BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Negara Indonesia memiliki masyarakat dengan kebutuhan yang cukup besar. Kebanyakan dari kebutuhan itu adalah memerlukan tenaga listrik sebagai sumber utamanya. Seperti mencuci dengan mesin cuci, dan kebutuhan-kebutuhan dari pabrik-pabrik produksi yang ada di Indonesia. Untuk memenuhi kebutuhan tenaga listrik, harus menggunakan mesinmesin listrik sebagai penunjang produksi. Impelemntasinya bisa dilihat dalam dunia industri banyak yang yang memakai mesin AC atau DC sebagai penunjang produksinya. Pensupplai tegangan ke masyarakat bukan lain adalah pihak PLN dan anak perusahaannya yang mensinkronisasikan generatornya kepada pihak PLN. Dengan beberapa teknik sinkronisasi, beberapa generator dapat diparallel dan mengambil beban. Oleh karena itu sebagai mahasiswa Teknik Elektro, kita wajib mengetahui pengertian sinkronisasi generator dengan berbagai syarat melakukannya.
1.2 Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah yang penulis ajukan adalah bagaimana tentang sinkronisasi generator dan syarat sinkronisasi generator.
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan laporan akhir ini adalah untuk mengetahui tentang sinkronisasi generator.
1
1.4 Metoda Pengumpulan Data
Dalam penyusunan laporan praktikum mesin arus searah ini penulis menggunakan beberapa metode pengumpulan data, diantaranya adalah: 1. Metoda pustaka dan studi literatur Studi literatur adalah metoda yang dilakukan dengan
membaca dan
mempelajari sumber-sumber kepustakaan yang erat hubungannya dengan topik yang penulis sajikan dalam hal ini adalah modul Praktikum Mesin AC. Institut Teknologi Nasional. 2014.” 2. Metoda Pengujian Pengujian di Laboratorium Energi Elektrik Institut Teknologi Nasional Bandung.
1.5 Sistematika Pembahasan BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, metoda pengumpulan data, dan sistematika penulisan.
BAB II : TEORI DASAR
Pada bab ini berisi tentang pengertian sinkronisasi, jenis sinkronisasi, Pengaruh Perbedaan Tegangan, Frekuensi dan Sudut Fasa.
BAB III : LANDASAN PRAKTIKUM
Pada bab ini berisi tentang tentang tujuan percobaan, alat-alat yang digunakan, prosedur percobaan, hasil pengamatan serta pengolahan data.
BAB IV : ANALISA DAN KESIMPULAN
Pada bab ini berisi tentang tentang analisa dan kesimpulan dari hasil percobaan dan pengolahan data yang dilakukan.
2
BAB II TEORI DASAR
2.1 Pengertian sinkronisasi
Sinkronisasi generator adalah memparalelkan kerja dua buah generator atau lebih untuk mendapatkan daya sebesar jumlah generator tersebut dengan syarat-syarat yang telah di tentukan. Adapun syaratnya adalah sebagai berikut: 1. Mempunyai tegangan kerja yang sama 2. Mempunyai urutan phasa yang sama 3. Mempunyai frekuensi kerja yang sama 4. Mempunyai sudut phasa yang sama Dalam kerja parallel generator tidak cukup hanya berdasar pada syaratsyarat di atas karena ada hal lain yang perlu diketahui sebagai penjabaran syarat-syarat di atas. Berikut adalah penjabarannya : 1. Mempunyai tegangan kerja yang sama Dengan adanya tegangan kerja yang sama diharapkan pada saat diparalel dengan beban kosong power faktornya 1. Dengan power factor 1 berarti tegangan antara 2 generator sama persis. Pada saat generator bekerja parallel perubahan arus eksitasi akan mengubah power factor, jika arus eksitasi diperkuat maka nilai power factor akan mem besar mendekati 1.
2. Mempunyai phasa yang sama Yang dimaksud dengan urutan phasa adalah arah putaran dari ketiga phasa. Arah dalam dunia industry dikenal dengan nama CW (Clock Wise) yang artinya searah dengan arah jarum jam, sedangkan yang berlawanan dengan arah jarum jam disebut CCW (Counter Clock Wise). Hal ini dapat diukur dengan alat phase indicator. Dimana jika pada saat mengukur jarum bergerak berputar kekanan dinamakan CW dan apabila kekiri dinamakan CCW. Disamping itu dikenal juga dengan urutan phasa ACB dan CBA. ABC identik dengan CW dan CBA identik dengan CCW. Perlu diketahui bahwa dalam banyak generator mencantumkan symbol R,S,T,N ataupun
3
L1,L2,L3,N namun tidak selalu berarti bahwa urutan CW/ABC itu berarti RST ataupun L1,L2,L3 jika diukur urutan STR, TRS, L3,L2,L1 itu juga termasuk CW/ABC. Sebagai contoh, jika kabel penghantar yang keluar dari generator diseragamkan semua berwarna hitam dan tidak ada kode sama sekali, apakah kita bias membedakan secara visual atau parameter listrik bahwa penghantar itu phasanya R, S, atau T tentu tidak. Kita hanya bias membedakan arah urutannya saja CW atau CCW.
3. Mempunyai frekuensi kerja yang sama Didalam dunia industry dikenal 2 buah system frekuensi yaitu 50 Hz dan 60 Hz. Dalam operasionalnya sebuah genset bisa saja mempunyai frekuensi yang fluktuatif (berubah-ubah) karena factor-faktortertentu. Pada jaringan distribusi dipasang alat pembatas frekuensi yang membatasi frekuensi pada minimal 48,5 Hz dan maksimal 51,5 Hz. Namun pada genset-genset pabrik over frekuensi dibatasi sampai 55 Hz sebagai overspeed. Pada saat hendak parallel, duabuah genset tertentu tidak mempunyai frekuensi yang sama persis. Jika mempunyai frekuensi yang sama persis maka genset tidak akan bisa parallel karena sudut phasanya belum match, dan salah satu harus sedikit atau dilebihi sedikit untuk mendapatkan sudutphasa yang tepat. Setelah dapat disinkron dan berhasil sinkron, baru kedua genset mempunyai frekuensi yang sama persis.
4. Mempunyai sudut phasa yang sama Mempunyai sudut phasa yang sama bias diartikan kalau kedua phasa genes tmempunyai sudut phasa yang berhimpit sama atau 0 derajat. Dalam kenyataannya
tidak
memungkinkan
mempunyai
sudut
yang
berhimpitkarena genset yang berputar meskipun dilihat dari parameternya mempunyai frekuensi yang sama, namun jika dilihat menggunakan synchronoscope pasti bergerak labil kekiri dan kekanan, dengan kecepatan sudut radian yang ada sangat sulit untuk mendapatkan sudut berhimpit
4
dalam jangka waktu 0,5detik. Breaker membutuhkan waktu tidak kurang dari 0,3detikuntuk close pada saat ada perintah close .
2.2 Jenis Sinkronisasi
Berdasarkan arah atau susunan peralatan pada system tenaga listrik, sinkronisasi dibagi menjadi 2 jenis, yaitu: 1. Forward Synchronization Forward Synchronization (sinkronisasi maju), yaitu proses sinkronisasi generator kedalam sistematau busbar.
Gambar 2.1 Skema forward synchronization
2. Reverse Synchronization Reverse synchronization atau backward synchronization (sinkronisasi terbalik) biasanya terjadi pada sistem tenaga listrik disuatu pabrik, dimana suatu jaringan suplai akan digabungkan kedalam suatu jaringan system atau busbar yang ada. Pada kondisi ini tidak dimungkinkan untuk mengatur parameter sinkron pada sisi incoming (jaringan yang akandisinkronkan), yang terpenting CB (PMT) dari beban-beban pada jaringan suplai (grid supply) dalam keadaan terbuka.
5
Gambar 2.2 Skema Reverse synchronization
2.3 Pengaruh Perbedaan Tegangan, Frekuensi dan Sudut Fasa
Bila pada saat CB menutup, kesamaan dari mensinkronkan sirkit generator dengan sistem tidak terpenuhi, maka akan terjadi gangguan listrik. Tingkat gangguan ini tergantung kepada perbedaan dari kondisi yang telah ditentukan. 1. Tegangan Antara tegangan generator (yang akan dipararel) dengan tegangan sistem jaringan harus sama besarnya (nilainya). Untuk menyamakan, maka tegangan generator harus diatur, yaitu dengan mengatur arus eksitasinya. Apabila tegangan generator lebih tinggi dari tegangan sistem, maka mesin (generator) akan mengalami sentakan beban M Var lagging (induktif); artinya generator mengirim daya reaktif ke sistem. Sebaliknya bila tegangan generator lebih rendah dari pada tegangan sistem, mesin akan mengalami sentakan beban M Var Leading (kapasitif), artinya generator menyerap daya reaktif dari sistem.
2. Frekuensi Frekuensi generator dan frekuensi sistem harus sama (match). Untuk menyamakan, maka putaran generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur katup governor (aliran uap masuk turbin). Jika frekuensi generator lebih tinggi dari pada frekuensi sistem, sistem akan mengalami sentakan beban MW dari mesin, artinya mesin membangkitkan MW.
6
Sebaliknya jika generator frekuensinya lebih rendah dari pada sistem, mesin akan mengalami sentakan MW dari sistem , artinya mesin menjadi motor (motorig).
3. Sudut fasa Sudut
fasa
antara
generator
dan
sistem
harus
sama.
Untuk
menyamakannya fasa generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur kecepatan generator dengan katup governor. Apabila terjadi perbedaan fasa antara generator dengan sistem akan mengakibatkan sentakan perpindahan daya antara mesin dan sistem. Hal ini mengakibatkan kondisi gangguan dan terjadinya sirkulasi arus antara mesin dan sistem yang besarnya ditentukan oleh perbedaan antara keduanya. Di dalam penyediaan listrik, perusahaan listrik mempunyai kewajiban untuk menyediakan kualitas listrik yang stabil kepada pelanggan. Kualitas tersebut meliputi frekuensi dan tegangan yang selau konstan. Frekuensi di Indonesia menggunakan standard 50 Hz. Variasi frekuensi sebaiknya tidak melebihi 1 % dari 50 Hz, yaitu : 49,5 - 50,5Hz atau 2970 3030 Rpm. Bila ferkuensi menyimpang dari 50 Hz , maka jam listrik dan putaran motor akan berubah sehingga untuk peralatan yang presisi atau teliti perubahan ini dapat mengakibatkan terganggunya operasi alat. Batas waktu penyimpangan yang diperbolehkan dan tidak menimbulkan pengaruh adalah selama 10 detik. Jika
jumlah
pembangkitan
MW
melebihi
kebutuhan
pelanggan
(konsumen), maka kelebihan energi ini menaikan putaran rotor semua turbin generator yang terhubung ke sistem sehingga frekuensi naik. Sebaliknya bila kebutuhan beban pelanggan lebih besar dari MW yang dibangkitkan , maka semua turbin generator putarannya berkurang sehingga frekuensi nya turun. Tegangan nominal untuk sistem tegangan rendah kepada pelanggan adalah 220 Volt. Variasi tegangan yang disarankan tidak melebihi 6% dari
7
tegangan nominalnya. Jadi untuk tegangan nominal 220 Volt rentangnya adalah 206,8~ 233,2 V. Tidak seperti frekuensi, tingkat (level) tegangan pada seluruh sistem tidak sama. Tegangan sistem dapat dipengaruhi oleh keadaan setempat atau lingkungan.
4. Sudut fasa dan synchroscope Seringkali terdapat kerancuan antara perbedaan fasa dan frekuensi. Frekuensi adalah banyaknya siklus (sinusoida) dalam satu detik dari suatu sirkuit listrik. Sedang perbedaan fasa adalah pergeseran sudut antara satu sirkuit dengan sirkit listrik yang lain untuk fasa yang sama, lihat gambar dibawah ini. Untuk dapat melihat perbedaan fasa secara grafis diperlukan instrument oskiloscope. Tetapi didalam penerapannya menjadi tidak praktis untuk memasang osiloskop pada panel listrik (alternator). Sebagai gantinya dipasang synhroskop dan lampu untuk mengetahui perbedaan fasa ini. Didalam sinkroskop ini hanya ditunnjukan keterangan slow, dan fast, serta titik atau garis yang terletak diantaranya. Apabila jarum menunjuk kearah flow, artinya fasa alternator tertinggal dibelakang fasa sistem, sedang apabila jarum menunjuk kearah fast, artinya, fasa alternator lebih cepat dari fasa sistem. Perbedaan fasa adalah nol apabila jarum sinkroskop menunjukan titik nol (jam 12) atau garis tegak diantara slow dan fast. Untuk sinkronisasi harus dilakukan pada saat jarum bergerak pelan kearah fast atau berhenti pada posisi titik nol atau mendekati titik nol antara slow dan fast. Apabila jarum berhenti tidak pada posisi titik nol, sinkronisasi tidak boleh dilakukan, karena ini berarti masih ada perbedaan fasa. Dan besarnya perbedaan fasa adalah jarak antara jarum berhenti dengan titik nol. Sinkronisasi yang dilakukan pada saat sudut fasa tidak sama dengan nol atau mendekati nol dapat mengakibatkan kerusakan pada trafo dan alternator, karenan hal ini berarti terjadi sentakan aliran arus sirkulasi dari alternator ke sistem atau dari sistem ke alternator.
8
Gambar 2.3 Kurva perbedaan fasa
9
BAB III LANDASAN PRAKTIKUM
3.1 Alat-alat praktikum
1.
Generator sinkron........................................................................ 1 unit
2.
Motor DC ................................................................................... 1 unit
3.
Variac ......................................................................................... 1 unit
4.
Panel Sinkronisasi ...................................................................... 1 unit
5.
Voltmeter ................................................................................... 1 unit
6.
Amperemeter .............................................................................. 1 unit
7.
Tachometer ................................................................................. 1 unit
8.
Sequence meter .......................................................................... 1 unit
9.
Kabel jumper......................................................................secukupnya
3.2 Prosedur Percobaan
1.
Persiapkan alat dan bahan praktikum.
2.
Pastikan sumber fasa dalam panel praktikum urutan phasanya dalam kondisi RST yang putarannya searah jarum jam dengan sequence meter.
3.
Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar dibawah ini ;
Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Sinkronisasi
4.
Melaporkan pada asisten, setelah mendapatkan persetujuan dari asisten nyalakan MCB pada panel sumber.
10
5.
Masukan eksitasi motor secara perlahan sampai tegangan maksimumnya.
6.
Atur jangkar motor DC sampai putaran motor DC yang diukur oleh tachometer sebesar 1500 rpm
7.
Atur tegangan eksitasi generator hingga mencapai tegangan yang sama dengan tegangan jala-jala yaitu 380 Volt.
8.
Amati kondisi yang ada panel sinkron dan atur eksitasi generator hingga lampu yang ada panel sinkron tidak menyala.
9.
Apabila sudah sinkron (lampu mati) maka tekan PB ON pada panel sinkronisasi
10. Amati yang terjadi pada putaran generator. 11. Laporkan hasil percobaan pada asisten. 12. Kemudian tekan tombol off pada panel sinkronisasi. 13. Kemudian turunkan eksitasi stator motor secara perlahan sampai putaran motor berhenti. 14. Turunkan eksitasi jangkar motor sampai nol. 15. Kemudian turunkan eksitasi generator. 16. Matikan MCB pada panel. 17. Gambarkan wiring diagramnya.
11
BAB IV ANALISA DAN KESIMPULAN
4.1 Analisa
1.
Untuk melihat kondisi sinkronnya generator dengan tegangan jala-jala dapat dilihat dari nyala lampu pada panel sinkron. Saat generator dengan tegangan jala-jala dalam kondisi tidak sinkron, maka lampu akan menyala, sedangkan dalam kondisi sinkron maka lampu akan mati. Hal ini dilakukan untuk memastikan kondisi kedua tegangan besarannya sama. Kondisi tersebut dapat dilihat dari nyala lampu, karena apabila ada perbedaan tegangan diantara kedua tegangan tersebut maka akan timbul arus yang mengalir pada lampu, sehingga lampu menyala, sedangkan apabila kedua tegangan memiliki besaran yang sama maka tidak akan timbul arus pada lampu. Berdasarkan perhitungan : a.
dalam kondisi sinkron , jadi
, . Hubungannya dengan lampu adalah lampu dianggap beban resistif atau R, jadi I x R,
0
I=0 b.
dalam kondisi tidak sinkron , jadi bil dihubungkan dengan tegangan lampu :
12
2.
Syarat kedua dari sinkronisasi adalah frekuensi yang sama antara kedua sumber dalam hal ini adalah generator sinkron dan tegangan jala-jala. Hal ini dapat dilihat dari serempak tidaknya nyala lampu. Kondisi tersebut dapat terjadi karena kedua sumber adalah sumber AC yang memiliki frekuensi dan membentuk sinyal sinusoida. Dalam sinyal sinusoida tegangannya akan naik turun seiring dengan besarnya frekuensi, artinya akan ada kondisi di mana besarnya tegangan adalah maksimum dan nol. Hal ini yang dimanfaatkan untuk melihat kondisi sinkronnya frekuensi dari kedua sumber, karena apabila ada perbedaan frekuensi maka akan ada kalanya salah satu pasangan lampu dalam kondisi mati dan hidup, namun dalam kondisi sinkron nyalanya pasangan lampu akan serentak. Apabila syarat ini tidak dipenuhi yaitu ketika kondisi frekuensi generator lebih tinggi dari frekuensi jala-jala maka generator akan membangkitkan daya induktif lebih tinggi, sedangkan bila sebaliknya maka generator akan mengalami peningkatan daya leading.
3.
Dalam sinkronisasi syarat berikutnya yang harus dipenuhi adalah kesamaan urutan phasa. Hal ini perlu dilakukan agar tidak terjadi hubung singkat antara kedua sumber. Kondisi tersebut dapat dilihat dengan mengamati tegangan keluaran sebelum dihubungkan secara paralel dengan alat sequence meter.
4.
Syarat berikutnya adalah memiliki sudut phasa yang sama antara kedua sumber. Hal tersebut dapat diperhatikan dengan mengamati hasil dari pengukuran yang dilakukan dengan cos meter. Apabila hal ini tidak dipenuhi maka dapat mengakibatkan kerusakan pada trafo dan alternator, karena hal ini berarti terjadi sentakan aliran arus sirkulasi dari alternator ke sistem atau dari sistem ke alternator.
5.
Dengan memparalelkan kedua sumber maka keuntungan yang didapatkan adalah dapat membantu generator bekerja lebih optimal karena dengan adanya dua sumber mampu menyuplai beban yang lebih tinggi dengan putaran yang stabil dan dapat meningkatkan kemampuan sistem daya.
13
4.2 Kesimpulan
1.
Sinkronisasi dua sumber diperlukan untuk menyuplai beban yang lebih tinggi dengan putaran yang stabil dan dapat meningkatkan kemampuan sistem daya.
2.
3.
Syarat adanya sinkronisasi adalah : -
tegangan kerja yang sama.
-
urutan phasa yang sama.
-
frekuensi kerja yang sama.
-
sudut phasa yang sama.
Untuk melihat tegangan kerja yang sama dapat dilihat dari nyala tidaknya lampu pada panel sinkron. Dalam kondisi sinkron lampu dalam panel tidak akan menyala.
4.
Untuk melihat frekuensi yang sama dapat diamati dari serempak tidaknya nyala lampu pada panel sinkronisasi.
5.
Untuk memastikan urutan phasa yang sama dapat diamati dengan melakukan pengukuran di keluaran sumber dengan mengamati putaran sequence meter untuk masing-masing keluaran kedua sumber.
6.
Untuk memastikan kondisi sudut phasa yang sama dapat diamati dengan pengukuran oleh cos meter.
7.
Sinkronisasi adalah memparalelkan kerja dua buah generator atau lebih (dalam praktikum ini sumber jala-jala dengan generator sinkron) untuk mendapatkan daya sebesar jumlah generator tersebut.
,
14
