ANALISIS PERUBAHAN EKSITASI TERHADAP DAYA REAKTIF ALTERNATOR DI ALTERNATOR DI PLTD SWD #1 TELLO
HALAMAN PENGESAHAN
Proposal Tugas Akhir dengan judul “ANALISIS PERUBAHAN EKSITASI TERHADAP DAYA REAKTIF ALTERNATOR DI ALTERNATOR DI PLTD SWD #1 TELLO ” oleh NOVRANDI JAKOB RADDA RADDA 32115032 dinyatakan dinyatakan layak untuk diujikan.
Makassar,
Februari 2018
Mengesahkan, Pembimbing I,
Pembimbing II,
HALAMAN PENGESAHAN
Proposal Tugas Akhir dengan judul “ANALISIS PERUBAHAN EKSITASI TERHADAP DAYA REAKTIF ALTERNATOR DI ALTERNATOR DI PLTD SWD #1 TELLO ” oleh NOVRANDI JAKOB RADDA RADDA 32115032 dinyatakan dinyatakan layak untuk diujikan.
Makassar,
Februari 2018
Mengesahkan, Pembimbing I,
Pembimbing II,
HALAMAN PENERIMAAN
Pada hari ini, Selasa Selasa tanggal tanggal 10 Oktober 2017 , 2017 , Tim Penguji Seminar Proposal Tugas Akhir telah menerima dengan baik Laporan Tugas Akhir oleh mahasiswa: NOVRANDI JAKOB RADDA nomor induk mahasiswa 32115032 dengan judul “ANALISIS
PERUBAHAN EKSITASI TERHADAP DAYA REAKTIF
AL A L TE R NA TOR DI
PLTD SWD #1 TELLO”.
Makassar,
Panitia Ujian Sidang Tugas Akhir
Juni 2018
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena kelimpahan rahmat dan berkat-Nya, sehingga penulisan Proposal Tugas Akhir yang berjudul ” ANALISIS ” ANALISIS PERUBAHAN EKSITASI TERHADAP DAYA REAKTIF ALTERNATOR DI PLTD SWD #1 TELLO” TELLO ” dapat diselesaikan dengan baik. Proposal baik. Proposal Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat guna mencapai kelulusan Teknik Elektro/Teknik Listrik Politeknik Negeri Ujung Pandang. Selama proses penyusunan proposal Tugas Akhir ini, penulis banyak menghadapi kendala, namun atas pertolongan dan bimbingan Tuhan Yang Maha Esa serta bantuan dari berbagai pihak akhirnya Proposal Tugas Akhir ini dapat
6) Bapak Bakhtiar, S.T., M.T selaku Pembimbing 1 dan Ibu Sulhan Bone, S.ST., M,T., selaku Pembimbing 2 yang telah mencurahkan waktu dan kesempatannya untuk mengarahkan dan memberi bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan Proposal Tugas Akhir ini. 7) Segenap Dosen dan Staf pengajar jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang. 8) Kedua orang tua tercinta yang senantiasa mendoakan dan mendukung penulis dengan penuh kasih sayang. 9) Saudara-saudari kelas B Teknik Listrik angkatan 2015 yang telah bersamasama melalui suka duka menjadi mahasiswa selama kurang lebih 3 tahun. 10) Teman-teman Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ..................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii HALAMAN PENERIMAAN ......................................................................... iii KATA PENGANTAR ..................................................................................... iv DAFTAR ISI ................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... ix
2.2.2.
Rotor ...................................................................................... 9
2.3 Perubahan Beban Generator Sinkron .............................................. 11 2.4 Generator Sinkron Berbeban ........................................................... 14 2.5 Eksitasi dan Pengatur Tegangan Otomatis...................................... 19 2.5.1.
Sistem eksitasi dengan sikat ( Brush) ................................... 20
2.5.2.
Sistem eksitasi tanpa sikat ( Brushless) ................................ 21
2.5.3.
Pengatur Tegangan Otomatis ............................................... 21
BAB III ........................................................................................................... 36 METODE PENELITIAN ............................................................................... 36 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ......................................................... 36 3.2 Metode Penelitian............................................................................ 36 3.3 Metode Pengumpulan Data ............................................................. 38 3.4 Metode Analisis Data ...................................................................... 38
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Inti Stator dan Alur pada Stator .................................................... 6 Gambar 2.2 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron 3 Fasa ............................... 7 Gambar 2.3 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron 3 Fasa ....................... 8 Gambar 2.4 Salient Pole Rotor ....................................................................... 10 Gambar 2.5 Rotor Kutub Silindris.................................................................. 11 Gambar 2.6 Generator terhubung ke beban .................................................... 11 Gambar 2.7 Diagram fasor faktor daya .......................................................... 12 Gambar 2.8 Pengaruh faktor daya beban terhadap fluks rotor ....................... 16 Gambar 2.9 Rangkaian Listrik Benerator Terbebani ..................................... 17
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Nameplate Generator .................................................................. 42 Lampiran 2 Data Log Sheet Generator Tanggal 9 Februari 2018 .................. 43 Lampiran 3 Circuit Diagram Main Excitation Circuit ................................... 44
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Peningkatan kebutuhan energi listrik mendorong peningkatan penyediaan pembangkitan energi yang memadai . Generator adalah salah satu peralatan utama dalam suatu pembangkit tenaga listrik, baik pada pembangkit listrik tenaga air, pembangkit listrik tenaga gas, pembangkit listrik tenaga uap, dan pembangkit listrik tenaga diesel. Pembebanan sistem interkoneksi selalu berubah-ubah setiap saat, sehingga unit-unit generator pada masing-masing pembangkit yang berkontribusi
menimbulkan fluksi magnetik pada kutub-kutub medan generator yang terletak pada rotor, sehingga dihasilkan satu GGL induksi pada belitan jangkar (terminal) generator. Sistem penguatan atau eksitasi ini yang nantinya akan menjaga kestabilan tegangan yang dihasilkan generator, meskipun terjadi perubahan beban saat generator dioperasikan. Berdasarkan hal tersebut penulis mencoba untuk mengangkat judul “Analisis Perubahan Eksitasi Terhadap Daya Reaktif Alternator di PLTD SWD #1 Tello,” sebagai tugas akhir di Politeknik Negeri Ujung Pandang.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat diketahui rumusan masalah
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian
1.4.1
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian tugas akhir ini yaitu : 1)
Untuk menganalisis hubungan tegangan terminal dan eksitasi terhadap alternator di PLTD SWD #1 Tello yang melayani beban yang berubah-ubah.
2)
Untuk menjelaskan perubahan besar arus eksitasi dapat mempengaruhi daya reaktif yang disuplai ke sistem oleh alternator di PLTD SWD #1 Tello.
1.4.2
Manfaat Penelitian
Pengaruh perubahan eksitasi yang dianalisa dapat memberikan gambaran mengenai stabilitas generator dalam menyuplai daya reaktif ke sistem daya, terhadap perubahan beban yang mana nantinya dapat menjadi pertimbangan PT.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Geneator Sinkron
Pada dasarnya alternator (generator sinkron) merupakan perwujudan mesin listrik arus bolak balik (AC) yang mengubah masukannya berupa tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui medium medan magnit. Menurut Rijono (1999), tegangan output dari generator sinkron adalah tegangan bolak-balik, karena itu generator sinkron disebut juga generator AC. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah
2.1.1
Prinsip Kerja Generator Sinkron
a. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mennyuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka a kan menimbulkan fluksi yang besarnya terhadap waktu adalah tetap. b. Unit penggerak mula ( Prime Mover ) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga memutar rotor pada kecepatan nominalnya persamaan (2.1) dimana : =
2f …………………………………………………… (1)
n = Kecepatan putar rotor (rpm) p = Jumlah kutub rotor
2.2.1. Stator Stator atau armatur adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban disalurkan melalui armatur, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armatur selalu diam (tidak bergerak). Oleh karena itu, komponen ini juga disebut dengan stator. Lilitan armatur generator dalam wye dan titik netral dihubungkan ke tanah. Lilitan dalam wye dipilih karena: a. Meningkatkan daya output . b. Menghindari tegangan harmonik, sehingga tegangan line tetap sinusoidal dalam kondisi beban apapun. Dalam lilitan
tegangan harmonik ketiga
Gambar 2.1 Inti Stator dan Alur pada Stator (Sumber : Berahim, 1994) Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa , ada dua tipe yaitu: a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding ). Gambar 2.2 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu
b. Belitan berlapis ganda ( Double Layer Winding ). Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada hanya mempunyai satu lilitan per kutub per fasa, akibatnya masing – masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing – masing tegangan fasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa. Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator
Bagian dari lilitan yang tidak terletak ke dalam alur biasanya disebut winding overhang , sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang . 2.2.2. Rotor Rotor merupakan bagian yang bergerak (dinamis). Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan diinduksikan ke stator. Rotor pada generator juga berfungsi sebagai tempat belitan medan (eksitasi). Dimana Kumparan medan magnet disusun pada alur-alur inti besi rotor, sehingga apabila pada kumparan tersebut dialirkan arus searah (DC) maka akan membentuk kutub-kutub magnet Utara dan Selatan pada inti rotor.
Gambar 2.4 Salient Pole Rotor (Sumber: Berahim, 1994) 2.
Rotor Kutub Silindris ( Non Salient Pole Rotor) Rotor kutub tak menonjol ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan pada rotor maka mengakibatkan j umlah kutub pun
Gambar 2.5 Rotor Kutub Silindris (Sumber: Berahim, 1994)
2.3 Perubahan Beban Generator Sinkron
Untuk dapat memahami karakteristik sebuah generator sinkron yang bekerja sendiri, perhatikanlah gambar 2.6 yang memperlihatkan sebuah generator yang diberi beban. Apakah yang terjadi bilamana beban itu dinaikkan?
Jika besaran E tidak berubah, maka pertanyaan adalah, apakah yang akan berubah dengan perubahan beban? Untuk dapat mengetahuinya maka perlu dibuat diagram fasor yang memperlihatkan suatu peningkatan beban, dan dengan memperhatikan kendala-kendala dari generator. Misalkan generator bekerja dengan suatu beban induktif. Sehingga arus tertinggal fasa dari tegangan. U sebagaimana terlihat pada gambar 2.7a.
a)
b)
E = U + jXsI……………………………………………………………… (2) Besaran jXsI harus terletak antara U dan E, sedangkan besaran jXsI’ harus sejajar dengan jXsI. Hal ini hanya dapat terjadi jika dilakukan sebagaimana terlihat pada gambar 2.7a itu, yang ada asasnya berakibat terjadinya suatu penurunan tegangan dari U menjadi U’. Misalkanlah kini bahwa beban terdiri atas suatu tahanan murni, sehingga faktor beban adalah satu. Apakah yang akan terjadi jika beban dinaikkan tanpa mengubah faktor kerja sebagaiman tampak pada gambar 2.7c. Terlihat pula bahwa terdapat suatu penurunan tegangan U, akan tetapi tidak begitu besar. Akhirnya, bagaimanakah jika negatif? Dalam keadaan demikian, jika beban
Bilamana bekerja pada faktor kerja satu, pengaturan tegangan adalah kecil, sedangkan pada fasa yang mendahului, maka pengaturan tegangannya biasanya adalah negatif. Yang diinginkan adalah bahwa tegangan yang diberikan oleh generator tidak berubah sekalipun bebannya berubah. Bagaimanakah hal demikian akan diperoleh. Kiranya jelas bahwa yang diperlukan adalah me mpengaruhi besaran E, dimana berlaku E = c.n.Ө. Karena frekuensi tidak dapat diubah, maka flukslah yang harus dipengaruhi. Misalkan bahwa pada suatu beban induktif terjadi kenaikan beban. Tegangan dengan demikian akan turun. Untuk mempertahankannya perlu arus medan dinaikkan, yang akan menaikkan fluks Ө, yang pada gilirannya akan
c. Jatuh tegangan karena reaksi jangkar sebesar (IXa) Reaksi jangkar disebabkan oleh arus beban (I) yang mengalir pada kumparan jangkar, arus tersebut menimbulkan medan yang melawan medan utama sehingga seolah-olah jangkar mempunyai reaktansi sebesar Xa (Berahim, 1991).
= ……………………………………………………………… (4)
Dengan adanya beban yang terpasang pada output generator sinkron, maka segera mengalir arus armature (Ia); dengan adanya arus armature ini, pada kumparan armature atau kumparan jangkar timbul fluks putar jangkar. Fluks putar jangkar ini bersifat mengurangi atau menambah fluks yang dihasilkan oleh kumparan rotor. Hal ini tergantung pada faktor daya beban. Untuk lebih jelasnya,
besar GGL, armature besarnya tetap, maka arus penguat medan (If) harus diperbesar.
fasa 0 sampai 90⁰, arus armature tertinggal terhadap tegangan beban dan disebut faktor daya beban menengah tertinggal. Pada faktor daya beban menengah mendahului, fluks armature yang timbul fasanya agak bergeser ke kanan terhadap fluks putar rotor. Sehingga pada kejadian ini terjadi proses dimagnetisasi sebagian dan bentuk sinyal GGL armature yang dihasilkan ada cacat sedikit. Dengan adanya fluks putar armature akibat timbulnya arus armature, maka pada kumparan timbul reaksi pemagnetan Xm. Reaktansi sinkron (Xs). (Rijono, 1997). Dengan demikian, bagan rangkaian listrik dari generator sinkron berbeban adalah:
Besar GGL armature berbeban (Ea) pada PF = 1 sebagaimana yang tercantum dalam buku Dasar Tenaga Listrik (Rijono, 1997) adalah: Ea = E0 – IaXm ……………………………………………………..(5) Atau Ea = √ ( Vt + IaRa)2 +
(IaXL)2 ……………………………………(6)
Dan besar GGL armature berbeban (Ea) untuk faktor daya beban tertinggal dan mendahului adalah: Ea = √ (Vt cos Ө + IaRa)2 +
(Vt sin Ө + IaXL)2 ………………….(7)
Dan Ea =
√ (Vt cos Ө + IaRa)2 + (Vt sinӨ IaXL)2 …………………(8)
Q = Daya Reaktif (Volt Ampere Reactive/ VAR) Vt = Tegangan Terminal (Volt) Ia = arus armature / arus beban (Ampere)
2.5 Eksitasi dan Pengatur Tegangan Otomatis
Eksitasi adalah sistem mengalirkan pasok listrik DC untuk penguat medan rotor generator. Dalam keadaan start atau beroperasi sendiri tegangan generator tergantung pada besarnya arus eksitasi. Apabila arus eksitasi berubah tegangan generator juga berubah. Perubahan arus eksitasi merubah tegangan , faktor kerja (Cos
)
dan daya reaktif (Var). Ada beberapa jenis sistem eksitasi yaitu Sistem
Eksitasi Statik dan Sistem Eksitasi Dinamik.
Gambar 2.11 Bentuk sederhana sistem eksitasi pada generator (Sumber: xx, 1997) Seperti diketahui bahwa untuk arus eksitasi adalah arus searah, maka sebagai eksiternya adalah mesin arus searah (geneator DC) atau dapat juga dengan mesin arus bolak-balik (generator AC) kemudian disearahkan dengan rectifier . Terdapat du acara mengalirkan arus eksitasi ke rotor generator, yaitu :
(a) Sistem eksitasi static dengan sikat
(b) Sistem eksitasi dinamik dengan sikat
Gambar 2.12 Sistem eksitasi dengan sikat (Sumber: xx, 1997) 2.5.2. Sistem eksitasi tanpa sikat ( Brushless) Penggunaan sikat dan slipring untuk menyalurkan arus eksiter kerotor generator mempunyai kelemahan, karena besarnya arus yang dapat dialirkan oleh sikat arang relatif kecil. Oleh karena itu Generator dengan kapasitas yang besar
adalah governor valve, sedang alat untuk menjaga agar tegangan tetap stabil adalah pengatur tegangan otomatis (PTO atau AVR ). Tugas utama dari AVR secara singkat sebagai berikut :
Mengontrol tegangan terminal generator dalam batas-batas yang ditetapkan, yang secara tidak langsung membantu mengontrol tegangan sistem.
Mengatur pembagian daya reaktif diantara mesin-mesin yang beroperasi paralel pada sistem.
Mengontrol arus medan untuk mejaga mesin berada dalam sinkronisme dengan sistem saat beroperasi, terutama sekali pada faktor daya satu atau leading, tergantung pada pembebanan mesin. Menaikkan eksitasi medan ketika sistem dalam keadaan terganggu untuk
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian Tugas Akhir ini dilakukan di PT. PLN (PERSERO) WILAYAH SULSELRABAR SEKTOR PEMBANGKITAN TELLO UNIT PLTD yang beralamat di Jl. Urip Sumohardjo KM 7 Tello Baru Makassar 90233 dan dimulai dari tanggal 7 Februari 2018 hingga 30 April 2018.
3.2 Metode Penelitian
dan menjadikan rumusan masalah serta tinjauan pustaka sebagai acuan analisis dan pembahasan. 6. Memberikan solusi atau saran yang dapat dilakukan untuk perbaikan sistem apabila terjadi ketidaksesuaian dengan hasil pengolahan data yang akurat terhadap standar dan ketentuan yang berlaku. 7. Menarik kesimpulan dari hasil analisis yang telah dilakukan sehingga tujuan ataupun rumusan masalah dari obyek penelitian dapat terjawab.
START
Mengenali Masalah
3.3 Metode Pengumpulan Data
Laporan penelitian ini membutuhkan beberapa teknik pengambilan data guna memperoleh penjelasan ataupun data yang diperlukan dan mampu memaparkan permasalahan secara nyata. Berikut teknik pengumpulan data yang penulis lakukan. 1) Observasi Observasi dalam hal ini yaitu mengenali secara umum tentang generator sinkron di PLTD Tello. Untuk metode ini penulis melihat langsung fisik generator, dan juga studi penulis dilakukan dengan mencari beberapa referensi, informasi dan dokumentasi tentang generator. 2) Dokumentasi/Literatur Mencari data yang terkait dengan hal-hal atau informasi penelitian yang
generator, data laporan harian (data log sheet ) berupa arus eksitasi, tegangan, arus jangkar, dan faktor
daya generator. Dan juga melakukan perhitungan untuk
mendapatkan tegangan yang dibangkitkan, daya semu serta daya reaktifnya. Selanjutnya dapat dilihat bagaimana pengaruh perubahan eksitasi terhadap daya reaktif generator sinkron 3 fasa yang mana nantinya dilakukan penanganan atau perbaikan jika mengalami kerusakan/kerugian.
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Pembahasan
DAFTAR PUSTAKA
Armansyah, Sudaryanto. 2016. Pengaruh Penguatan Medan Generator Sinkron Terhadap Tegangan Terminal. Dalam Journal of Electrical Technology, Vol. I: N0.2
Berahim, Hamzah. 1994. Pengantar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta: Andi Offset.
Lampiran 1 Nameplate Generator
42
Lampiran 2 Data Log Sheet Generator Tanggal 9 Februari 2018
43
