7
wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebut vapourising penguapan dengan proses isobar isothermis, terjadi di boiler yaitu di wall tube riser
dan steam drum.
3 - 4 : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut superheated vapour. Langkah ini
terjadi di superheater boilerdengan proses isobar.
4 - 5 : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun. Langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam
turbin.
5 - 1 : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat.Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam
kondensor.
[8]
2.3 Blok Diagram PLTU
PLTU Pangkalan Susu UPK Kitsum 2 adalah PLTU terbesar di Pulau Sumatera 2 Unit dengan kapasitas 2 X 220 MW. PLTU merupakan pusat
pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan turbin uap sebagai penggerak mula dari generator. Gambar 2.3 merupakan blok diagram dari Pangkalan Susu.
[8]
Gambar 2.3 Diagram Blog PLTU Pangkalan Susu
Universitas Sumatera Utara
8
2.4 Peralatan-Peralatan Pendukung PLTU
2.4.1 Desalination Plant
[8]
Fungsi desalination plant adalah mengolah air laut menjadi air murni. Proses desalination yang umum dilakukan adalah dengan cara menguapkan
evaporating air laut. Bila air laut dipanaskan, maka airnya akan menjadi uap dan garam-garamnya akan tertinggal. Selanjutnya bila uap tersebut didinginkan
akan diperoleh air kondensat yang disebut air desal atau fresh water. Gambar 2.4 berikut ini menunjukkan skema dari desalination plant di PLTU
Pangkalan Susu.
Gambar 2.4 Skema Desalination Plant
Untuk lebih jelasnya berikut proses desalinasi air laut: 1.
Air laut yang menjadi bahan baku utama dialirkan menuju sea water pit, dan untuk menghambat pertumbuhan biota-biota laut diinjeksikan Chlorin dengan
kadar tertentu. Selanjutnya air laut difiltrasi untuk menghilangkan kotoran- kotoran yang berukuran besar.
2. Dari sea water pit, air laut dialirkan menuju primary filter dengan
menggunakan sebuah pompa. Diperjalanan, air tersebut diinjeksi senyawa koagulan FeSO
4
yang berfungsi untuk mengumpulkan partikel-partikel
Universitas Sumatera Utara
9
berukuran kecil menjadi partikel-partikel berukuran lebih besar sehingga lebih mudah dilakukan proses filtrasi.
3. Kemudian air laut selanjutnya dipanaskan dalam pemanas garam dan
kemudian dialirkan ke dalam chamber 4.
Air laut yang telah panas mengalir dari tahap bertemperatur tinggi ke tahap bertemperatur rendah melalui suatu bukaan kecil,
sementara itu penguapan tiba-tiba flash evaporates terjadi dalam chamber
5. Uap air yang terjadi dalam chamber pada setiap tahap mengalir melalui
pemisah, dan mengeluarkan panas laten ke dalam tabung penukar panas sementara air laut mengalir melalui bagian dalam dan kemudian uap
berkondensasi. Air yang terkondensasi dikumpulkan dalam penampung dan kemudian dipompa keluar sebagai air tawar.
2.4.2 Demineralizer Plant
[8]
Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral ion yang terkandung dalam air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air
masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU. Gambar 2.5 di bawah ini
menunjukkan skema dari Demineralizer Plant di PLTU Pangkalan Susu. Berikut proses demineralisasi air laut:
1. Air laut dipompakan menuju filter reverse osmosis yang mengalirkan air
asin yang berkonsentrasi tinggi menuju air tawar yang berkonsentrasi rendah melalui suatu membrane semipermeabel
2. Kemudian air tawar dipompa menuju tangki tempat pertukaran kation.
Dimana HCL disuntikkan yang akan menukar ion-ion positif dalam air seperti Ca, Mg, Na dengan ion H+
3. Air dipompakan lagi menuju sebuah tangki
dimana CO
2
harus dihilangkan karena ia akan membentuk bikarbonat di dalam air dan dapat menurunkan pH.
Proses ini dengan jalan menghembuskan udara ke dalam tangki air sisi bawah menggunakan fan, sehingga udara akan mengikat CO
2
dalam air.
Universitas Sumatera Utara
10
4. Air dipompakan lagi menuju tangki tempat pertukaran anion
.
Air yang keluar dari cation bersifat asam maka NaOH perlu disuntikkan, anion menukar ion-
ion negatif dalam air seperti Cl, SO4, SiO2 dengan ion OH- . 5.
Kemudian air dipompakan lagi ketangki terakhir dimana HCl dan NaOH disuntikkan kembali untuk memastikan tidak ada lagi ion ion positif dan
negative seperti Ca, Mg, Na, SO4, SiO2. 6.
Air yang keluar dari hasil pertukaran ion ini disebut sebagai air demin dengan konduktivitas rendah yang akan digunakan dalam proses siklus air-uap di
PLTU Pangkalan Susu
Gambar 2.5 Skema Demineralizer Plant
2.4.3 Reverse Osmosis RO
[8]
Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable
yang dapat menyaring garam-garam yang terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. Gambar 2.6 berikut ini
menunjukkan skema prinsip reverse osmosis di PLTU Pangkalan Susu dimana air
laut yang berkonsentrasi tinggi mengalir menuju air tawar yang berkonsentrasi rendah dengan memberikan tekanan tertentu
Universitas Sumatera Utara
11
Gambar 2.6 Prinsip Osmosis dan Reverse Osmosis
2.4.4 Auxiliary Boiler Boiler Bantu
[2] [8]
Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak fuel oil, yang berfungsi untuk menghasilkan uap steam yang digunakan pada saat boiler utama
start up maupun sebagai uap bantu auxiliary steam. Penggunaan Auxiliary Boiler hanya bersifat sementara yaitu ketika unit
boiler utama masih belum menghasilkan utama.Jika unit sudah beroperasi normal, pasokan dapat diambil dari ketel utama sehingga auxiliary boiler dapat
dimatikan.
2.4.5 Coal Handling System
[8]
Coal handling system berfungsi menangani mulai dari pembongkaran
batubara dari kapaltongkang unloading area, penimbunanpenyimpanan di stock area
atapun pengisian ke bunker power plant yang digunakan untuk pembakaran di Boiler. Alat transportasi yang digunakan dengan system conveyor.
2.4.6 Ash Handling Unit Pembuangan Abu
[2] [8]
Ash handling Plant merupakan peralatan yang berfungsi sebagai
penampung dan penyalur abu sisa pembakaran yang berasal dari ruang bakar furnace.Ash handling Plant mempunyai 2 buah bagian system, yaitu :
a. Fly Ash System
Fly Ash system adalah peralatan Ash Handling yang berfungsi menyalurkan abu terbang fly ash yang merupakan sisa pembakaran dari ruang bakar boiler.
Sisa pembakaran yang mengandung partikel-partikel abu dialirkan ke Atmosfir
Universitas Sumatera Utara
12
melalui ruang yang telah dipasang EP Electrostatic Precipitator. Partikel abu yang terdapat dalam sisa pembakaran akan ditangkap oleh EP dan disalurkan
ke pembuangan melalui Transporter atau Conveyor. b.
Bottom Ash Bottom Ash System
adalah sistem Ash Handling Plant yang khusus menangani atau menyalurkan abu sisa pembakaran dari bagian bawah ruang bakar. Selain
menangani dan menyalurkan abu dari dalam furnace, Bottom Ash System juga menyalurkan abu yang berasal dari Ruang Economizer dan coal rejhect dari
Pulverizer .
2.5 Bagian-Bagian Utama PLTU
2.5.1 Boiler
[2] [8]
Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan
memanaskan air yang berada di dalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu di dalam
ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan
temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan.
Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat panas dalam volume yang
lebih besar lagi yang akan digunakan untuk memutar turbin. Spesifikasi utama dari boiler yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan
dijelaskan pada tabel 2.1 berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
13
Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler
Bagian-Bagian Boiler
Economizer
Economizer adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk
ke drum. Di dalam economizer air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater
sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong. Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang dalam boiler dengan
suhu ±460,1
o
C.
Steam Drum. Steam drum
berfungsi sebagai pemisah uap dan air pada boiler, uap yang dihasilkan akan menuju ke turbin, sebelum ke turbin uap yang dihasilkan
masih berupa uap basah dimana uap ini belum effektif untuk memutar turbin karena masih mengandung air yang dapat merusak turbin uap, maka dari itu
uap yang basah akan melalui superheater untuk mendapatkan uap kering, lalu menuju ke turbin uap. Tekanan pada steam drum mencapai 127 bar.
Universitas Sumatera Utara
14
Superheater
Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan aliran gas
panas hasil pembakaran. Superheater berfungsi untuk memanaskan uap agar kandungan energi panas dan kekeringannya bertambah sehingga menjadi uap
superheat uap panas lanjut. Pemasanan dilakukan dalam dua atau tiga tahap,
sebagai pemanasnya adalah gas hasil pembakaran bahan bakar. Panas dari gas ini dipindahkan ke Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater,
sehingga berubah menjadi Super Heated Steam sebelum disalurkan ke Turbin. Suhu pada Superheater 540
o
C dan tekanan 13.43 MPa.g.
Reheater Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam tersebut akan
dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang. Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-Heater yang merupakan
kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari gas pembakaran seperti Superheater
dengan suhu inletoutlet 322
o
C540
o
C dan tekanan inletoutlet 2,72,505 MPa.g. Di bagian Re-Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk
memutar Intermediate Presure Turbine IP dan Low Presure Turbine LP.
Air Preheater Air Pre-Heater
adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran dengan suhu
350
o
C dan tekanan 500 Pa sebelum dikirim ke Furnace dan mendinginkan udara keluar dengan suhu 140
o
C dan tekanan 1 kPa menuju stack cerobong. Furnace
adalah ruang dalam boiler yang dirancang terjadinya proses pembakaran bahan bakar+udara+apipanas. Pemanas Udara pembakaran
tersebut diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan melalui Air Pre-Heater sebelum dibuang ke Chimney. Tipe Air pre-heater
yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu adalah tipe Rotary.
Universitas Sumatera Utara
15
Peralatan Bantu Pada Boiler
Mill Pulverizer
Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara sehingga menjadi halus dan
kemudian bersama dengan udara primer akan dialirkan ke Furnace dan untuk mengeringkan batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar.
Dalam penggunaan Pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan batubara dari
dalam Pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur terlalu rendah, batubara tidak bisa kering dan sulit dihaluskan. Temperatur idealnya kira-kira
65 C.
Coal Feeder
Peralatan yang berfungsi untuk mengatur laju aliran Flow ± 21 th untuk membangkitkan 220 MW batu bara dari Coal Banker menuju Mill Pulverizer.
ID Fan, FD Fan dan PA Fan.
Udara pembakaran ada dua macam, yaitu udara primer dan udara sekunder. Udara primer dipasok oleh Primary Air Fan PA Fan yang dihembuskan
menuju ke alat penggiling batubara Pulverizer dengan suhu ±50
o
C dan tekanan ±15 kPa kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan
ke Furnace. Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan untuk menghasilkan
pembakaran sempurna. Untuk itulah diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan dengan suhu ±30
o
C dan tekanan ±2 kPa bersama ID Fan
dengan suhu ±150
o
C dan tekanan 300 Pa. Gambar 2.7 di bawah ini akan menunnjukkan siklus air dan uap pada boiler
Pangkalan Susu.
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.7 Siklus Air dan Uap pada Boiler PLTU Pangkalan Susu
2.5.2 Turbin Uap
[4] [8]
Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar energi mekanik. Poros turbin dikopel dengan
poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar. Uap yang telah melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur turun
hingga kondisinya menjadi uap basah.Uap keluar turbin ini kemudian dialirkan kedalam kondensor untuk didinginkan agar menjadi air kondensat, sedangkan
tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator.
Jenis Turbin Uap
Jenis turbin menurut prinsip kerjanya terdiri dari : 1.
Turbin Impuls aksi Turbin impuls atau turbin tekanan tetap, adalah turbin yang ekspansi
uapnya hanya terjadi pada sudu-sudu tetap atau nosel. Ketika uap melewati sudu tetap, maka tekanan turun dan uap mengalami peningkatan
energi kinetik. Sudu-sudu tetap berfungsi sebagai nosel saluran pancar dan mengarahkan aliran uap ke sudu-sudu gerak. PLTU Pangkalan Susu
menggunakan turbin jenis ini
Universitas Sumatera Utara
17
2. Turbin Reaksi Pada turbin reaksi penurunan tekanan terjadi pada sudu tetap dan sudu
gerak. Kedua jenis turbin ini mempunyai karakteristik yang berbeda seperti ditunjukkan dalamgambar dibawah. Gambar 2.8 berikut ini
menunjukkan jenis turbin uap dan karakeristiknya.
Gambar 2.8 Jenis Turbin Uap dan Karakteristiknya
Bagian Turbin Uap
Casing
Casing adalah bagian yang diam merupakan rumah atau wadah dari rotor.Pada casing terdapat sudu-sudu diam disebut stator yang dipasang melingkar dan
berjajar terdiri dari beberapa baris yang merupakan pasangan dari sudu gerak pada rotor.Sudu diam berfungsi untuk mengarahkan aliran uap agar tepat
dalam mendorong sudu gerak pada rotor.
Rotor Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang
terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu
Universitas Sumatera Utara
18
gerak disebut tingkat stage.Sudu gerak rotor berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik.
Bantalan
Fungsi bantalan adalah untuk menopang dan menjaga rotor turbin agar tetap pada posisi normalnya. Ada dua macam bantalan pada turbin, yaitu:
- Bantalan journal yang berfungsi untuk menopang dan mencegah poros
turbin daripergeseran arah radial -
Bantalan aksial thrust bearing yang berfungsi untuk mencegah turbin bergeserkearah aksial.
Katup Utama
Katup utama turbin terdiri dari : Main Stop Valve
MSV Katup ini berfungsi sebagai katup penutup cepat jika turbin trip atau sebagai
katup pengisolasi turbin terhadap uap masuk. MSV bekerja dalam dua posisi yaitu menutup penuh atau membuka penuh. Pada saat turbin beroperasi maka
MSV membuka penuh. Sebagai penggerak untuk membuka MSV digunakan tekanan minyak hidrolik. Sedangkan untuk menutupnya dengan kekuatan
pegas. Governor Valve
GV Turbin harus dapat beroperasi dengan putaran yang konstan pada beban yang
berubah ubah. Untuk membuat agar putaran turbin selalu tetap digunakan governor valve
yang bertugas mengatur aliran uap masuk turbin sesuai dengan bebannya. Sistem governor valve yang digunakan umumnya adalah mechanic
hydraulic MH atau electro hydraulic EH.
Pada turbin dengan kapasitas 100 MW dilengkapi dengan katup uap reheat, yaitu Reheat Stop Valve RSV dan Interceptor Valve ICV.
Spesifikasi utama dari turbin uap yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan dijelaskan pada tabel 2.2 berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
19
Tabel 2.2 Spesifikasi Turbin Uap
2.5.3 Kondensor
[8]
Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin uap yang telah digunakan untuk memutar turbin.Proses perubahannya dilakukan
dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa tubes. Uap mengalir di luar pipa-pipa shell side sedangkan air sebagai
pendingin mengalir di dalam pipa-pipa tube side. Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah
diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah
turbin sehingga memudahkan aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.
Konstruksi Kondensor
Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan single pass atau dua lintasan double pass. Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada water
box sisi air pendingin, dipasang venting pump atau priming pump.Udara dan non condensable gas
pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor dengan ejector atau pompa vakum.
Universitas Sumatera Utara
20
Gambar 2.9 berikut ini menunnjukkan konstruksi dari kondensor yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu.
Gambar 2.9 Konstruksi Kondensor
2.5.4 Generator Sinkron
[3] [8]
Tujuan utama dari kegiatan di PLTU adalah menghasilkan energi listrik.Produksi energi listrik merupakan target dari proses konversi energi di
PLTU. Generator yang dikopel langsung dengan turbin akan menghasilkan tegangan listrik ketika turbin berputar. Gambar 2.10 berikut ini merupakan
Generator PLTU dengan main exciter dan pilot exciter.
Gambar 2.10 Generator PLTU dengan Main Exciter dan Pilot Exciter
Universitas Sumatera Utara
21
Proses konversi energi didalam generator adalah dengan memutar medan magnet didalam kumparan. Rotor generator sebagai medan magnet menginduksi
kumparan yang dipasang pada stator sehingga timbul tegangan diantara kedua ujung kumparan generator. Untuk membuat rotor agar menjadi medan magnet,
maka dialirkan arus DC ke kumparan rotor. Spesifikasi utama dari generator yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan dijelaskan pada tabel 2.3 berikut ini.
Tabel 2.3 Spesifikasi Generator
Konstruksi Generator Sinkron
Generator sinkron pada prinsipnya terdiri atas 2 bagian utama, yaitu: 1.
Rotor Rotor adalah bagian generator yang berputar. Pada rotor terdapat
kumparan konduktor sebagai pembangkit medan magnet utama. Medan magnet ini timbul karena adanya arus yang mengalir pada kumparan rotor
yang diperoleh dari exciter. Jika rotor berputar maka medan magnet akan memotong kumparan jangkar stator, sehingga timbul gaya gerak listrik
GGL yang kemudian disalurkan ke terminal generator. Rotor dari generator besar yang diputar dengan turbin uap biasanya tipe silinder dengan 2 atau 4
kutub magnet. Konstruksi rotor di PLTU Pangkalan Susu ditunjukkan pada gambar 2.11 di bawah ini:
Universitas Sumatera Utara
22
Gambar 2.11 Rotor Non- sailent dan penampang rotor pada generator
sinkron di PLTU Pangkalan Susu 2.
Stator Stator terdiri dari casing yang berisi kumparan dan rotor yang merupakan
medan magnet listrik terdiri dari inti yang berisi kumparan.Inti ini terbentuk dari susunan plat-plat baja silikon yang mempunyai sifat kemagnetan yang
baik. Plat-plat tersebut dikompres dengan rapat sekali, tetapi diisolasi satu sama lain dengan pernis atau kertas berisolasi. Susunan plat baja silikon yang
membentuk inti ini biasanya disebut laminasi. Laminasi-laminasi ini membentuk saluran yang baik sekali bagi flux magnet yang dihasilkan oleh
rotor. Isolasi pada laminasi mengurangi besarnya arus pusar, sehingga mengurangi rugi-rugi panas. Gambar 2.12 di bawah ini menunjukkan
konstruksi stator di Pangkalan Susu.
Universitas Sumatera Utara
23
Gambar 2.12 Stator Generator di Pangkalan Susu
Prinsip kerja generator adalah sebagai berikut: 1.
Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan
medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu
adalah tetap. 2.
Penggerak mula Prime Mover yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.
= .
dimana : n = Kecepatan putar rotor rpm P
= Jumlah kutub rotor f
= frekuensi Hz 3.
Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan
diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah
Universitas Sumatera Utara
24
besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan
tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan :
= −� �
= −� �
��
� � = −� � �
��
cos � .
bila: � = �
= −� � �
��
cos � . bila:
=
�.
= −� . � . .
�
��
cos � .
��
= � . , . .
�
��
.
=
��
√ =
� . , . . �
��
√ =
, � �
��
.
bila: =
, � maka:
= . . �
��
.
Dimana: Eeff = ggl induksi Volt
n = Putaran rpm
N = Jumlah belitan f
= Frekuensi Hz
Universitas Sumatera Utara
25
C = Konstanta Φ
maks
= Fluks magnetik weber p = Jumlah kutub
Untuk generator sinkron tiga fasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan
kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparanjangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 120
satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk
menghasilkan energi listrik. [12]
Reaksi Jangkar Generator Sinkron
[12]
Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir melalui kumparan jangkar stator, sehingga yang ada pada celah udara hanya
fluksi arus medan rotor. Namun jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar Ia akan mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian
mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan berubahnya harga tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini kemudian dikenal sebagai reaksi
jangkar seperti pada gambar 2.13 berikut :
Gambar 2.13 Model reaksi jangkar
Universitas Sumatera Utara
26
Keterangan gambar : a
Medan magnet yang berputar akan menghasilkan tegangan induksi E
Amax
b Tegangan resultan menghasilkan arus lagging saat generator berbeban
induktif c
Arus stator menghasilkan medan magnet sendiri B
S
dan tegangan E
stat
pada belitan stator
d Vektor penjumlahan B
S
dan B
R
yang menghasilkan B
net
dan penjumlahan E
stat
dan E
Amax
menghasilkan V
Φ
pada outputnya.
Perbedaan pengaruh yang ditimbulkan fluksi jangkar tergantung kepada beban dan faktor daya beban, yaitu:
1 Untuk beban resistif cosφ = 1
Pengaruh fluksi jangkar terhadap fluksi medan hanya sebatas mendistorsinya saja tanpa pengaruh kekuatannya cross magnetizing
2 Untuk beban induktif murni cosφ = 0 lag
Arus akan tertinggal 90 dari tegangan. Fluksi yang dihasilkan oleh arus
jangkar akan melawan fluksi arus medan. Dengan kata lain reaksi jangkar akan demagnetising artinya pengaruh reaksi jangkar akan melemahkan
fluksi arus medan. 3
Untuk beban kapasitif murni cosφ = 0 lead Arus akan mendahului tegangan sebesar 90
. Fluksi yang dihasilkan arus jangkar akan searah dengan fluksi arus medan sehingga reaksi jangkar
yang terjadi magnetizing artinya pengaruh reaksi jangkar akan menguatkan fluksi arus medan.
4 Untuk beban tidak murni induktifkapasitif
Pengaruh reaksi jangkar akan menjadi sebagaian magnetizing dan sebagaian demagnetizing. Saat beban adalah kapasitif, maka reaksi jangkar
akan sebagian distortif dan sebagian magnetizing. Sementara itu saat beban adalah induktif, maka reaksi jangkar akan sebagaian distortif dan sebagaian
demagnetizing. Namun pada prakteknya beban umumnya adalah induktif.
Universitas Sumatera Utara
27
2.6 Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif
Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi sistem. Penyediaan daya aktif harus disesuaikan dengan kebutuhan daya aktif beban,
penyesuaian ini dilakukan dengan mengatur kopel penggerak generator, sehingga tidak ada pemborosan penggunaan daya.
Pada umumnya dalam sistem tenaga listrik digunakan generator sinkron tiga fasa untuk pembangkit tenaga listrik yang utama. Oleh karena itu, pengaturan
frekuensi sistem tergantung pada karakteristik generator sinkron. Menurut Hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanik penggerak generator dengan
perputaran generator :
�
−
�
= �
. Dimana :
T
B
= Kopel penggerak generator T
G
= Kopel beban yang membebani generator H = momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya
ω = kecepatan sudut perputaran generator Frekuensi akan turun jika daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi
kebutuhan beban dan sebaliknya frekuensi akan naik jika kelebihan daya aktif dalam sistem. Secara mekanis apabila :
�
−
�
= � , �
, ℎ�
�
�
−
�
= � , �
, ℎ�
� � Dari persamaan di atas, secara tidak langsung penyediaan daya aktif dapat pula
mempengaruhi frekuensi sistem. [7]
2.7 Pengaturan Putaran Governing
Sistem governing pada turbin berfungsi untuk mengontrol aliran uap agar dapat mempertahankan putaran sesuai yang dikehendaki 3000 rpm untuk 50 Hz.
Sebenarnya apabila beban turbin konstan maka governing tidak diperlukan lagi sebab putaran akan tetap konstan.
Universitas Sumatera Utara
28
Tetapi apabila terjadi beban turbin turun dengan pembukaan katup uap yang tetap, maka putaran akan naik akibat jumlah uap melebihi yang dibutuhkan.
Untuk mengembalikan keputaran normal maka perlu memperkecil pembukaan katup uap agar menyesuaikan jumlah uap yang dibutuhkan. Begitu juga dengan
sebaliknya jika beban turbin naik. Untuk mengatasi hal-hal tersebut di atas, maka governor dapat melakukan perubahan-perubahan sesuai kebutuhan secara
automatik. [9]
Speed Droop Governor
Speed Droop adalah bilangan prosentase yang menyatakan kepekaan turbin merespon perubahan frekuensi. Semakin kecil nilai prosentase speed droop, maka
semakin peka terhadap perubahan frekuensi. Demikian pula sebaliknya, semakin besar nilai prosentase speed droop, maka semakin malas merespon perubahan
frekuensi. Speed droop menentukan hubungan antara sinyal pengaturan putaran
governor dengan output beban yang dibangkitkan oleh Generator. Speed Droop merupakan perbandingan beban dengan frekuensi.
= −
. Dimana :
R = putaran nominal R1 = putaran tanpa beban
R2 = putaran beban penuh
Makin kecil nilai speed droop dari governor maka makin peka terhadap perubahan beban. Sekilas jika pada suatu pembangkit memiliki nilai speed droop sebesar 5
maka dapat dihitung : 5 = 0,05 x 50 Hz = 2,5 Hz
Artinya sistem dibatasi untuk penurunan frekuensi maksimal 2,5 Hz dari batas nominal 50 Hz. [7]
Universitas Sumatera Utara
29
2.8 Bahan Bakar Batubara