di dalam silinder menjadi tidak efisien. Masalahnya, karena genset putarannya konstan, jadi perubahan pemberian bahan bakar tidak dapat diikuti oleh pemberian
TRAINING CENTER
22
udara secara seimbang. Sehingga nilai efisiensi maupun nilai BMEP tidak konstan sebagai fungsi beban. Oleh karena itu, unit PLTD sebaiknya dibebani konstan yang menghasilkan efisiensi maksimum, kira-kira beban 80%.
N . Konsep Tenaga Genset
Gambar 34 Konversi energi kimia ke mekanis kemudian listrik Engine merubah campuran udara dan bahan bakar (energi kimia) ke dalam energi mekanik. Generator mengambil tenaga dari engine ( Brake HP atau kW) dan merubahnya ke dalam energi listrik ( Electrical kW). BHP adalah daya yang tertera pada nameplate engine. Tenaga engine (kW) selalu lebih besar antara 105% - 110% dibanding tenaga nyata generator (ekW).
Gambar 35 Generator set Cummins
O. Rating Genset Berdasarkan aplikasinya, genset dibagi dalam beberapa rating yakni: • Emergency Standby Power Rating
DIgunakan sebagai sumber power yang selalu stanby. Tidak mengalami pemadaman, sama halnya seperti UPS atau genset yang beroprasi secara terus-manerus. Aplikasi seperti pada rumah sakit, bandara, system komputer, telecom, militer, satelit komunikasi dll.
TRAINING CENTER
23
• Standby Power Rating
Diaplikasikan untuk beban yang lebih bervariasi. Load factor normalnya mencapai 70 %. Jumlah jam operasi per tahun selama 200 jam dan maksimum 500 jam. Aplikasi ini cocok dipergunakan sebagai standby power dan rental power power . • Prime Power Rating
Diaplikasikan untuk beban yang bervariasi dengan load factor normal mencapai 70 % dalam jam yang tidak terbatas per tahun. Beban maksimum 100% dengan tambahan 10 % overload capability hanya boleh dioperasikan selama 1 jam dalam 12 jam operasi. Operasi overload tidak boleh lebih dari 25 jam per tahun. Aplikasi ini disarankan pada pembangkit listrik untuk industri, pompa, dan konstruksi. • Continuous Power Rating
Rating ini dapat memikul beban yang konstan atau sedikit variasi dengan load factor normal mencapai 70% - 100 % dalam jam yang tidak terbatas per tahun. Engine dengan rating ini dapat dibebani secara terus-menerus dengan 100 % beban (ekW). Aplikasi ini disarankan pada pembangkit listrik utama (utility power supply )
P. Rating Arus Generator mempunyai rating arus maksimal yang diizinkan yang mengalir di armatur tanpa menyebabkan kerusakan isolasi ( overheating). Rating ini dapat dilihat pada nameplate generator.
Reverse power Generator
Adalah suatu fenomena perubahan unjuk kerja dari generator menjadi motor. Jadi dalam kejadian ini, sebuah generator yang tadinya menghasilkan daya listrik, berubah menjadi menggunakan daya listrik. Hal ini bisa terjadi karena pada dasarnya antara generator dan motor memiliki konstruksi yang sama dan jika: 1. Generator dihubungkan paralel atau bergabung dalam suatu jaringan dengan generator lain. Torsi yang dihasilkan oleh penggerak mula ( power mover , dalam hal ini misalkan turbin uap, turbin air, atau mesin diesel) lebih kecil dari torsi yang dibutuhkan untuk menjaga agar kecepatan rotornya
berada pada kecepatan proporsionalnya (dengan referensi frekuensi
sistem). 2. Terjadi kehilangan torsi dari penggerak mulanya (dengan kata lain penggerak mulanya seperti turbin
atau mesin diesel "Trip" atau mengalami kegagalan operasi) dan dan generator masih
terhubung dengan jaringan. Karena masih ada kecepatan sisa pada rotornya, sedangkan disisi statornya ada tegangan dari jaringan, sehingga tegangan di stator menginduksi ke lilitan rotor yangberputar.
TRAINING CENTER
24
Dampak reverse power adalah sebagai berikut: • Pada diesel generator dapat terjadi ledakan pada ruang bakarnya karena adanya akumulasi bahan
bakar yang tak terbakar sedangkan rotor terus berputar. • Pada gas turbin juga akan merusak gear box -nya -nya dan Pada hydroplant (turbin air) akan terjadi kavitasi.
Pada suatu sistem pembangkitan yang terdiri dari dua atau lebih generator dan dioperasikan secara paralel maka setiap generator dilengkapi dengan peralatan proteksi berupa relay reverse power untuk mendeteksi dan membuka pemutus apabila ada reverse power (gangguan) yang mengalir dari satu generator ke generator lainnya yang mengalami g angguan pada penggerak mulanya.
Gambar 36 Relay reverse power Relay reverse power bekerja dengan mengukur komponen aktif arus beban, I x cos φ. Ketika generator menghasilkan daya listrik maka komponen arus beban I x cos φ bernilai positif, sedangkan dalam kondisi reverse power berubah menjadi bernilai negatif. Jika nilai negatif ini melampaui set point dari relay, Circuit Breaker (CB). Inti dari maka reverse power relay akan bekerja secara interlock dengan membuka Circuit Breaker
semuanya, jika terjadi reverse power pada suatu unit pembangkit listrik maka terjadi kerusakan pada peralatan penggerak mulanya ( power mover ). ).
Q. Generator Tipe Permanent Magnet (PMG) Generator jenis ini disebut juga PMG generator cara kerjanya memanfaatkan pembangkitan awal dari permanent magnet yang berada pada rotor yang mana medannya akan menginduksikan PMG stator yang akan menghasilkan tegangan AC 3 phasa sebagai sinyal ke voltage regulator bahwa generator telah diputar. Kemudian ia memberikan arus ke field exciter berupa tegangan DC untuk membuat magnet yang medannya diterima oleh exciter stator. Karena ia terinduksi maka akan menghasilkan tegangan AC 3 phasa yang akan disearahkan oleh Rotating Diode menjadi tegangan DC yang disalurkan ke Main Rotor melalui rongga di sepanjang inti shaft. Akibatnya, Main Field membuat inti magnet yang medannya menginduksikan Main stator sehingga menghasilkan tegangan AC 3 phasa. Output tegangannya akan dirasakan oleh voltage regulator. Jika tegangan output -nya -nya masih di bawah
nilai set point nya maka ia akan menaikan arus DC menuju Field Exciter dan sebaliknya jika melebihi maka ia akan menurunkan arus.
TRAINING CENTER
25
Gambar 37 Konstruksi generator tipe PMG
R. Generator Tipe Self Excited (SE) Generator jenis ini disebut juga double generator cara kerjanya memanfaatkan pembangkitan awal dari magnet residual yang tersimpan pada inti Main Rotor yang akan menginduksikan Main Armature dan output tegangannya sebagai sinyal ke voltage regulator bahwa generator telah diputar. Kemudian cara
kerjanya sama seperti PMPE dalam membangkitkan tegangan dan fungsi voltage regulator sebagai peregulasi tegangan. Bedanya unit pembangkit jenis ini bisa hilang kemagnetan residualnya jika tidak dioperasikan dalam jangka waktu yang lama. Jika hilang maka harus di-flashing kemagnetannya. Oleh karena itu perlu secara berkala dioperasikan g una perawatan.
Gambar 38 Konstruksi generator tipe self excited
S. Pengendali Kecepatan Prime mover Kontroler mendapatkan input kecepatan aktual prime mover dari speed sensor (Magnetic Pick Up (MPU) yang berada pada flywheel gear dengan sinyal input berupa frekwensi. Di dalam kontroler
TRAINING CENTER
26
terdapat konverter yang mengkonversikan sinyal tegangan AC frekwensi menjadi tegangan DC analog dengan besarnya frekwensi yang diterima berbanding lurus dengan kecepatannya. Nilai input sinyal kecepatan dibandingkan dengan tegangan referensinya di sum point . Jika tegangan sinyal kecepatan lebih rendah atau lebih tinggi daripada tegangan referensi maka sinyal akan dikirimkan ke amplifier untuk menaikan ataupun menurunkan kecepatan. Aktuator merespon sinyal dari amplifier dengan memposisikan kembali fuel rack atau throttle valve, merubahan kecepatan prime mover hingga tegangan sinyal kecepatan dan tegangan referensi bernilai sama.
Gambar 39 Blok diagram kerja speed control
T. Sinkronisasi Generator Kontroler membandingkan kedua sinyal dan menentukan adanya perbedaan antara phasa generator (off-line) dan bus (on-line). Ketika ada perbedaan, kontroler mengirimkan sinyal perbaikan phasa untuk menaikan dan menurunkan kecepatan engine berdasarkan seberapa besar generator tersebut tertinggal atau mendahului terhadap bus. Penguat sinyal koreksi secara proporsional berbanding lurus terhadap nilai ketinggalan atau mendahului (perbedaan phasanya). Kontroler juga membandingkan tegangan generator yang off line dan tegangan pada bus bar yang on-line. Jika ada perbedaan, kontroler memberikan perintah ke voltage regulator untuk menaikan atau menurunkan tegangan output generator melalui kontak relay. Jika tidak ada 2 bagian yang dibandingkan maka synchronizer tidak akan pernah memerintahkan CB untuk menutup hubungan generator ke bus. Dia
mendapat sensing tegangan dari Potential Transformer (PT).
TRAINING CENTER
27
Gambar 40 Blok diagram kerja synchronizer
U. Genset Control Genset control control terhubung dengan sebuah system mikroprosesor (digital) (digital) control yang memungkinkan memungkinkan genset dapat mentransfer beban dengan fungsi yang sangat canggih, dapat mengakses data-data penting, memonitoring parameter engine dan alternator, serta dapat berkomunikasi dan bertukar informasi dalam sebuah system managemen gedung. Digital control digunakan sebagai sebuah perangkat komputer cerdas yang membolehkan komponen genset dapat berintraksi dengan yang lainnya. Control digital menyediakan system kombinasi pengontrolan yang lebih baik untuk mengatur engine, alternator dan juga system transfer switch.
Gambar 41 Control Generator Set
TRAINING CENTER
28
Keuntungan dari penggunaan system control 1. Dapat dipercaya (Realibility) Control yang digunakan berbasis mikroprosesor dengan tampilan yang lebih baru dari komponen yang sebelumnya (tradisional design) yang masih banyak menggunakan system wiring. 2. Flexibelity Featur dapat dikembangkan dengan menggunakan berbagai macam model yang bervariasi dengan menggunakan system menu yang ada pada display 3. Bentuk secara fisik Penggabungan system control dapat memungkinkan ukuran control menjadi lebih simpl e 4. Data Logging Berhubungan dengan pemeliharaan digital control, peringatan operasi, dan l ainnya, me-record semua kejadian yang pernah terjadi.
Gambar 42 Contoh dari bentuk system control control yang digunakan oleh genset Cummins. Cummins.
TRAINING CENTER
29
MENGOPERASIKAN MENGOPERASIKAN GENERATOR SET
A. Pengoprasian secara Manual 1. Prosedur Pengoperasian Generator Prosedur pengoperasian generator harus mengikuti SOP (standard operation prosedure) yang ada sebagai petunjuk operator dalam mengoperasikan suatu unit pembangkit. Prosedur pengoperasian dalam suatu sistem pembangkit secara umum dibagi menjadi empat tahapan, yaitu :
a) Tahap persiapan Sebelum mengoperasikan generator set perlu dilakukan prosedur pemeriksaan secara keseluruhan. Pemeriksaan sebelum pengoperasian akan menjamin kinerja generator berfungsi dengan baik. Hal-hal yang perlu diperhatikan sebelum mengoperasikan generator set, yaitu : 1. Sistem start 2. Sistem pelumasan 3. Sistem pendingin 4. Sistem bahan bakar 5. Sistem kontrol 6. Sistem proteksi 7. Sistem interlock 8. Sistem governor Bila pemeriksaan sistem di atas dalam kondisi yang baik, maka generator dalam kondisi siap untuk dijalankan.
b) Tahap menjalankan generator Tahap ini merupakan langkah menjalankan mesin generator dengan putaran rendah kemudian putaran dinaikkan sampai ke putaran nominal. Setelah kecepatan putar mesin mencapai putaran nominal, perlu dilakukan pengecekan terhadap parameter yang ada pada unit tersebut agar berada dalam keadaan normal. Setelah pengecekan unit dalam kondisi normal kemudian mesin siap untuk dilakukan pembebanan.
c) Tahap pembebanan Setelah generator berputar pada kecepatan normal dan dalam kondisi baik, maka siap dilakukan pembebanan pada sistem operasi. Pembebanan pada generator dapat bersifat resisitif, induktif maupun kapasitif tergantung dari jenis beban yang diterima oleh g enerator.
TRAINING CENTER
30
d) Tahap menghentikan generator Jangan langsung mematikan mesin secara tiba-tiba. Lepaskan atau turunkan bebannya terlebih dahulu secara perlahan-lahan, kemudian biarkan mesin bekerja tanpa beban untuk memberikan kesempatan pada mesin menyesuaikan temperatur kerja seiring dengan penurunan pemakaian bahan bakar. Bila sedang diparalel generator harus dilepaskan dahulu dari hubungan paralel. Setelah generator berhenti, lakukan pemeriksaan untuk menjamin keandalan mesin bila generator beroperasi kembali.
2. Sistem pada generator Sebelum memulai mengoperasikan generator, perlu diketahui sistem-sistem untuk operasi generator, yaitu :
a. Sistem start (starting system) Sebelum mengoperasikan generator, perlu diperhatikan spesifikasi dari mesin generator. Data mesin generator dapat diketahui dari buku manual yang dikeluarkan oleh pabrik. Hal-hal yang perlu dikenali dari data pada mesin generator, yaitu :
Mesin :
Generator :
•
Diameter silinder
•
Frekwensi
•
Langkah
•
Tegangan antar fasa
•
Jumlah dan letak silinder
•
Arus maximum
•
Letak silinder
•
Daya keluar
•
Langkah volume persilinder
•
Cos phi
•
Volume total langkah
•
Eksitasi
•
Putaran normal
•
Kemampuan operasi
•
Putaran engkol
b. Sistem bahan baker baker (fuel system) Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyalurkan bahan bakar ke ruang bakar dengan takaran yang sesuai dengan kerja mesin diesel. Umumnya, bahan bakar yang banyak dipakai pada mesin generator diesel adalah minyak solar atau minyak IDO (ignation diesel oil). Skema sistem bahan bakar pada mesin diesel ditunjukkan pada Gambar 6.
TRAINING CENTER
31
Gambar 1 Skema Sistem Sistem Bahan Bakar
Bahan bakar di dalam tangki (1) dihisap melewati filter pertama (2) oleh pompa trasper (3), kemudian bahan bakar tersebut dipompakan melewati filter ke dua (4) ke manifold (pengumpul) bahan bakar didalam rumah pompa (6). Selanjutnya pompa injeksi bahan bakar (5) akan memompakan bahan bakar tersebut dengan tekanan sangat tinggi lewat bahan bakar bertekanan tinggi (7) ke injector (10).
c. Sistem pelumasan (lubricating (lubricating system) Fungsi dari pelumasan pada mesin generator adalah untuk mengurangi gaya gesek pada mesin, untuk pendinginan, dan pencegahan karat.
Gambar 2 Skema Sistem Sistem Pelumas
TRAINING CENTER
32
pelumas dari panci pelumas (oil pan) (1) melewati saluran isap (2) terus ke pompa pelumas (3). Pompa pelumas akan meneruskan pelumas ke cooler (pendingin pelumas), namu sebelumnya tekanan oli dijaga menggunakan regulator valve (4) dan kemudian ke filter, pelumas diteruskan ke seluruh penampung pelumas oil(oil manipold) (6) yang terletak di dalam blok silinder. Untuk selanjutnya diteruskan ke bagian-bagian yang perlu dilumasi. Sementara lewat saluran (7) pelumas akan diteruskan ke turbo. Dari turbo, pelumas masuk kembali ke panci pelumas lewat saluran ( 8).
d. Sistem pendinginan (coolant system) Untuk menjaga temperatur kerja mesin diperlukan sistem pendinginan dengan menggunakan coolant. Sistem pendinginan menggunakanb coolant yang tidak menggandung kadar garam atau kotoran-kotoran penyebab korosi mesin.
Gambar 3 Skema Sistem Pendingin
coolant ini berfungsi mendinginkan silinder block dan turbo charger yang merupakan bagian terpanas dari sistem dan sebagian panas gas pembakaran tersebut dipindahkan secara langsung ke fluida pendinginnya. Saat operasi normal, air didalam tangki (2) oleh pompa (3) akan dipompakan melewati pendingin pelumas (oil cooler) (4) dan terus ke blok silinder dan silinder head lewat saluran (5). Setelah mendinginkan mesin air keluar (6) melewati pipa (7) air pendingin tersebut terus ke cooler (pendingin untuk mendinginkan air pendingin mesin) (8). Air pendingin mesin yang telah dingin tersebut melewati pipa (9) terus ke tangki (2). Pendingin air mesin didalam cooler (8) oleh air dari cooling tower yang masuk dari saluran (12) dan keluar kembali ke cooling tower lewat saluran (13). Sebagian air pendingin mesin masuk ke after cooler (tidak terlihat pada gambar) untuk mendinginkan air masuk. Bila mesin masih dingin, temperature regulatir (10) akan membuat aliran air pendingin mesin langsung ke tangki air (2). Dengan demikian air mesin pendingin mesin tidak lewat cooler (8).
TRAINING CENTER
33
e. Sistem udara masuk (intake valve) dan sistem sistem udara keluar (exhaust valve). Sistem pemasukan udara ini berfungsi untuk menyalurkan udara murni ke dalam ruang bakar pada saat langkah hisap. Jumlah dan kualitas udara yang akan masuk ke dalam selinder (ruang bakar) sangat penting bagi kinerja motor diesel generator. Sistem pembuangan udara yang dikenal dengan knalpot pada mesin berfungsi untuk menyalurkan gas bekas sisa pembakaran ke udara luar dan sekaligus berfungsi sebagai peredam getaran akibat ledakan pembakaran serta tekanan gas buang. Fungsi sebagai peredam getaran ini sangat penting, mengingat getaran yang berlebihan dapat mempercepat keausan komponen-komponen motor itu sendiri.
Gambar 4 Skema Sistem Udara Masuk dan Ga s Buang
Udara bersih setelah melewati penangkap pasir (1) dan filter (2) dipadatkan oleh blower (3) menuju after cooler (4). Dari sini aliran udara melewati manifold udara masuk (5) dan terus masuk kedalam silinder. Setelah berlangsung pembakaran, gas bekas keluar dari silinder lewat katub buang, terus ke manifold gas buang (7) dan ke turbin (8). Karena dorongan gas asap, turbin berputar dan sekaligus memutar blower pada ujung poros yang lain. Putaran blower ini yang digunakan untuk memampatkan udara masuk ke dalam silinder. Sementara itu, gas-gas buang setelah memutar turbin (8) akan terus ke cerobong (knalpot) (9) dan dilepas ke udara luar.
TRAINING CENTER
34
MENGOPERASIKAN MENGOPERASIKAN GENSET SECARA OTOMATIS
A. Uraian Materi Untuk mempertinggi kontinuitas penyaluran tenaga listrik ke beban maka diperlukan automatic Genset yang disingkat Auto Gen Set. Auto Gen Set merupakan suatu perangkat untuk mengoperasikan generator secara otomatis sebagai pemindah daya listrik yang disuplai dari PLN jika sumber tenaga listrik ini mengalami pemadaman. Bila hal tersebut terjadi, maka secara otomatis diesel sebagai penggerak generator akan hidup dan menggerakkan rotor generator sehingga dihasilkan tenaga listrik sehingga tidak mengalami gangguan atau pemutusan. Automatic generator set merupakan panel pengendalian generator yang ditempatkan dalam suatu ruangan khusus, yaitu ACOS (Automatic Change Over Switch). Panel pengendalian tersebut menggunakan suatu rangkaian pengendali dari gabungan beberapa macam sistem, antara lain :
1. Sistem Magnetik : Sistem
ini menggunakan menggunakan relay-relay atau kontaktor kontaktor yang bekerja bekerja
berdasarkan prinsip elektromagnetik. 2. Sistem Elektronik : Sistem ini menggunakan menggunakan perangkat perangkat elektronik baik yang bekerja bekerja secara analog maupun digital. 3. Sistem Manual
: Dalam hal ini menggunakan peralatan sakelar manual key key contact
dan lain sebagainya.
Ketiga sistem tersebut digabungkan sehingga diperoleh keunggulan-keunggulan sebagai berikut : 1. Dalam pengoperasiannya tidak perlu dilakukan pelatihan khusus karena sangat mudah dioperasikan dan mudah dalam pemeliharaan. 2. Mempunyai tingkat keamanan yang sangat tinggi, hal ini sangat diperlukan karena menyangkut masalah keselamatan operator dan peralatan yang peka. 3. Mempunyai tingkat kehandalan yang sangat tinggi. Komponen utama sistem Gen Set otomatis, antara lain :
B. Battery Battery merupakan suatu proses pengubahan energi kimia menjadi energi listrik yang berupa sel listrik. Pada dasarnya sel listrik terdiri dari dua buah logam/ konduktor yang berbeda dicelupkan ke dalam larutan maka akan bereaksi secara kimia dan menghasilkan gaya gerak listrik antara kedua konduktor tersebut. Proses pengisian battery dilakukan dengan cara mengalirkan arus melalui sel-sel dengan arah yang berlawanan dengan aliran arus dalam proses pengosongan sehingga sel akan dikembalikan dalam keadaan semula. Battery yang digunakan pada sistem otomatis Gen Set berfungsi sebagai sumber arus DC pada starting diesel.
TRAINING CENTER
35
C. Battery Charger Alat ini berfungsi untuk proses pengisian battery dengan mengubah tegangan PLN 220V menjadi 24 V menggunakan rangkaian penyearah. Battery Charger ini biasanya dilengkapi dengan pengaman hubung singkat (Short Circuit) berupa sekering/ fuse. Spesifikasi dari alat ini sebagai berikut : a. Tegangan masukan (input) : 220 V / 380 V b. Phase tunggal c. Frekuensi : 50 / 60 Hz d. Toleransi yang diijinkan : 50 Hz = Rating tegangan 0,9 – 1,15% 60 Hz = Rating tegangan 0,9 – 1,25%
D. Relay Relay berfungsi sebagai penggerak pada kontak. Relay akan bekerja dengan cara memberi tegangan pada kumparannya, sehingga akan menggerakkan kontak untuk posisi membuka (normally closed - NO) maupun untuk posisi menutup (normally opened - NC). Relay ada dua macam, yaitu relay biasa dan relay dengan timer. Kedua jenis relay tersebut digunakan sesuai dengan fungsi dan keperluannya. Relay biasa digunakan untuk menghubungkan lampu-lampu indikator tanpa penundaan waktu, sedangkan relay dengan penundaan waktu digunakan pada saat start diesel. Hal ini diperlukan karena bila start pertama maka dibutuhkan selang waktu tertentu untuk start berikutnya sampai mesin diesel dapat beroperasi
TRAINING CENTER
36
SISTEM PENGAMAN GENERATOR
1. Sistem pengaman pada mesin generator Keandalan suatu generator tidak saja tergantung pada konstruksi dan pembebanan yang tidak melebihi batas maksimumnya, tetapi juga pada system pengamannya. Pengaman generator ini melindungi terhadap gangguan eksternal tetapi juga internal sistem. Generator membutuhkan sistem pengaman yang dapat bekerja cepat dan tepat dalam mengisolir gangguan agar tidak terjadi kerusakan fatal. Proteksi pada mesin generator ada dua macam, yaitu : pengaman alarm dan pengaman trip.
a) Pengaman alarm Pengaman alarm bertujuan memberitahukan kepada operator bahwa ada sesuatu yang tidak normal dalam operasi mesin generator dan agar operator seg era bertindak : 1. Menormalkan sistem yang terganggu tersebut 2. Menghentikan mesin bila sistem tidak dapat dinormalkan atau ni lai gangguan terus berlanjut.
Jenis pengaman alarm pada mesin generator, antara lain : 1. Temperatur air pendingin tinggi 2. Temperatur air pendingin rendah 3. Tekanan minyak pelumas rendah 4. Level bahan b akar rendah 5. Sistem tidak dapat distart 6. Sistem battey voltage 7. Battery changer mal function 8. Damper udara masuk mesin tertutup.
b) Pengaman trip Pengaman trip berfungsi untuk menghindarkan mesin generator dari kemungkinan kerusakan karena ada sistem yang berfungsi tidak normal, sedangkan gangguannya terus berlanjut dan operator tidak bisa menormalkannya, maka mesin akan stop secara otomatis. Jenis pengaman trip pada mesin generator, antara lain : 1. Putaran lebih (over speed) 2. Temperatur air pendingin tinggi 3. Tekanan minyak pelumas rendah 4. Emergency stop 5. Reverse power
TRAINING CENTER
37
2) Resiko kegagalan sistem proteksi Bila suatu pengaman pada mesin generator tidak dapat berfungsi terhadap gangguan sistem dapat mengakibatkan :
a) Over speed Bila putaran generator naik melebihi putaran normal, sehingga menyebabkan gaya sentrifugal naik sehingga timbul gesekan dan panas berlebih pada generator.
b) Temperatur air pendingin pe ndingin tinggi Temperatur air pendingin yang tinggi dapat menyebabkan mesin overheating, akibatnya : 1. Pelumas menjadi cepat encer dari semestinya 2. Menyebabkan kerusakan bantalan 3. Komponen-komponen mesin mengalami pemuaian akibat panas yang timbul.
c) Tekanan minyak pelumas rendah Tekanan minyak pelumas yang rendah menyebabkan gesekan antar bantalan menjadi besar. Akibat dari kegagalan sistem ini menyebabkan kerusakan pada bantalan, kerusakan pada komponen lain yang ikut bergesek karena kekurangan pelumas.
3. Sistem pengaman listrik generator Generator tiga fasa dilengkapi dengan beberapa relay. Pemasangan relay-relay dimaksudkan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan serta kerusakankerusakan yang disebabkan oleh gangguangangguan yang terjadi dalam generator. Relay pengaman adalah suatu perangkat kerja proteksi yang mempunyai fungsi dan peranan : a. Memberi sinyal alarm atau melepas pemutusan tenaga (circuit breaker) dengan tujuan mengisolasi gangguan atau kondisi yang tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan rendah, kenaikan suhu, beban tidak seimbang, daya kembali, frekwensi rendah, hubungan singkat dan kondisi tidak normal lainnya. b. Melepas atau mentrip peralatan yang berfungsi tidak normal untuk mencegah timbulnya kerusakan c. Melepas atau mentrip peralatan yang terganggu secara cepat dengan tuju an mengurangi kerusakan yang lebih berat d. Melokalisir kemungkinan dampak akibat gangguan dengan memisahkan peralatan yang terganggu dari sistem e. Melepas peraltan peraltan atau bahagian yang terganggu secara cepat dengan maksud menjaga stabilitas sistem.
TRAINING CENTER
38
4. Prinsip kerja dari relay pengaman pada mesin generator:
40-loss of field 32-reverse power 65-governor 51V-voltage restrained 90- overcurrent 27-under voltage 81U- under frequency 59-over voltage 47-phase sequence 25-sync check 86-lo 86-lock ck out out rela rela
Gambar 1 system pengaman pengaman relay genset konvensiaonal
a) Relay arus lebih Relay arus lebih digunakan untuk melindungi kerusakan akibat terjadinya hubungan singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa. Dalam keadaan normal relay arus lebih tidak bekerja. Tetapi bila terjadi hubung singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa maka arus yang mengalir pada fasa yang mengalami hubung singkat tersebut melebihi batas nominalnya. Dengan demikian relay arus lebih bekerja.
b) Relay tegangan lebih (59) Relay tegangan lebih akan bekerja bila tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Misalnya disebabkan ketidakberesan penguat magnit atau pengaturan penguat magnit terlalu besar sehingga mengakibatkan tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (over speed) atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR).
c) Relay diferensial Relay differensial bekerja atas dasar perbandingan tegangan atau perbandingan arus, yaitu besarnya arus sebelum lilitan stator dengan arus yang mengalir pada hantaran yang menuju jaring-jaring. Dalam keadaan normal antara keduanya mempunyai arus sama besar. Bila terjadi hubung singkat antara lilitan stator dengan rangka mengakibatkan arus antara keduanya tidak sama maka relay differensial akan bekerja. Bekerjanya relay-relay tersebut digunakan untuk membuka sakelar, misalnya sakelar utama, sakelar penguat magnit.
TRAINING CENTER
39
d) Relay daya balik Relai daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya aktif yang masuk ke arah generator. Perubahan ini disebabkan oleh pengaruh rendahnya input dari penggerak mula generator. Bila input tidak dapat mengatasi rugirugi yang ada, maka kekurangan daya dapat diperoleh dengan cara menyerap daya aktif dari sistem. Selama penguatan masih tetap, maka aliran daya rekatif generator sama halnya sebelum generator bekerja bekerja sebagai motor. Dengan demikian demikian pada generator generator bekerja sebagai motor, motor, daya aktif akan masuk ke generator, sementara itu aliran daya r eaktif mungkin masuk atau mungkin juga keluar.
5. Pentanahan (grounding) Grounding merupakan bagian penting bagi alat kelistrikan. Grounding mempunyai hubungan erat dengan perlindungan suatu sistem terhadaparus gangguan agar mengalir masuk ke tanah sehingga tidak merusak peralatan. Pemasangan pentanahan ini pada bagian badan (body). Dalam pelaksanaanya grounding berfungsi : a. Pentanahan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu titik pada penghantar arus dari sistem. Pada umumnya titik tersebut adalah titik netral dari suatu mesin, transformator, atau untuk rangkaian listrik tertentu. b. Pentanahan peralatan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu bagian atau bagian yang tidak membawa arus dari sistem. Bagian-bagian ini misalnya : Semua logam seperti saluran tempat kabel, kerangka mesin, batang pemegang sakelar, penutup kotak sakelar. Adapun perlengkapan pentanahan terdiri dari : 1. Elektroda pentanahan 2. Penghantar elektroda 3. Baut klem elektroda 4. Baut terminal pentanahan
TRAINING CENTER
40
PANEL ATS DAN AMF A. Deskripsi Singkat Panel Panel ATS AMF Panel ATS ( Automatic Transfer Switch) : Pemakaian Panel Pemakaian Panel ATS pada instalasi dalam gedung dimaksudkan untuk mengantisipasi pada saat PLN gagal dalam mensuplai listrik (mengalami pemadaman), maka dalam hal ini genset yang akan menggantikan peranan dari PLN untuk mensuplai sumber daya listrik, disini peranan Panel peranan Panel ATS adalah memindahkan secara otomatis distribusi dari PLN ke Genset, sehingga Genset tersebut dapat menggantikan peranan dari PLN untuk mensuplai sumber daya listik pada Gedung/lokasi tersebut. Selanjutnya apabila PLN kembali normal, maka Fungsi ATS secara otomatis memindahkan distribusi daya listrik dari Genset ke PLN.
Gambar 1 prinsip kerja panel panel ATS (Change Over Switch)
B. PANEL B. PANEL AMF (Automatic Main Failure) Jika kita ingin agar dalam menghidupkan atau mematikan (ON - OFF) Engine Genset secara otomatis (tanpa peranan operator), maka Panel AMF yang akan menggantikan peranan operator untuk mengoperasikan Genset. Untuk proses perawatan, sebaiknya Genset perlu dilakukan pemanasan setiap seminggu sekali selama 10-15 menit untuk sirkulasi pelumas / Oli ke seluruh bagian mesin. Dalam hal ini pemakain Panel pemakain Panel AMF akan menggantikan peranan Operator untuk melakukan tugas pemanasan Genset (Warming-up). Dengan dilengkapi sebuah Timer, maka Genset tersebut dapat di-setting untuk melakukan proses pemanasan sendiri secara otomatis tanpa bantuan operator. Kita tinggal men-setting pada hari apa, berapa menit dan dalam seminggu ada berapa kali proses warming-up dilakukan. Gabungan antara Panel ATS AMF memberikan solusi yang terpadu untuk meng-otomatis-kan dalam menangani masalah kegagalan PLN.
TRAINING CENTER
41
Pemasangan Panel ATS AMF desain kami ini memiliki beberapa keuntungan : 1. Sistim perpindahan secara otomatis dari PLN ke Genset atau sebaliknya hanya perlu waktu yang sangat singkat, hanya dengan hitungan detik saja setelah PLN padam, Genset langsung start dan listrik segera dapat di 'nikmati' kembali oleh pengguna. 2. Sistem maintenance Warming-up Genset secara Otomatis, dengan metode sistem warming-up (optional) pada Panel ATS AMF kami, Secara periodik genset perlu juga dilakukan proses warming-up untuk menjaga sirkulasi pelumasan oil dan pemeliharaan Accu agar tetap berjalan dengan baik ( sama dengan tujuan pemasanasan /warming-up pada mobil), dalam hal ini nantinya Genset akan melakukan sistem warming-up / pemanasan sendiri secara terjadwal tanpa harus mematikan listrik PLN, tanpa mengganggu sistim dan roda aktifitas kantor, tanpa perlu operator 'dadakan' semuanya menjadi mudah dan otomatis. 3. Meringankan tugas tehnisi listrik / Operator Gedung, bahkan gedung perkantoran sering dijumpai tidak memiliki seorang tehnisi listrik / operator, dengan panel ATS-AMF ini semuanya menjadi mudah dan otomatis, begitu PLN mengalami pemadaman, Engine Genset langsung start secara otomatis, demikian juga sebaliknya apabila PLN kembali berjalan normal, Engine Genset secara otomatis akan berhenti / Stop engine, sehingga tehnisi / operator tidak perlu lagi berlarilari karena panik hanya untuk cepat-cepat men-start genset dan mengoper switch supaya roda aktifitas tidak terganggu
C. Cara Kerja AMF AMF dan ATS ATS
Gambar 2 Blok diagram panel AMF - ATS Gambar 2 Blok Diagram proses kerja AMF dan ATS Catu Catu daya utama (PLN) tidak selalu selalu menyalurkan energi listriknya, kadang mengalami gangguan. Automatic Main Failure (AMF) dapat mengendalikan transfer suatu alat dari suplai utama ke suplai cadangan atau dari suplai cadangan ke suplai utama. AMF akan beroperasi saat catu daya utama (PLN) padam dengan mengatur catu daya cadangan (genset). Sumber listrik dari PLN saat beroperasi tegangannya naik turun. Kira-kira 10% dari tegangan nominalnya atau hilang. Sehingga sinyal gangguan akan masuk ke AMF pada pemrosesan, sinyal diolah menghasilkan perintah ke penggerak dapat berupa pemutusan kedua catu daya yang sedang beroperasi dengan
TRAINING CENTER
42
system saling mengunci ( interlock ). ). AMF dapat mengatur genset beroperasi jika PLN mati dan memutuskan jika PLN hidup lagi.
D. Panel Capacitor Bank / Automatic Power Factor PLN akan membebankan biaya kelebihan pemakaian KVARH pada pelanggan, jika rata-rata factor dayanya (Cos phi) kurang dari 0.85. Disinilah fungsi dari Pemasangan Pemasangan Panel Capacitor Bank yaitu Untuk memperbaiki factor daya (Cos phi) sehingga biaya denda akibat kelebihan pemakaian KVARH dapat diminimalkan / dihilangkan, Selain itu fungsi lain dari pemasangan Panel capacitor Bank : •
Menghilangkan Denda / Kelebihan Biaya (kVARh)
•
Menghindari kelebihan beban transformer / trafo over l oad
•
Menghindari kenaikan Arus / Suhu pada kabel,
•
Memaksimalkan Pemakaian Daya yang terpasang (kVA),
•
Menghindari voltage drop pada Line end, Meningkatkan kualitas
•
sumber daya listrik Memelihara peralatan / perangkat electric yang terpasang.
E. Synchronizing Panel Jika pada Gedung terdapat pemakaian dua Genset untuk mensuplai energi listrik pada satu jalur instalasi, output dari kedua Genset tersebut terlebih dahulu harus di-sinkronkan (synchronizing). Yang akhirnya diharapkan kedua output Genset tersebut akan memiliki tahapan rangkaian yang sama dalam Voltage, Phase, dan Frequency-nya
F. Isolation Transformer / IT » Powercare Series Isolation Transformer - Powercare Series adalah produk yang berfungsi untuk memperbaiki kualitas tegangan pada Netral-Ground (Grounding). Isolation Transformer - Powercare Series mempunyai kemampuan untuk meredam Noise (Common Mode Noise maupun Normal Mode Noise) termasuk juga Transient yang timbul dalam sumber daya listrik, dimana hal tersebut adalah salah satu masalah dalam Power Quality yang dapat mengganggu dan/ merusak sistem kerja operasional peralatan/perangkat listrik yang sensitif terhadap kualitas sumber daya listrik. Dalam beberapa penggunaan instalasi, adanya Isolation Transformer ini memungkinkan kita untuk membuat Dedicated Ground System.
TRAINING CENTER
43
Isolation Transformer - Powercare Series ideal untuk aplikasi: •
Komputer dan Perangkat Lunak
•
Telekomunikasi
•
Medical
•
Laboratory Instrumentation
•
Building Security
•
Industrial Control Equipment
Isolation Transformer - Powercare Series range capacity: 0.5 s/d 25 kVA
TRAINING CENTER
44
