Studi Penggunaan GPC (Generator Paralelling Control) Pada PLTD Di Sun Plaza

STUDI PENGGUNAAN GPC ( Generator Paralelling Control) PADA

PLTD DI SUN PLAZA

OLEH :

NAMA : JUANDA . T NIM : 030402024

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI PENGGUNAAN GPC ( Generator Paralelling Control) PADA PLTD DI SUN PLAZA

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Sarjana Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara

Oleh :

NIM : 030402024 JUANDA . T

Disetujui oleh :

DOSEN PEMBIMBING

NIP : 130 365 321

Ir. SUMANTRI ZULKARNAEN

Disetujui oleh :

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

NIP : 131 459 554 Ir. NASRUL ABDI, MT

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Sistem pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin generator tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin turbin, mesin diesel atau mesin baling-baling. Dalam pengoperasian pembangkit listrik dengan generator, karena faktor keandalan dan fluktuasi jumlah beban, maka disediakan dua atau lebih generator yang dioperasikan dengan tugas terus-menerus, cadangan dan bergiliran untuk generator-generator tersebut. Penyediaan generator tunggal untuk pengoperasian terus menerus adalah suatu hal yang riskan, kecuali bila bergilir dengan sumber PLN atau peralatan UPS. Untuk memenuhi peningkatan beban listrik maka generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar generator atau paralel generator dengan sumber pasokan lain yang lebih besar misalnya dari PLN. Sehingga diperlukan pula alat pembagi daya listrik untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya.

Apabila suatu generator yang bekerja secara paralel yang mengalami gangguan, maka generator tersebut dihentikan, dengan demikian daya listrik total yang dibangkitkan dari generator tersebut menjadi berkurang. Dalam pengoperasian generator yang bekerja paralel, diperlukan suatu alat pengontrolan yang baik sehingga kontiunitas pelayanan dapat tercapai.

Dalam hal ini pengontrolan generator sudah dapat diwakilkan sepenuhnya dengan GPC (Generator Paralelling Control).

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Maka dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tuaku Ibunda L. Sinambela dan keluarga yang telah memberikan dukungan moril, do’a dan semangat.

2. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan, motivasi dan dukungannya.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro USU.

4. Bapak Ir. Bonggas L.Tobing selaku dosen wali penulis, atas bimbingan dan arahannya selama dalam menyelesaikan perkuliahan.

5. Seluruh dosen pada jurusan Teknik Elektro USU, terutama dosen pada Sub Jurusan Teknik Energi Listrik.

6. Bapak Teguh Hardiansyah. ST selaku staf Supervisor di PT. Manunggal Wiratama (Sun Plaza) yang telah membantu kelancaran proses pengerjaan tugas akhir ini.

7. Seluruh staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. Khususnya B’Martin Luther Tarigan, AMd.

8. Teman – teman stambuk 2003, yang selama ini telah menjadi teman diskusi belajar dan bekerjasama dalam kegiatan perkuliahan.

9. Teman – teman saya : Lamganda, Wiswa, Hedbien, Shendy, Enno, Benni, Roni, Olo, Boby, Deni Ariyuda, Defrans, Faisal, B’UI, B’cimed dan semua rekan – rekan kuliah penulis yang tidak dapat disebutkan satu – persatu.

10.Serta berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu – persatu.

Berbagai usaha telah penulis lakukan demi selesainya Tugas Akhir ini dengan baik, namun penulis menyadari Tugas Akhir ini belumlah sempurna karena banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunannya.

Saran dan kritik dari pembaca Sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dan pengembangan kajian dalam bidang ini.

Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat.

Medan, Desember 2008

Penulis

NIM : 030402024 JUANDA. T

iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK ………....….i

KATA PENGANTAR ………...…....ii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ...ix

BAB I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Masalah ...1

I.2. Batasan Masalah ...2

I.3. Tujuan Penulisan ...3

I.4. Metode Penulisan ...3

I.5. Sistematika Penulisan ...3

BAB II. PINSIP KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD) II.1. Umum ...5

II. 2. Mesin Diesel ...7

II. 2.1. Pengertian Mesin Diesel ...7

II. 2. 2. Cara Kerja Mesin Diesel ...8

II. 3. Generator Sinkron ...12

II. 3. 1. Pengertian Generator Sinkron ...12

v

II. 3. 3. Prinsip Kerja Generator Sinkron ...16

II. 3. 4. Pemilihan Putaran ………...18

II. 3. 5. Sistem Exitasi ………...19

II. 3. 5. a. Sistem penguatan sendiri ………...19

II. 3. 5. b. Sistem penguatan terpisah ………...20

II. 3. 6. Alternator tanpa beban ...21

II. 3. 7. Alternator berbeban ...22

II. 3. 8. Rangkaian ekivalen generator sinkron...21

II. 3. 9. Menentukan parameter generator sinkron...24

II. 3. 10. Regulasi Tegangan Generator ………...26

II. 3. 11. Sinkronisasi generator ...26

BAB III. GENERATOR PARALELLING CONTROL (GPC) III.1. Prinsip Kerja ………...35

III.2. Instalasi Teknis ………...37

III.3. Kontrol Fungsi ………...39

III.4. Kondisi Perancangan Panel Sinkronisasi ………...40

BAB IV. PERANAN GENERATOR PARALELLING CONTROL (GPC) PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD) IV.1. Operasi Paralel Lima Generator ………...50

IV.2. Operasi Paralel PLTD Dengan Jaringan PLN ………... 57

vi

IV. 2. 2. Pengoperasian Secara Otomatis ...………...64

IV.3. Prinsip Pembagian daya Pada Generator ………...70

IV. 3. 1. Governor ………...76

IV. 3. 2. Speed Drop .………...77

IV. 3. 3. Permanent Magnet Generator (PMG) – Control AVR ...78

IV. 3. 4. Load Sharing ……….………81

IV. 4. Diagram blok pengontrolan GPC ………….…………...88

V. KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ...92

V. 2 Saran ...92

LAMPIRAN ...93-106 DAFTAR PUSTAKA ...107

vii

DAFTAR GAMBAR

2.1. Cara kerja mesin diesel ………...9

2.2.a. Diagram Tekanan-Volume (P-V) untuk keadaan teoritis ...12

2.2.b. Siklus Motor Diesel ...12

2.3. Konstruksi generator sinkron ...14

2.4. Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron ………..14

2.5.a. rotor Non-salient (rotor silinder) ………...…...15

2.5.b. penampang rotor pada generator sinkron ...15

2.6. Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan..17

2.7. Diagram generator dengan penguatan tanpa sikat ...20

2.8. Diagram generator sistem penguatan terpisah ...20

2.9. Karakteristik tanpa beban generator sinkron ...21

2.10. Rangkaian ekivalen alternator berbeban ………22

2.11. Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ………23

2.12. Karakteristik tanpa beban ………..24

2.13. Karakteristik hubung singkat alternator ……….………25

3.1. Piranti GPC (generator paralelling control) ...35

4.1. Proses paralel antar generator ...50

4.2. Flowchart pengontrolan paralel antar generator ...56

4.3. Proses paralel generator dengan jaringan PLN ...58

viii

4.5. Flowchart pengoperasian manual untuk menjalankan paralel ...61

4.6. Flowchart pengoperasian manual untuk menghentikan paralel …...63

4.7. Diagram vektor tegangan dan arus ...71

4.8. Pembagian daya antar lima generator ...72

4.9. Penguatan dengan permanent magnet generator (PMG) – Control AVR...78

4.10. Suplai arus penguatan pada generator ...80

4.11. Blok diagram generator dengan kontrol GPC...88 4.13.a-c. Gambar terminasi pada GPC ………..………104-106

ix

DAFTAR TABEL

Tabel.1. Data pemakaian generator tgl 9 Desember 2008, pukul 19:30WIB ...59 Tabel.2. Data beban harian tgl 9 Desember 2008, pukul 19:30WIB ………….73 Tabel.1. Data pemakaian generator tgl 9 Desember 2008, pukul 19:30WIB ...75 Tabel.1. Data pemakaian generator tgl 11 Desember 2008 dari pukul 19:30 –

ABSTRAK

Sistem pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin generator tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin turbin, mesin diesel atau mesin baling-baling. Dalam pengoperasian pembangkit listrik dengan generator, karena faktor keandalan dan fluktuasi jumlah beban, maka disediakan dua atau lebih generator yang dioperasikan dengan tugas terus-menerus, cadangan dan bergiliran untuk generator-generator tersebut. Penyediaan generator tunggal untuk pengoperasian terus menerus adalah suatu hal yang riskan, kecuali bila bergilir dengan sumber PLN atau peralatan UPS. Untuk memenuhi peningkatan beban listrik maka generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar generator atau paralel generator dengan sumber pasokan lain yang lebih besar misalnya dari PLN. Sehingga diperlukan pula alat pembagi daya listrik untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya.

Apabila suatu generator yang bekerja secara paralel yang mengalami gangguan, maka generator tersebut dihentikan, dengan demikian daya listrik total yang dibangkitkan dari generator tersebut menjadi berkurang. Dalam pengoperasian generator yang bekerja paralel, diperlukan suatu alat pengontrolan yang baik sehingga kontiunitas pelayanan dapat tercapai.

Dalam hal ini pengontrolan generator sudah dapat diwakilkan sepenuhnya dengan GPC (Generator Paralelling Control).

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi saat ini memungkinkan semua bidang kehidupan manusia dapat semakin ringan dikerjakan dengan bantuan suatu peralatan. Demikian halnya dalam bidang kelistrikan. Dengan menggunakan suatu alat khusus, sistem kerja sebuah pembangkit dapat dengan mudah dikontrol oleh seorang operator. Sistem kerja yang dimaksud mencakup sistem pengaturan, sistem proteksi dan pembagian beban. Dalam sistem kerja suatu pembangkit umumnya, sistem pengaturan, sistem proteksi dan pembagian beban bekerja secara terpisah. Sehingga dibutuhkan banyak tenaga manusia dalam pengoperasiannya.

GPC (Generator Paralelling Control) merupakan suatu alat digital yang aplikasi sistem kerjanya menggunakan PLC (programmable logic control) dalam menjalankan fungsinya sebagai alat konrol. GPC menggunakan PLC sebagai sarana untuk menjalankan dan mengatur semua komponen elektromekanik yang berperan dalam sistem PLTD ini, baik itu switch, rele-rele, circuit breaker dan alat penunjang lainnya.

Dalam sistem PLTD ini, salah satu peran utama GPC adalah menjalankan proses sinkronisasi ; baik itu antara generator maupun antara generator dan sumber PLN. Pada proses sinkronisasi GPC dapat bekerja secara otomatis maupun secara manual. Pengoperasian secara otomatis yang dimaksud disini adalah pengoperasian yang dikendalikan oleh PLC dengan settingan yang telah ditentukan langsung melalui GPC, sedangkan pengoperasian secara manual adalah

apabila adanya turut campur tangan seorang operator dalam pengontrolan tersebut. Selain itu peran GPC lainnya dalam PLTD ini adalah mengatur dan menjalankan pembagian beban generator. Alat pembagi beban generator merupakan peralatan otomatis yang menyeragamkan operasi governor dalam menaikkan atau menurunkan power mesin atau daya generator sesuai perubahan bebannya, dan sangat diperlukan bila memiliki lebih dari dua generator dengan karakteristik yang berbeda beroperasi secara paralel. Dengan alat pembagi beban generator, maka setiap generator mempunyai faktor penggunaan (beban maksimum dibagi kapasitas generator) yang sama.

I.2. Batasan Masalah

Dalam tugas akhir yang aplikasinya pada PT. Manunggal Wiratama (Sun Plaza) Medan ini, adanya pembatasan pembahasan yang dibuat yaitu :

1. Tidak membahas tentang PLC (Programmable Logic Control).

2. Tidak membahas program yang digunakan pada GPC (Generator

Paralelling Control).

3. Tidak membahas mengenai rele proteksi dan circuit breaker yang digunakan pada generator.

4. Tidak membahas gangguan-gangguan yang terjadi pada generator.

I.3. Tujuan Penulisan

Adapun yang menjadi tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui prinsip kerja GPC (Generator Paralelling Control) sebagai alat yang menjalankan sistem kontrol pada PLTD.

2. Untuk mengetahui proses sinkronisasi antar generator dan antar generator dengan sumber PLN.

3. Membandingkan pengoperasian secara manual dan otomatis.

Dan diharapkan tugas akhir ini bermanfaat sebagai bahan pembelajaran dalam memahami prinsip kerja PLTD dan cara pengoperasiannya menggunakan alat digital

I.4. Metode Penulisan

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian buku-buku teks pendukung.

2. Studi lapangan, yaitu mengambil data beban dan set point ( nilai pengaturan) yang diberikan pada GPC.

3. Studi Bimbingan, diskusi – diskusi dan tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai kendala-kendala yang timbul selama penyusunan Tugas Akhir ini.

I.5. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap tugas akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : PRINSIP KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD)

Bab ini membahas prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) secara umum.

BAB III : GENERATOR PARALELLING CONTROL (GPC)

Bab ini membahas prinsip kerja, instalasi dan fungsi kontrol Generator Paralelling Control (GPC)

BAB IV : PERANAN GENERATOR PARALELLING CONTROL (GPC)

PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD) Bab ini menjelaskan peranan penting sebuah Generator Paralelling Control (GPC) pada PLTD antara lain dalam proses sinkronisasi dan pembagian beban yang berhubungan langsung governor dalam mengatur daya dan kecepatan generator.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari proses studi pembelajaran ini.

BAB II

PRINSIP KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL

(PLTD)

II.1. Umum

Pada dasarnya pembangkitan tenaga listrik AC biasanya menggunakan mesin sinkron yang bekerja sebagai generator. Beberapa kelebihan penggunaan mesin sinkron yang bekerja sebagai generator tersebut antara lainnya :

• lnvestasi modal relatif kecil

• Mempunyai waktu pembebanan yang relatif singkat

• Desain dan instalasi relatif sederhana

• Auxiliary equipment relatif sederhana.

Selain kelebihan tersebut di atas, juga terdapat beberapa kelemahan dan kekurangan dari suatu pembangkit tenaga diesel, antara lain:

1. Mesin diesel sebagai penggerak mula mempunyai daya yang terbatas. Hal ini disebabkan terbatasnya ukuran mesin diesel karena kemampuan dari sarana pengangkutannya terbatas. Jika membutuhkan daya yang besar diperlukan beberapa unit generator dengan penggerak mula diesel.

2. Bahan bakar pembangkit listrik tenaga diesel yaitu solar yang lebih mahal dibandingkan bahan bakar lainnya misalnya batu bara.

Pada mesin diesel, kecepatan putarannya dapat dikelompokkan dalam tiga kategori yaitu:

• Putaran rendah untuk rpm < 500

• Putaran sedang untuk 500 < rpm < 1000

• Putaran tinggi untuk rpm > 1000.

Kegunaan dari suatu Pembangkit Listrik Tenaga Diesel adalah :

1. Sebagai unit cadangan ( Stand by Plant ) yang dijalankan pada saat unit pembangkit utama yang ada tidak dapat mencukupi kebutuhan daya listrik.

2. Sebagai unit pembangkit yang menyupali listrik selama 24 jam atau pemikul beban tetap. Sifat pengoperasian harus pada beban dasar yang berkapasitas tertinggi dan tidak dipengaruhi oleh frekuensi beban tetap. Hal ini memungkinkan juga bila pasokan dapat mengalami gangguan. 3. Sebagai unit beban puncak atau Peak Load. Bila PLTD dioperasikan

pada beban puncak, biasanya dalam waktu yang tidak lama, karena dapat berfungsi untuk menaikkan tegangan yang turun pada saat beban puncak.

4. Sebagai unit cadangan ( emergency) yang djalankan saat keadaan darurat saat terjadi pemadaman pada unit pembangkit utama.

II. 2. Mesin Diesel

II. 2.1. Pengertian Mesin Diesel

Mesin diesel termasuk mesin dengan pembakaran dalam atau disebut dengan motor bakar ditinjau dari cara memperoleh energi termalnya. Untuk membangkitkan listrik sebuah generator menggunakan generator dengan sistem penggerak tenaga diesel atau yang biasa dikenal dengan sebutan genset ( Generator Set ).

Keuntungan pemakaian diesel sebagai Prime Over :

• Desain dan instalasi sederhana.

• Auxiliary equipment sederhana.

• Waktu pembebanan relative singkat.

Kerugian pemakaian diesel sebagai Prime over:

• Mesin sangat berat sehingga harus dapat menahan getaran serta kompresi yang tinggi.

• Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu sekitar 200 bar.

• Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut dimensinya makin besar pula, hal tersebut menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar.

II. 2.2. Cara kerja mesin Diesel

Prime Over merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin diesel/engine terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi ( ± 30 arm ), sehingga temperature di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga menyala secara otomatis.

Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 4 langkah pendek menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.

1. Langkah keatas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan pengisapan, disini udara dan bahan bakar masuk sedangkan engkol berputar ke bawah.

2. Langkah kedua merupakan kompresi, poros engkol terus berputar menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehinggaterjadi pembakaran. Kedua proses ini (1dan 2 ) termasuk proses pembakaran.

3. Langkah ketiga merupakan lankah ekspansi dan kerja, disini kedua katup yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan kembali menarik torak ke bawah.

4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar.

Gas dapat keluar karena pada proses keempat ini torakkembali bergerak naik naik keatas dan menyebabkan gas dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan.

5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali proses pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk kembali.

Gambar.2.1. Cara Kerja Mesin Diesel Ada 3 macam sistem starting yaitu :

 Sistem start manual

Sistem start ini dipakai untuk mesin diesel dengan daya yang relative kecil yaitu < 30 PK. Cara untuk menghidupkan mesin diesel pada site mini adalah dengan menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakkan oleh tenaga manusia. Jadi sistem start ini sangat bergantung pada faktor manusia sebagai operatornya.

 Sistem strat elektrik

Sistem ini dipakai oleh mesin diesel yang memiliki daya sedang yaitu < 500 PK. Sistem ini menggunakan motor DC dengan suplai listrik dari baterai /

accu 12 atau 24 volt untuk menstart diesel. Saat start, motor DC mendapat suplai listrik baterai atau accu dan menghasilkan torsi yang dipakai untuk menggerakkan diesel sampai mencapai putaran tertentu. Baterai atau accu yang dipakai harus dapat dipakai untuk menstart sebanyak 6 kali tanpa diisi kembali, karena arus start yang dibutuhkan motor DC cukup besar maka dipakai dynamo yang berfungsi sebagai generator DC. Pengisian ulang baterai atau accu digunakan alat bantu berupa battery charger dan pengaman tegangan. Pada saat diesel tidak bekerja maka battery charger mendapat suplai listrik dari PLN, sedangkan pada saat diesel bekerja maka suplai dari batterai charger didapat dari generator. Fungsi dari pengaman tegangan adalah untuk memonitor tegangan baterai atau accu. Sehingga apabila tegangan dari baterai atau accu sudah mencapai 12/24 volt, yang merupakan tegangan standarnya, maka hubungan antara battery charger dengan baterai atau accu akan diputus oleh pengamanan tegangan.

 Sistem start kompresi

Sistem start ini dipakai oleh diesel yang memiliki daya besar yaitu > 500 PK. Sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi untuk start dari mesin diesel. Cara kerjanya yaitu dengan menyimpan udara ke dalam suatu botol udara. Kemudian udara tesebut dikompresi sehingga menjadi udara panas dan bahan bakar solar dimasukkan ke dalam Fuel Injection Pump serta disemprotkan lewat nozzle dengan tekanan tinggi. Akiatnya akan terjadi pengkabutan dan pembakaran di ruang bakar.pada saat tekanan di dalam tebung turun sampai batas minimum yang ditentukan, maka kompresor akan secara otomatis menaikkan tekanan udara di dalam tabung hingga tekanan dalam tabung mencukupi dan siap dipakai untuk melakukan starting mesin diesel.

Proses yang terjadi dalam mesin diesel ini adalah sebagai berikut : 1-2 Kompresi isentronik

2-3 Penambahan panas pada volume konstan 3-4 Panambahan panas pada tekanan konstan 4-5 Ekspansi isentropis

5-1 Penambahan panas pada volume konstan.

Mesin ini sering juga dinamakan motor diesel, sesuai dengan nama dari pembuat yaitu seorang Jerman bernama Diesel. Pada mesin ini penambahan panas energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Efisiensi termal dari motor diesel adalah sebagai berikut :

Q2-3 – Q3-4 – Q5-1

Q2-3 + Q3-4

ή = = 1 - 1

(V5 / V2) k-1

Dimana :

Q2-3 = Energi yang ditambahkan pada keadaan 2-3

Q3-4 = Energi yang ditambahkan pada keadaan 3-4

Q5-1 = Energi yang dibuang pada keadaan 5-1

V5 = Volume pada keadaan 5

V2 = Volume pada keadaan 2

Seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut :

P T

V S V

Ekspansi

Awal Injeksi

Kompresi

Masuk & Keluar

1 5

2 3 4

1 2

3 4

5

2.3

4

5.1

( a ) ( b ) ( c )

Gambar.2.2. (a) memperlihatkan diagram Tekanan-Volume ( P-V ) untuk keadaan teoritis, sedangkan gambar ( b ) memperlihatkan untuk suatu siklus yang sebenarnya bagi sebuah motor diesel.

II.3. Generator Sinkron

II.3.1. Pengertian Generator Sinkron

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan. Untuk memutar rotor generator digunakan prime mover (penggerak mula) yang dapat berupa turbin ataupun mesin diesel.

II.3.2. Kontruksi Generator Sinkron

Konstruksi umum Generator AC adalah sebagai berikut : 1. Rangka Stator

Merupakan rumah dari bagian – bagian generator lain yang terbuat dari besi tuang.

2. Stator

Stator memiliki alur – alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai sebagai tempat GGL induksi.

3. Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub–kutub yang memiliki inti dan kumparan medan yang lilitannya dialiri arus searah yang menjadi arus penguatan.

4. Cincin Geser

Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai isolasi. Cincin geser atau yang biasa disebut slip ring ini berputar bersama – sama dengan poros dan rotor.

5. Generator Penguat

Generator penguat merupakan generator searah yang dipakai sebagai sumber arus pada generator utama.

Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikan rupa, sehingga lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medan magnet berputar.

Gambar.2.3. Konstruksi generator sinkron

Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk menghasilkan medan magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan pada kumparan stator generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor silinder). Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor.

Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub, sedangkan rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi rotor tergantung dari kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator. Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar 10MVA menggunakan rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan rendah maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

(a) (b)

Gambar.2.5. Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder) (b) penampang rotor pada generator sinkron

Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara:

1. Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana slip ring dan sikat.

2. Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung pada batang rotor generator sinkron.

II.3.3. Prinsip kerja generator sinkron

Generator serempak (sinkron) akan menghasilkan tenaga listrik berdasarkan hukum Faraday. Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnethomogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal / external pole generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor dan disalurkan melalui slip ring dan karbon sikat. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada pembangkitan daya tinggi. Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan sudut 120°. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan 3-fasa dengan tegangan yang dibangkitkan diperlilhatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar.2.6. Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan.

Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan mendesain bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor disusun secara khusus untuk mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), suplai DC yang dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat untuk menghasilkan medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor menggunakan magnet permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan.

II.3.4. Pemilihan putaran

Putaran adalah salah satu faktor yang sangat penting untuk mempengaruhi besar tegangan (voltage) dan frekuensi yang timbul pada arus bolak-balik (alternating current). Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:

120 .p n f =

dimana:

f = frekuensi listrik (Hz)

n = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet (rpm) p = jumlah kutub magnet

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada kecepatan tetapdengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan kecepatan 3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus berputar pada 1500 rpm.

II.3.5. Sistem Eksitasi

Yang dimaksud dengan sistem eksitasi atau sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan arus penguat (If) ke kumparan magnet generator arus bolak-balik (alternating current) dijalankan dengan cara membangkitkan medan magnetnya dengan arus searah. Sedangkan sistem penguatan dapat digolongkan menurut cara penyediaan tenaganya. Sistem penguatan ini dibagi atas :

1. Sistem penguatan sendiri 2. Sistem penguatan terpisah

II.3.5.a. Sistem penguatan sendiri

Sistem penguatan ini digunakan pada generator tanpa sikat (brushless alternator). Generator tanpa sikat ini mempunyai exciter yang kumparan jangkarnya pada rotor dan kumparan medan (If) pada stator. Arus penguatan didapat dari remanensi (induksi magnet sisa) pada stator generator utama yang diberikan pada stator generator penguat. Arus yang disuplai tersebut diatur terlebih dahulu oleh AVR (automatic voltage regulator) yang merupakan pengatur tegangan otomatis. Melalui AVR inilah dilakukan pengaturan tegangan. Arus yang dihasilkan pada rotor generator penguat disearahkan menjadi dengan menggunakan penyearah (rotating diode) yang turut berputar dengan rotor kedua generator. Sistem penguatan sendiri dipasang pada ujung poros generator utamanya.

Gambar.2.7. Diagram generator dengan penguatan tanpa sikat

II.3.5.b. Sistem penguatan terpisah

Ada generator yang mempunyai kapasitas daya yang besar, kutub-kutublah yang berputar dan belitan arus putar (arus jangkar) yang dipasang pada stator (bagian yang tidak bergerak).

Dengan demikian maka daya penguatan yang berupa arus searah melalui sikat dan cincin geser, seperti terlihat pada gambar :

Gambar.2.8. Diagram generator sistem penguatan terpisah

Belitan jangkar (R.S.T) terletak pada stator dan belitan medan pada rotor dan mendapat arus searah dari sistem penguatan secara terpisah. Walaupun secara relatif, namun daya penguatan tidak besar, sehingga cincin geser senantiasa merupakan titik lemah dari generator.

II.3.6. Alternator tanpa beban

Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka tegangan (Ea ) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator.

Bentuk hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut.

Ea = c.n.φ

dimana:

c = konstanta mesin n = putaran sinkron

φ = fluks yang dihasilkan oleh IF

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Apabila arus medan (If) diubah-ubah harganya, akan diperoleh

harga Ea yang berubah-ubah juga seperti yang terlihat pada kurva sebagai berikut:

II.3.7. Alternator Berbeban

Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa ) dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs) . Persamaan tegangan pada generator adalah :

Ea = V + I.Ra + j I.Xs Xs = Xm + Xa

dimana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar V = tegangan terminal output Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron I = arus jangkar

II.3.8. Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron

Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator. Tegangan induksi sama dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada mesin atau generator dalam keadaan tidak berbeban. Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan terminal adalah:

1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator, disebut reaksi jangkar.

2. Induktansi sendiri kumparan jangkar. 3. Resistansi kumparan jangkar.

4. Efek permukaan rotor kutub sepatu.

Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

II.3.9. Menentukan Parameter Generator Sinkron

Harga Xs diperoleh dari dua macam percobaan yaitu percobaan tanpa beban dan percobaan hubungan singkat. Pada pengujian tanpa beban, generator diputar pada kecepatan ratingnya dan terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi medan mula adalah nol. Kemudian arus eksitasi medan dinaikan bertahap dan tegangan terminal generator diukur pada tiap tahapan. Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V sama dengan Ea. Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan (If).

Dari kurva ini harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian harga linier yang merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan pada keadaan jenuh sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar.

Gambar.2.12. Karakteristik tanpa beban

Pengujian yang kedua yaitu pengujian hubung singkat. Pada pengujian ini mula-mula arus eksitasi medan dibuat nol, dan terminal generator dihubung

singkat melalui ampere meter. Kemudian arus jangkar Ia (= arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi medan. Dari pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus jangkar (Ia ) sebagai fungsi arus medan (IF), dan ini merupakan garis lurus. Gambaran karakteristik hubung singkat alternator diberikan di bawah ini :

Gambar2.13. Karakteristik hubung singkat alternator

Ketika terminal generator dihubung singkat maka tegangan terminal adalah nol. Impedansi internal mesin adalah:

Ia Ea Xs

Ra

Zs= 2 + 2 =

Oleh karena Xs >> Ra, maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi:

Ia V Ia Ea Xs= = OC

Jika Ia dan Ea diketahui untuk kondisi tertentu, maka nilai reaktansi sinkron dapat diketahui. Tahanan jangkar dapat diukur dengan menerapkan tegangan DC pada kumparan jangkar pada kondisi generator diam saat hubungan bintang (Y), kemudian arus yang mengalir diukur. Selanjutnya tahanan jangkar perfasa pada kumparan dapat diperoleh dengan menggunakan hukum ohm sebagai berikut :

DC DC I V Ra

. 2

Penggunaan tegangan DC ini adalah supaya reaktansi kumparan sama dengan nol pada saat pengukuran.

II.3.10. Regulasi tegangan generator

Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal alternator antara keadaan beban nol (VNL) dengan beban penuh (VFL). Keadaan ini memberikan

gambaran batasan drop tegangan yang terjadi pada generator.

Regulasi tegangan generator dapat kita hitung dengan menggunakan rumus dibawah ini :

% 100

x V

V V VR

FL FL NL − =

II.3.11. Sinkronisasi generator sinkron

Sinkronisasi generator adalah memparallelkan kerja dua buah generator atau lebih untuk mendapatkan daya sebesar jumlah generator tersebut dengan syarat syarat yang telah ditentukan. Syarat syarat dasar dari parallel generator adalah sebagai berikut :

1. Mempunyai tegangan kerja yang sama 2. Mempunyai urutan fasa yang sama 3. Mempunyai frekuensi kerja yang sama 4. Mempunyai sudut fasa yang sama

Dalam kerja parallel generator tidak cukup hanya berdasar pada syarat syarat diatas ada hal lain yang perlu diketahui sebagai penjabaran syarat syarat diatas. Adapun penjabarannya sebagai berikut :

1. Mempunyai tegangan kerja yang sama

Dengan adanya tegangan kerja yang sama diharapkan pada saat diparallel dengan beban kosong power faktornya 1. Dengan faktor daya 1 berarti tegangan antara 2 generator persis sama. Jika 2 sumber tegangan itu berasal dari dua sumber yang sifatnya statis misal dari battery atau transformator maka tidak akan ada arus antara kedunya. Namun karena dua sumber merupakan sumber tegangan yang dinamis (diesel generator), maka faktor dayanya akan terjadi deviasi naik dan turun secara periodik bergantian dan berlawanan. Hal ini terjadi karena adanya sedikit perbedaan sudut fasa yang sesekali bergeser karena faktor gerak dinamis dari diesel penggerak. Itu bisa dibuktikan dengan membaca secara bersamaan putaran dari kedua generator dalam keadaan sinkron.

Misalnya Generator leader mempunyai kecepatan putar 1500 dan generator follower mempunyai kecepatan putar 1501, maka terdapat selisih 1 putaran / menit. Dengan perhitungan seperti dibawah ini :

0

360

× −

= ∆

Follower Follower Leader

N N N

Maka didapat beda fasa antar generator Leader dan Follower : 0 0 24 , 0 360 1500 1500 1501 = ∆ × − = ∆ ϕ ϕ

Dan dapat dihitung selisih tegangan sebesar :

(

VLeaader VFollower

)

Cos

V = ∆ × −

∆ ϕ

(

)

(

)

V V V Cos V Cos V 2 999 , 1 382 384 24 , 0 382 384 0 = = ∆ − × = ∆ − × ∆ = ∆ ϕ Dimana : ϕ

∆ : Beda fasa

N1;N2 : Kecepatan putar generator leader; follower

V1;V2 : Tegangan terminal leader; follower

Selisih tegangan yang kecil cukup mengakibatkan timbulnya arus sirkulasi antara 2 buah generator tersebut dan sifatnya tarik menarik namun tidak membahayakan. Dan pada saat dibebani bersama-sama maka power faktornya akan relatif sama sesuai dengan faktor daya beban. Memang sebaiknya dan idealnya masing masing generator menunjukkan faktor daya yang sama. Jika terjadi perbedaan faktor daya dengan selisih tidak terlalu besar, generator tersebut masih dapat diparallelkan. Namun akibat dari hal tersebut salah satu generator yang mempunyai nilai faktor daya rendah akan mempunyai nilai arus yang sedikit

lebih tinggi. Yang penting diperhatikan adalah tidak melebihi arus nominal dan daya nominal dari generator.

Sebagai contoh : Jika masing-masing generator memikul beban 100 kW, dimana generator 1 dengan faktor daya 0,85 dan yang generator 2 mempunyai faktor daya 0,75. Maka dengan menggunakan rumus daya aktif didapat selisih arus :

ϕ Cos I V P= 3. . .

(

1 1 2 2

)

.

.

3V I Cosϕ I Cosϕ

P= −

(

1 1 2 2

)

.

3V I Cosϕ I Cosϕ P

− =

Dimana :

P : Daya aktif

V : Tegangan terminal generator I : Arus beban

I1;I2 : Arus generator 1;2

Cosφ : Faktor daya

Dengan adanya selisih arus tersebut, bisa saja dianggap bahwa generator bekerja independent dengan arus tersebut.

Pada saat generator bekerja parallel perubahan arus eksitasi akan merubah faktor daya, jika arus eksitasi diperkuat maka nilai faktor daya mengecil menjauhi satu, sebaliknya jika eksitasi dikurangi maka nilai faktor daya akan membesar mendekati 1.

Pada panel-panel kontrol modern sudah diperlengkapi dengan modul yang mana sudah terdapat pengaturan VAR generator dengan output yang

disambungkan ke AVR generator. Sehingga secara otomatis masing masing generator dengan berapapun beban kW, faktor daya akan menjadi sama dan seimbang. Hal ini diperuntukkan pada sistem yang mana sistem tersebut parallel sesaat atau transfer beban baik antara generator maupun dengan PLN. Pada saat transfer beban secara soft transfer terjadi pemindahan beban, perubahan faktor daya yang kecenderungan terjadi diatur secara otomatic oleh modul tersebut, sehingga pada saat transfer beban tidak terjadi perubahan faktor daya yang berarti. Pada saat ini banyak PLTD seluruh Indonesia, dimana pihak swasta menyuplai daya generatornya untuk menambah kapasitas daya terpasang PLN. Pada kondisi ini sedikit berbeda dengan yang diuraikan diatas yaitu masalah pembagian dan pengaturan faktor daya. Pada generator PLTD sudah ditentukan berapa kW beban yang akan disuplai dan berapa kWH energi yang akan dikirim. Pada saat mulai memparallelkan tegangan tidak harus sama, karena pengaturan kenaikan beban secara bertahap maka pengaturan penambahan eksitasi juga bertahap sampai didapatkan faktor daya yang dikehendaki. Kita bisa mengatur sendiri faktor daya yang akan dioperasikan. Bisa 0,8 0,85 0,9 atau 0,95 namun pada umumnya yang lebih sering digunakan pada faktor daya 0,9. Hal ini dikarenakan kapasitas generator PLN jauh lebih besar dibandingkan generator PLTD, sehingga perubahan faktor daya di generator PLTD tidak begitu mempengaruhi banyak meskipun ada. Hal tersebut diatas dapat dilihat dengan menggunakan rumus daya aktif : sistem Beban sistem G G G G G Beban Total Cos I V P P P P P P P P ϕ . 5 4 3 2 1 . . 3 = + + + + = = 1 1 3.V .I .Cosϕ P_G = _{P Beban}

2 2 3.V .I .Cosϕ P_G = _{P Beban}

3 3 3.V .I .Cosϕ P_G = _{P Beban}

4 4 3.V .I .Cosϕ PG = P Beban

5 5 3.V .I .Cosϕ PG = P Beban

Dimana :

PTotal : Beban total

PGN : Daya yang dihasilkan generator.

VP : Tegangan parallel

IBeban : Arus beban

Jika arus eksitasi pada salah satu generator dinaikkan, maka tegangan generator yang dinaikkan eksitasi tersebut (misal V1) akan naik. Pada persamaan

diatas, apabila pada beban arus dan daya yang dilayani tetap maka akan terjadi penurunan faktor daya, dan demikian sebaliknya.

Pada saat hendak memparallelkan secara manual generator dengan Catu daya PLN yang sudah berbeban atau generator lain yang sudah berbeban, kita menyamakan persis dengan tegangan line / jala jala. Maka pada saat breaker close, faktor daya generator akan menunjuk 1 dan beban kW akan menunjuk pada posisi 0, jika kita menambah daya output mesin perlahan lahan, maka faktor daya akan cenderung menuju ke kapasitif (leading) dan memungkinkan terjadinya reverse power. Untuk menghindari tersebut maka setelah sinkron penguatan eksitasi dulu yang dinaikkan sampai cosφ mencapai nilai yang diinginkan. Seiring dengan itu maka kita dapat menaikkan daya mesin dengan menaikkan speed

adjuster. Pada saat beban naik, cosφ akan naik membesar mendekati satu. Pada saat bersamaan eksitasi diatur mencapai nilai yang diinginkan demikian seterusnya sampai mencapai nilai yang diinginkan.

2. Mempunyai urutan fasa yang sama

Yang dimaksud urutan fasa adalah arah putaran dari ketiga fasa. Arah urutan ini dalam dunia industri dikenal dengan nama CW (clock wise) yang artinya searah jarum jam dan CCW (counter clock wise) yang artinya berlawanan dengan jarum jam. Hal ini dapat diukur dengan alat fasa sequence type jarum. Dimana jika pada saat mengukur, jarum bergerak berputar kekanan dinamakan CW dan jika berputar kekiri dinamakan CCW. Disamping itu dikenal juga urutan fasa ABC dan CBA. ABC identik dengan CW sedangkan CBA identik dengan CCW. Perlu diketahui bahwa banyak generator mencantumkan symbol R,S,T,N ataupun L1,L2,L3,N namun tidak selalu berarti bahwa urutan CW / ABC itu berarti RST atau L1L2L3. Jika diukur urutan STR, TRS ,L2L3L1 itu juga termasuk CW/ABC.

Sebagai contoh : Pada kabel penghantar yang keluar dari generator di Sun Plaza, kabel diseragamkan semua berwarna hitam dan tidak ada kode sama sekali. Kita tidak bisa membedakan secara visual atau parameter listrik bahwa penghantar itu fasanya R, S, atau T. Kita hanya bisa membedakan arah urutannya saja CW atau CCW. Apapun generatornya jika mempunyai arah urutan yang sama maka dapat dikatakan mempunyai salah satu syarat dari parallel generator. Sehingga bisa jadi pada dua generator yang sama urutan RST pada generator 1 dapat dihubungkan

dengan fasa STR pada generator 2 dan itu tidak ada masalah asal keduanya mempunyai arah urutan yang sama.

3. Mempunyai frekuensi kerja yang sama

Didalam dunia industri dikenal 2 buah sistem frekuensi yaitu 50 Hz dan 60 Hz . Dalam operasionalnya sebuah generator bisa saja mempunyai frekuensi yang fluktuatif (berubah ubah) karena faktor faktor tertentu. Pada jaringan distribusi dipasang alat pembatas frekuensi yang membatasi frekuensi pada minimal 48,5 Hz dan maksimal 51,5 Hz. Namun pada generator generator pabrik over frekuensi dibatasi sampai 55 Hz sebagai overspeed. Pada saat hendak parallel, dua buah generator tentu tidak mempunyai frekuensi yang sama persis. Jika mempunyai frekuensi yang sama persis maka generator tidak akan bisa parallel karena sudut phasanya belum match, salah satu harus dikurang sedikit atau dilebihi sedikit untuk mendapatkan sudut fasa yang tepat. Setelah dapat disinkron dan berhasil sinkron baru kelima generator mempunyai frekuensi yang sama persis.

4. Mempunyai sudut fasa yang sama

Mempunyai sudut fasa yang sama bisa diartikan, fasa-fasa dari kelima generator mempunyai sudut fasa yang berhimpit sama atau 00. Dalam kenyataannya tidak memungkinkan mempunyai sudut yang berhimpit karena generator 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 dalam jangka waktu 0,5 detik. Breaker

membutuhkan waktu tidak kurang dari 0,3 detik untuk close pada saat ada perintah close.

BAB III

GENERATOR PARALELLING CONTROL (GPC)

III.1. Prinsip kerja

Gambar.3.1. Piranti GPC (generator paralleling control)

GPC merupakan alat pengontrol yang dikemas dalam satu unit yang dirancang khusus menggunakan PLC (programmable logic control) dalam aplikasi kerjanya. GPC merupakan suatu unit kendali yang berdasarkan mikroprosesor. GPC memiliki banyak fungsi penting dalam hal proteksi dan pengontrolan generator sinkron maupun asinkron. GPC akan mengeluarkan semua kebutuhan serta tugas untuk mengontrol dan memproteksi terhadap sebuah generator, tanpa memperhatikan pada penggunaan generator tersebut. Hal ini berarti bahwa GPC dapat digunakan untuk berbagai tipe aplikasi seperti :

1. Satu generator (generator tunggal) 2. Kontrol beragam beban generator

3. Beban utama yang tetap / dasar beban

Selain untuk aplikasi diatas, GPC dirancang untuk dapat diaplikasikan dalam kondisi sistem sebagai berikut (dapat dikombinasikan) :

1. Sistem yang berdiri sendiri

2. Paralel dengan generator yang lain 3. Paralel dengan suatu sistem

GPC dapat memparalelkan generator dan setelah memparalelkan generator, GPC langsung mengambil alih semua fungsi penting dalam hal proteksi dan pengontrolan generator. Hal tersebut disesuaikan dengan sistem kontrol PLC dan proses tersebut dapat dilakukan antara GPC dan PLC dengan pengkodean biner dan analog I/Os (input / output sistem) atau dengan komunikasi serial.

Dalam melakukan kerjanya, GPC secara otomatis dapat melakukan pemeriksaan sendiri dan memberitahukan apabila terjadi kesalahan. Pemberitahuan kesalahan tersebut dilakukan melalui pesan tertulis pada layar monitor panel kontrol dan mengindikasikan kesalahan-kesalahan tersebut dengan memberikan keluaran kepada rele apabila kesalahan tersebut perlu untuk diperiksa. Tampilan pada layar tersebut terdapat pada bagian depan panel yang dipasang bersamaan dengan GPC dan dihubungkan melalui kabel. Pesan tersebut dapat ditampilkan dalam dua bahasa yaitu bahasa Inggris (English) dan Jerman (German).

GPC dapat mengukur parameter sirkuit tiga fasa, menunjukkan semua nilai tersebut dan menyampaikan dalam bentuk logic control. Sistem pengukuran

GPC adalah melalui tegangan 3 (tiga) fasa yang diukur pada tegangan generator, arus generator serta bus utama.

Nilai-nilai yang merupakan hasil pengukuran yang dilakukan oleh GPC adalah : 1. Generator : - Tegangan (4 kawat ; 3 fasa + netral)

- Arus (3 fasa) - Daya Aktif (kW) - Daya Reaktif (kVAR) - Faktor Daya (cos φ) - Frekuensi (f)

- Daya yang dihasilkan (kVA)

2. Busbar : - Tegangan (3 fasa) - Frekuensi (f)

III.2. Instalasi Teknis

Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan komponen-komponen seperti berikut : transformator arus, transformator tegangan (sebagai pencatu daya), electric actuator, potensiometer pengatur kecepatan dan saklar-saklar Bantu.

1. Transformator arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai dengan sebesar arus sinyal yang sesuai untuk alat pembagi beban

generator (biasanya maksimum 5 A atau = 100% kemampuan maksimum generator).

2. Electric actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat pambagi beban sehingga mampu menggerakkan motor DC di governor sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang diharapkan.

3. Potensiometer pegatur kecepatan adalah alat utama untuk mengatur frekuensi dan tegangan saat generator akan diparalelkan atau dalam proses sinkronisasi. Tegangan umumnya sudah diatur oleh AVR, sehingga naik turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin penggerak. Setelah generator dioperasikan paralel atau sudah sinkron dengan yang telah beroperasi kemudian menutup CB generator, fungsi potensiometer pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban generator. Untuk lebih akuratnya pengaturan kecepatan dalam proses sinkronisasi secara manual, biasaya terdapat potensiometer pengatur halus dan pengatur kasar.

Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh SPM (modul pemaralelan generator) dengan mengatur tegangan dan frekuensi keluaran dari generator, kemudian mencocokkan dengan tegangan sistem yang sudah bekerja secara otomatis, setelah cocok memberikan sinyal penutupan ke CB generator sehingga bergabung dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat dilihat dalam satu panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa

generator dimana masing-masing panel generator mempunyai saklar sinkron disamping SPM-nya.

4. Saklar-saklar Bantu pada alat pembagi beban generator berfungsi sebagai alat manual proses pembagian (pelepasan dan pengambilan) beban oleh suatu generator yang beroperasi dalam sistem paralel. Setelah generator beroperasi secara paralel, generator-generator dengan alat pembagi bebannya selalu merespon secara aktif segala tindakan penaikan atau penurunan beban listrik, sehingga masing-masing generator menanggung beban dengan persentase yang sama dari kemampuan masing-masing.

Dalam pembangkit yang digunakan pada sistem ini menggunakan alat pemaralel, pengontrol, dan memiliki multi fungsi lainnya yang disebut GPC (Generator Paralelling Controller).

III.3. Kontrol Fungsi

Fungsi kontrol generator paralelling control (GPC) terdiri dari : 1. Dynamic Syncronisasi

- Kontrol perubahan frekuensi

- Periksa tegangan

- Kompensasi delay waktu breaker

- Periksa urutan fasa

3. Berjalannya frekuensi yang tetap pada generator yang berdiri sendiri

4. Pembagian beban antar generator dengan beban beragam serta sekaligus mengontrol frekuensi

5. Output rele untuk speed governor

6. Output rele untuk menutup dan membuka breaker generator 7. Mengatur Ramp up dan Ramp down dari beban generator

8. Output rele untuk start / stop untuk generator berikutnya (berdasarkan tinggi rendahnya beban)

III.4. Kondisi perancangan panel sinkronisasi Generator

1. Standar

Dalam mendesain panel sinkronisasi generator harus memperhatikan beberapa persyaratan dalam standar yang telah dibakukan. Dalam hal ini PT. Guna Era Manufaktura menggunakan standar berikiut ini:

- PUIL : Peraturan Umum Instalasi Listrik Indonesia. - IEC 185 : Current Transformer

- IEC 186 : Voltage Transformer - IEC 337 : Control Switch

- IEC 255 : Noise and radio interference immunity

- IEC 298 : AC Metal-Enclosed Switchgear and Controlgear for rated Voltage Above 1 kV and up to and including 52 kV - IEC 439 : factory-built assemblies of low Voltage Switchgear and controlgear

2. Kabinet

- Kabinet disesuaikan dengan tipe dalam ruangan atau luar ruangan sesuai dengan kebutuhan

- Kabinet berdiri diatas lantai “ freestanding metal enclosures”

- Kabinet teriri dari beberapa seksi yang berisi bus da pengawatan ( wiring ),

CB, rangkaian kendali, dan lain – lain.

- Kabinet dilengkapi dengan pintu berengsel dan kunci.

- Setiap kabinet dilengkapi dengan space heater untuk mencegah kondensasi air dalam kabinet tersebut.

- Kabinet didesain dengan memiliki persyaratan untuk jalan masuk kabel baik dari atas atau bawah.

- Kabinet harus didesain sehingga unit yang akan dating dapat ditambah pada kedua sisinya.

3. Circuit Breaker Outgoing

CB harus tertutub secara sempurna dalam sebuah kotak ( Case )

- Penggunaan : Sebagai pemutus dan penghubung tenaga yang

dilengkapi dengan proteksi terhadap gangguan arus lebih dan arus hubung singkat

- jumlah fasa : 4

- tegangan sistem : 380 Volt - frekuensi pengenal : 50 Hz - arus normal pengenal : 6000 A - arus hubung singkat : 100 kA

- pentanahan sistem : solid - tegangan kontrol : 220 VAC

4. Cicuit Breaker Incoming

CB harus tertutup secara sempurna dalam kotak ( case )

- Penggunaan : Sebagai pemutus dan penghubung tenaga yang

dilengkapi dengan proteksi terhadap gangguan arus lebih dan arus hubung singkat

- jumlah fasa : 3

- tegangan sistem : 380 Volt - frekuensi pengenal : 50 Hz - arus normal pengenal : 3200 A - arus hubung singkat : 100 kA - pentanahan sistem : solid - tegangan kontrol : 220 VAC

5. Synchro-Check ( Paralleling )

- penggunaan : merubah kondisi tingkat tegangan, sudut fasa, urutan fasa dan frekuensi untuk mencapai sinkronisasi.

- merk : DEIF

- model : CSQ – 2

- tegangan nominal : 120, 230, 380, 415 V

- frekuensi : 45 s/d 65 Hz.

- Konsumsi daya : 2VA untuk bus dan 4VA untuk generator - setpoint sinkronisasi : 10% s/d 30%

- Kontak relai : 1NO dan 1NC

6. Generator Differential Relay

Generator differensial relay bekerja atas dasar perbandingan arus antara sisi bus dan generator

- penggunaan : mencegah terjadinya gangguan terhadap circuit breaker dan

mencegah gangguan generator terhadap gulungan stator, pentanahan, keluaran fasa.

- merk : DEIF

- model : RMC – 131- D

- tegangan kontak : 250 V – 8A – 2000VA ( AC ) dan 24 V – 8A- 200W (DC) - frekuensi : 40, 45, 65, 70 Hz

- arus sekunder : 5 A atau 1 A

- konsumsi daya : 4 VA dimana Is = 5A, 0,1 VA dimana Is = 1 A - waktu kerja kontak : < 50 ms

7. Auto Synchronizer

- Penggunaan : menyediakan proses sinkonisasi secara otomatis dari sebuah generator yang akan masuk parallel

dengan singkat dengan cara mengontrol frekuensi melalui servo motor elektrik pada speed governor atau motorized potensiometer.

- Merk : DEIF

- Model : GPC

- Tegangan : maks 660 VAC

- Frekuensi : 35 – 70 Hz

- Konsumsi daya : 4 VA

- Waktu operasi : 20 – 200 ms - Perbedaan frekuensi : 0.1 – 1.0 Hz

- Beda tegangan : 10 %

8. Load Shader ( Pembagi Beban)

- Penggunaan : membagi beban dan mengatur frekuensi sistem secara

otomatis untuk parallel generator

- Prinsip kerja : beban pada setiap generator akan dibandingkan dengan

beban dari generator lainnya dan akan dikoreksi sampai keseimbangan tercapai. Pembangian beban diperlukan setelah proses sinkronisasi untuk mengembalikan keseimbangan beban dan mendapatkan stabilitas beban dan frekuensi.

- model : GPC

- tegangan : maks 660 VAC

- frekuensi : 35 – 75 Hz

- konsumsi daya : 4VA

- proportional band : +/- 50 s/d 250 % dari beban, +/- 5 s/d 25% dari frekuensi

- dead zone : +/- 2 s/d 10% dari beban , +/- 0,2 s/d 1.0% dari frekuensi

- temperature kerja : -20 s/d 70oC

9. Dual Current Relay ( Pembanding Arus ) / Load monitor

- penggunaan : sebagai perbandingan antara kedua arus rele,

dimana arus rele yang pertama berfungsi untuk menjalankan generator dengan arus yang dikehendaki. Sedangkan arus rele yang kedua berfungsi untuk menghentikan generator dengan arus minimum tertentu. Sebagai contoh : suatu generator mempunyai tegangan 380 VAC dan arus tertulis 795 A. CT yang tepasang adalah 1000/5 Amp. Arus yang dikendaki pada waktu starting adalah 90% dan waktu stop 40 %.

Solusi :

Penyetelan Arus rele – 1 ( starting ) = 90% x 795 A = 715 A

=

1000 715

= 0.715 Penyetelan Arus rele - 2 ( stoping )

= 40 % x 795 = 318 A

=

1000 318

= 0.318 A

- merek : DEIF

- model : GPC

- tegangan kontak : 380 VAC , 35 VDC - tegangan toleransi : 10% s/d 40 %

- frequensi : 45 – 65 Hz

- arus kontiniu : 2 x In - konsumsi daya : 5 VA

10.Annunciator

- Penggunaan : sebagai indikasi dan alarm dan kondisi

kerja

sistem

- Merk : DEEP SEA

- Model : 8 s/d 35 VDC Continous

- Arus operasi maksimum : 340 mA pada 12 V, 15 mA pada 24 V - Rating tegangan alarm DC : trip tegangan rendah minimum : 0 V

Trip tegangan tinggi maksimun: 40 V Waktu tunda : 0 sec – 60 menit.

11.Busbar ( Penghantar )

- Arus kontinyu : 6000 Amp

- Bus utama, pentanahan dan koneksi utama antar peralatan dalam satu panel harus terbuat dari tembaga berkonduktifitas tinggi sesuai dengan IEC 28.

- kenaikan temperature pada arus kontinyu diatas temperature ambient 40o C - busbar dilapisi dengan cairan silver dan diatas temperature 65o C

- kenaikan temperature antara koneksi busbar ke kabel berisolasi diatas temperature 45oC

- Bus pentanahan dari tembaga harus dipasang pada setiap struktur dan semua bagian dari struktur tersebut harus terhubung pada pentanahan. - Bus utama dan sambungan – sambungan harus diberi tanda untuk

mengindikasikan fasa - fasanya, dan harus tersusun dalam urutan R, S, T dari depan ke belakang, atas ke bawah atau kiri ke kanan, jika dilihat dari sisi mekanisme operasi peralatan “switching”

12.Pentanahan

- semua bagian yang terbuat dari metal selain daripada yang membentuk sirkit listrik harus tehubung pada “ copper ground bars “ dalam panel utama, panel kontrol dan sebagainya

- copper ground bars ini harus tidak lebih kecil dari 7 x 50 mm2 untuk panel distribusi dan 7.x 25 mm2 untuk panel kontrol.

13.Peralatan Kontrol dan Pengawatan

- Rele kontrol, rele bantu dan peralatan kecil lainnya harus tertutup, terlindungi dan mudah dicapai untuk pemeliharaannya, fuse control harus ditempatkan di daerah tidak akan berbahaya untuk menggantinya.

- Mengguanakan “ flexible connection “ diantara bagian stasioner dan yang bisa bergerak ( seperti kucing ) “ dan harus dibuat sedemikian rupa agar memiliki flexibilitas tanpa merusak kawat – kawat.

- Semua “ internal wiring “ harus terhubung pada satu fisi dari blok terminal. Di sisi lainnya harus digunakan untuk external wiring.

14.Pengecatan

- kabinet harus dicat dengan bahan yang anti korosi ( karat ) dan anti gores - warna cat disesuaikan dengan permintaan dari pembeli

- prosedur cat adalah “ Powder Coating”.

15.Pengetesan

- Tes harus dilakukan secara keseluruhan sesuai dengan test yang dispesifikasi dalam standar IEC terkait untuk menentukan kinerja desain dan karakteristik operasinya.

- Sesudah instalasi di “ site “ semua perlatan harus mengalami test dielektrik dan harus dioperasikan untuk membuktikan bahwa “ operating gears “, “stater “, “ protective gear “ dan interlock bekerja dengan baik dan tes injeksi primer serta sekunder harus dilaksanakan pada semua perlatan proteksi.

16.Kontrol Mutu

- Setelah dilakukan pengetesan di pabrik maka persyaratan kontrol mutu harus dilaksanakan.

- Adapun prosedur kontrol mutu sebagai berikut : a. sertifikat dari masing – masing komponen b. test urutan wiring

c. test isolasi dan “ HiPot” ( High Potential ) d. test mekanik

e. test fungsi

f. pengepakan dan pengiriman

g. test sambungan antar busbar dan kabinet h. test pengecatan dan pembersihan kabinet

17.Dokumentasi

Pembuatan dokumentasi kontrol mutu dan yang meliputi sebagai berikut - cara pengoperasian ( instruksi manual )

BAB IV

PERANAN GENERATOR PARALELLING CONTROL (GPC)

PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD)

IV.1. Operasi parallel lima generator

Gambar.4.1. Proses paralel antar generator

Pada proses sinkronisasi generator yang berjumlah lebih dari dua generator (dalam hal ini terdiri dari lima generator) dengan kapasitas sama umumnya menggunakan metode leader-follower. Metode leader-follower merupakan metode yang menggunakan salah satu generator sebagai acuan. Dalam hal ini tegangan, frekuensi, urutan dan sudut fasa generator yang lain harus disesuaikan dengan tegangan, frekuensi, urutan dan sudut fasa pada generator leader (generator yang menjadi acuan). Namun ketika generator yang telah diparalelkan tersebut bekerja pada sistem (melayani beban), maka untuk memparalelkan kembali generator yang lain (untuk penambahan rating daya pembangkit) yang menjadi acuan dalam

memparalelkan adalah sistem. Apabila generator tersebut bekerja dalam suatu sistem pembangkit yang melayani beban tertentu dan berfungsi sebagai unit cadangan (standby plant), masing-masing generator harus diparalelkan terlebih dahulu sebelum melayani beban. Setelah masing-masing generator diparalelkan, barulah dapat diparalelkan dengan sistem. Pada metode parallelisasi yang menggunakan metode leader-follower, generator yang terlebih dahulu diberhentikan apabila terjadi penurunan beban adalah generator yang terakhir diparallelkan pada saat proses memparallelkan kelima generator. Dengan kata lain, generator yang terlebih dahulu diberhentikan adalah generator follower, sedangkan generator yang menjadi leader akan diberhentikan terakhir kali setelah waktu kerja PLTD selesai.

Proses yang dilakukan pada generator leader akan diuraikan pada proses sinkronisasi adalah sebagai berikut :

1. Start mesin diesel dan generator diputar dengan kecepatan konstan (1500 rpm).

2. Tegangan dan arus yang disuplai melalui feeder dan busbar selanjutnya akan diukur oleh generator voltage check dan generator frekuency check. 3. Pada GPC, terminal penerimaan tegangan (100-690 VAC) terdiri dari 2 ;

diantaranya tegangan 3Ø + 1 N yang berasal dari transformator tegangan pada feeder utama generator leader dan tegangan 3Ø yang berasal dari transformator tegangan pada busbar.

4. GPC juga menerima sinyal arus 3Ø yang berasal dari transformator arus pada busbar yang berasal dari beban.

5. Setelah tegangan dan arus diukur, hasil pengukuran akan ditampilkan melalui monitor alat meter yang terdapat pada panel. Selain itu, tegangan yang berasal dari feeder keluaran generator leader diambil sebagai masukan pada rele tegangan AC dan arus fasa diambil sebagai masukan pada rele arus AC. Dimana keluaran dari kedua rele ini akan dikirim sebagai masukan pada GPC untuk diproses.

Setelah dilakukan pengukuran, sumber tegangan fasa-fasa yang dari feeder dan busbar diambil masing-masing 1fasa dan digunakan sebagai terminal pemeriksaan pada saklar penghubung sinkron (synchron switch key) pada generator leader. Melalui terminal keluaran generator inilah dilakukan cek sinkronisasi. Pada saklar penghubung sinkron terdapat alat pengukur tegangan dan frekuensi yang akan mengukur dan mendeteksi tegangan dan frekuensi dari generator leader serta terdapat juga sinkronoskop dan rele sinkron yang mendeteksi apakah generator masih dalam keadaan sinkron atau tidak.

Sedangkan proses yang pada generator follower adalah sebagai berikut :

1. Melalui cara yang sama pada generator leader, dilakukan pengukuran besar tegangan, arus, frekuensi dan sudut fasa pada generator follower. 2. Setelah itu tegangan, frekuensi yang telah diukur tadi akan di kirim ke

saklar penghubung sinkron pada GPC generator follower. Pada GPC generator follower, parameter (tegangan dan frekuensi) dari kedua generator akan diukur. Apabila tegangan dan frekuensi pada generator

follower tidak sesuai dengan generator leader, maka akan dilakukan pengaturan kecepatan oleh AVR melalui kontrol GPC.

Pada pengaturan kecepatan, sebelum memparalelkan generator, kecepatan putaran telah diatur melalui AVR yang menyuplai governor dalam mengatur bahan bakar yang disuplai pada mesin diesel dan exciter dalam mengatur medan arus penguatan pada generator. Sedangkan sebelum proses sinkronisasi, AVR yang akan mendeteksi dan mengukur apabila terjadi perubahan kecepatan mesin.

3. Setelah tegangan frekuensi generator follower sama dengan generator leader, maka dengan bantuan sinkronoskop sudut fasa dapat disamakan dan generator dapat disinkronkan. Apabila sudut fasa telah sama, maka rele sinkron akan memberikan sinyal kepada GPC dan selanjutnya GPC akan memerintahkan saklar penghubung sinkron untuk menutup dan sebaliknya.

Spesifikasi generator yang digunakan pada PLTD ini adalah sebagai berikut :

-Model Generator : MGS Series 2000C

-Frame : HCK7

-Jumlah kutub : 4

-Daya keluaran : -2000 kVA -Tegangan keluaran : 380 – 440 V -Faktor daya : 0.8

-Putaran : 1500 rpm

-Dimensi : P : 5385 mm

L : 2490 mm T : 2935 mm -Berat total (kering) : 12200 kg

-Berat total (basah) : 12900 kg -Temperatur : -300 C – 1200 C

-Sistem Penguatan : Sendiri (PMG-AVR MX321 & MX 341) -Penampang poros : 162 cm3

-Air Flow : 3.1 m3/sec 6550 (cfm) -Frekuensi getaran : 25 Hz

-Perpindahan getaran: 0.32 mm (rms) -Kecepatan getaran : 20 mm/s (rms) -Akselerasi getaran : 13 m/s2 (rms)

Pada saat memparallelkan generator, jumlah beban (beban aktif dan reaktif) yang dipikul oleh kelima generator sama dengan jumlah daya yang dihasilkan oleh kelima generator. Hal ini dapat dilihat pada persamaan daya dibawah ini :

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 G G G G G Beban Total G G G G G Beban Total Q Q Q Q Q Q Q P P P P P P P + + + + = = + + + + = =

Tegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh setiap generator disetting sama sebelum diparallelkan antar generator dan sebelum melayani beban. Oleh karena itu, besar daya yang dihasilkan oleh setiap generator relatif sama. Hal ini dapat kita lihat pada perhitungan daya yang dihasilkan oleh generator :

ϕ

Cos I V

P= 3. . . Q= 3.V.I.Sinθ

ϕ

Cos I

V

P= 3. _N. _Beban. Q= 3.V_N.I_Beban.Sinθ

Maka daya beban total yang dihasilkan oleh generator dalam memikul beban adalah :

(

I

)

(

V Cosϕ

)

P

PTotal = beban =

∑

Beban . 3. N.

(

I

)

(

V Sinϕ

)

Q

QTotal = Beban =

∑

Beban . 3. N.

Dimana :

P : Daya aktif yang dihasilkan generator Q : Daya reaktif yang dihasilkan generator PTotal / PBeban : Jumlah beban aktif total

QTotal / QBeban : Jumlah beban rektif total

VN : Rating tegangan

IBeban : Arus pada beban

Mesin Diesel sebagai prime mover

Tegangan, frekuensi,

dan fasa Set Point Start

Generator leader berputar

- Gen Volt Check - Gen Freq check

Tegangan sama Frekuensi sama Fasa sama GPC = Generator Paralelling Control

-Tegangan : 400 V -Frekuensi : 50 Hz - Fasa : R, Y, B

Generator telah paralel Governor

Exciter

AVR

Mesin Diesel sebagai prime mover

Tegangan, frekuensi, dan fasa

Start

Generator follower berputar

- Gen Volt Check - Gen Freq check Governor

Exciter

Analog I/Os ( 5Vdc, +/-20mA ac)

Nilai parameter sebenarnya

Synchronouscope & rele sinkron Y

T

Y T

Y Speed Control area

T

IV.2. Operasi paralel PLTD dengan jaringan PLN

Operasi PLTD dengan jaringan PLN merupakan operasi parallel yang sudah terjadwal. Generator dioperasikan mulai pukul 18:25 WIB s/d 21:57 WIB sesuai perjanjian yang telah disepakati antara PT. Manunggal Wiratama dengan PT. PLN Wilayah Sumatera Utara. Beban yang merupakan SUN PLAZA merupakan konsumen pada rating tegangan 20 kV, daya 8660 KVA dengan faktor daya 0,9 lag.

Pada proses sinkronisasi kelima generator dengan sistem (PLN), kelima generator langsung dioperasikan parallel terlebih dahulu, karena beban yang dipikul oleh generator pada saat proses parallel dilakukan sangat besar, yaitu beban pada waktu beban puncak. Proses parallel ini dilakukan hanya untuk mengambil alih beban yang sebelumnya dipikul oleh sistem PLN. Setelah kelima generator diparallelkan dengan sistem, sumber PLN langsung diputus sehingga generator langsung mengambil alih seluruh beban pada SUN PLAZA.

Untuk dapat mensinkronkan generator pada sistem maka perlu dipenuhi syarat sebagai berikut :

1. Tegangan terminal dari generator yang akan dihubungkan dengan sistem harus sama dengan tegangan sistem (busbar). Hal ini dapat diamati pada penunjukan voltmeter ganda. Tegangan generator ini diatur melalui sistem eksitasi dalam kecepatan konstan.

2. Frekuensi generator hsrus sama dengan frekuensi sistem (busbar). Frekuensi generator diatur melalui governor, untuk mengetahui bahwa frekuensi keduanya sama maka dapat diamati lewat synchronoscope.

3. Fasa dari generator dan fasa dari sistem harus sama pada saat generator di hubungkan. Jelasnya urutan fasa dari generator harus sama dengan urutan fasa dari sistem (busbar).

Dalam proses sinkronisasi antara PLTD (PLTD berfungsi sebagai standby plant atau sumber cadangan) dengan sumber PLN, sinkronisasi bertujuan hanya agar beban tetap terlayani sehingga tidak ada pemutusan beban pada saat proses sinkronisasi. Sinkronisasi ini dilakukan dalam waktu yang singkat (± 20 detik) dan tidak bersifat kontinu.

Gambar.4.3. Proses paralel generator dengan jaringan PLN

Prosedur sinkronisasi generator bekerja paralel dengan jaringan (dapat dilihat pada gambar diagram blok dibawah) adalah sebagai berikut :

1. Setelah generator diparalelkan, tegangan & arus diukur dan hasilnya dikirim ke GPC untuk diproses dengan program tertentu untuk mendapatkan parameter sinkronisasi.

2. Dengan mengukur dan mendeteksi tegangan dan arus pada busbar sistem, maka set point untuk parameter sinkronisasi ditentukan. 3. Setelah mendeteksi dan mengukur tegangan dari keluaran

generator, hasil tersebut dibandingkan dengan set point yang berasal dari sistem.

4. Apabila sinyal tegangan dan frekuensi generator tdak sesuai dengan set point yang telah ditentukan (dimana sinyal diterima dari sinkronoskop dan rele sinkron), maka GPC akan memerintahkan AVR untuk mensuplai daya pada governor dan exciter untuk mengatur putaran dan tegangan keluaran generator sehingga didapat tegangan dan frekuensi yang diinginkan.

5. Bila tegangan generator V dan frekuensi Hz sama dengan tegangan jala-jala V dan frekuensi Hz maka harus diperhitungkan lagi adalah membuat tegangan generator sefasa dengan tegangan bus jala-jala. 6. Dan untuk membuat tegangan generator sefasa dengan tegangan

jala-jala maka putaran generator harus diubah sehingga tercapai beda fasa yang sama. Indikator dalam melihat kesamaan fasa tersebut digunakan sinkronoskop dan rele sinkron pada saklar penghubung sinkron.

7. Setelah paralel dilakukan dengan jala-jala sistem (PLN), maka GPC akan memerintahkan rele untuk membuka CB.

8. Bila indicator lampu dari PLN mati, generator sudah mengambil alih beban.

Governor

Exciter

AVR

GPC = Generator Paralelling Control

Sumber Busbar sistem (PLN)

- Gen Volt Check - Gen Freq check

Tegangan, Frekuensi, dan Fasa

Set Point

-Tegangan = 400V - Frekuensi = 50Hz - Fasa = R, Y, B

Frekuensi

sama Fasa sama

Gen dan Sistem (PLN) telah paralel

Y T

Y CB

Rele Mesin Diesel sebagai

prime mover

Tegangan, frekuensi, dan fasa

Start

Generator berputar

- Gen Volt Check - Gen Freq check

Analog I/Os ( 5Vdc, +/-20mA ac)

Nilai parameter sebenarnya

Synchronouscope & rele sinkron Frekuensi

sama

Speed Control area

IV.2.1. Pengoperasian secara manual

Pengoperasian secara manual ada dua bagian :

A. Pengoperasian Manual Untuk Menjalankan secara Paralel ( Parallel Start Operation )

Diagram blok di bawah ini memperlihatkan urutan kerja dari pengoperasian manual untuk menjalankan secara paralel.

FLOW CHART PENGOPERASIAN MANUAL START PARALEL

SELECTOR SWITCH POSISI KE MANUAL

MONITORING ENERGI MULTIMETER

SYNCHRONIZING SWITCH POSISI ON

ACB CLOSE

PARALEL

ENGINE START

ENGINE START

SELECTOR SWITCH POSISI KE MANUAL

LEADER / SLACK BUS FOLLOWER

PERIKSA FREKUENSI, TEGANGAN, SUDUT PHASA ANTARA LEADER &

FOLLOWER

ACB CLOSE

SYNCHRONIZING SWITCH POSISI OFF MONITORING ENERGI

MULTIMETER

SETTING FREKUENSI TEGANGAN (BILA DIPERLUKAN)

A.1 Panel Leader

Panel leader disebut juga sebagai panel referensi generator atau slack bus. Karena sistem ini yang digunakan untuk pertama kali dioperasikan. Adapun petunjuk untuk pengoperasiannya adalah sebagai berikut :

- Tentukan posisi selector switch ( S3 ) ke posisi manual - Tekan switch engine start ( S8 )

- Perhatiakan monitor pada alat meter ( Energi Multimeter ) apakah tegangan, frekuensi, dan sudut fasa sudah sesuai.

- Settinglah frekuensi ( S9 ) dan tegangan ( S10 ) apabila diperlukan untuk mendapatkan nilai yang kita kehendaki.

- Tentukan posisi selector switch ( S4 ) ke posisi CLOSE untuk menstart CB.

A. 2 Panel Follower

Panel follower adalah pengoperasian yang diikuti oleh satu atau lebih panel generator terhadap slack bus untuk menjadikan proses sinkronisasi. Adapun petunjuk untuk pengoperasiannya adalah sebagai berikut :

- Tentukan posisi selector switch ( S3 ) ke posisi manual. - Tekan tombol engine start ( S8 )

- Perhatiakan monitor pada alat meter ( Energi Multimeter ) apakah tegangan, frekuensi, dan sudut fasa sudah sesuai.

- Tentukan posisi synchronizing switch ( S1 ) ke ON untuk memproses terjadinya sinkronisasi.

- Perhatikan metering pada bus, apakah tegangan, frekuensi, dan sudut fasa sudah sama antara sisi leader dan follower.

- Tentukan posisi selector switch ( S4 ) ke posisi CLOSE untuk menstart CB.

- Tentukan posisi Sychronizing Swich ( S1 ) ke OFF setelah proses sinkronisasi terpenuhi.

B. Pengoperasian Manual untuk Mematikan Secara Paralel (Parallel Stop Operation)

Diagaram blok di bawah ini memperlihatkan urutan kerja dari pengoperasian manual untuk mematikan secara paralel.

FLOW CHART PENGOPERASIAN MANUAL STOP PARALEL

SELECTOR SWITCH POSISI KE MANUAL

ENGINE STOP

ACB TRIP ACB CLOSE

PARALEL

MANUAL UNLOADING

ENGINE START

SELECTOR SWITCH POSISI KE MANUAL

LEADER / SLACK BUS _FOLLOWER

B.1. Panel Follower.

- Tentukan posisi selector switch ( S3 ) ke posisi manual.

- Tekan tombol Unloading ( S7 ) sampai CB trip. ( CB trip jika kondisi tanpa beban atau sesuai setting minimal beban yang dikehendaki ).

- Generator OFF

B.2. Panel Leader

- tentukan posisi selector switch ( S3 ) ke posisi manual.

- Tentukan posisi selector switch ( S4 ) ke posisi OPEN untuk menstop CB. - Geneator OFF.

IV.2.2. Pengoperasian secara otomatis

Pengoperasian sistem secara otomatis yang dimaksud disini adalah pengoperasian yang dikendalikan PLC.

A. Suplai Power dari PLN ( ON )

PLC akan menerima status PLN ( ON ) dari voltage relay. - Breaker PLN kondisi service ( ON )

- Beaker generator feeder kondisi tak bekerja ( OFF ) - Breaker ke beban kondisi service ( ON )

B. Kondisi PLN Failure ( Ada gangguan )

B.1. Jika suplai power dari PLN ( OFF ) maka PLC akan menerima status PLN ( OFF ) dari voltage relay. Adapun prosesnya adalah sebagai berikut :

- Tegangan PLN OFF ( Contact Under Voltage posisi Open ) - Remote Local Switch Selection di outgoing panel.

- Auto manual switch selection di GCP - Breaker PLN kondisi tak bekerja ( OFF ). - Breaker ke beban kondisi tak bekerja ( OFF ).

B.2. Jika Suplai Power dari PLN ( OFF ) maka PLC akan menerima status PLN (OFF ) dari voltage relay. Adapun prosesnya adalah sebagai berikut : - Starting genset satu sampai dengan enam ( kira – kira 5 second ) melalui

PLC. Selain itu PLC akan menerima status starting failure dari genset satu sampai dengan enam. Kondisi ini teridnikasi juga pada masing – masing anunciatornya.

- Jika starting genset sukses maka engine run, ( berlaku untuk genset satu sampai enam) kondisi ini terindikasi juga pada masing – masing anunciatornya.

- Setelah engine run terjadi proses pengontrolan terahadap voltage dan frekuensi.

- Kemudian PLC elah siap proses untuk sinkronisasi antara genset 1 sampai 6 yang dikoordinasi penyeleksiannya oleh PLC dengan inputan dari genset lead selector switch.

- PLC akan mengeluarkan status generator 1 sebagai leader, geneator 2 sampai 6 sebagai follower.

- PLC akan mengirimkan status CB lead Command, akan memberikan status ON command ke incoming genset 1 supaya CB ON.

- Kemudian PLC akan mengirimkan status synch command ke auto synch, di samping itu juga menerima signal tegangan dan frekuensi juga sudut fasanya dari bus dan generator 2.

- kemudian auto synch akan menerima perintah ON ke CB di incoming genset 2 sampai 6.

- Kondisi 2.8 dan 2.9 terjadi juga pada PLC 3 – 6.

- Setelah masing – masing breaker CB 1 – 6 ON maka pada PLC akan menerima status ON tersebut.

- Kemudian incoming genset 2 dan incoming genset 6 akan memerintahkan auto synch untuk OFF.

- incoming genset 1 – 6 akan memerintahkan masing 0- masing load sheder untuk kondisi ON dari Load shedernya akan memerintahkan generator paralel yang diinformasikannya ke PLC.

- Dari PLC akan memeberikan status ON pada CB OUTGOING

TRANSFORMATOR 1,2,3

- OUTGOING TRANSFORMATOR 1,2,3 akan memberika status CB ON

SUMBER JAM FREQ(Hz) DAYA TEGANGAN ARUS DAYA TERPAKAI TOTAL kVA kW kVAR PLN GENSET R S T PF MWh kWh

PLN 8:00 49.8 842 782 278 18.9 0 24 27 26 0.94 99550 3400 800 9:00 50 1303 1205 490 19.1 0 39 42 41 0.93 99550 4300 900 10:00 49.7 2729 2592 880 18.8 0 81 86 83 0.95 99550 6000 1700 11:00 49.9 5534 5237 1813 18.8 0 165 174 169 0.95 99560 100 4100 12:00 50.2 6248 5862 2115 19 0 183 194 188 0.94 99560 5800 5700 13:00 49.8 6266 5906 2049 18.8 0 188 197 191 0.95 99570 1800 6000 14:00 50 6370 6047 2091 19 0 189 198 194 0.95 99570 7800 6000 15:00 50 6386 6041 2110 19 0 189 199 194 0.95 99580 3800 6000 16:00 50.1 6401 6037 2118 18.9 0 189 199 196 0.95 99580 9500 5700 17:00 50.1 6471 6070 2133 19 0 189 199 192 0.95 99590 5600 6100 18:00 50.1 6464 6094 2159 19.2 0 189 200 183 0.95 99600 4100 8500 GENSET 18:30 50.2 2231 2061 852 19.5 19.1 66 67 68 0.93 7970 5700 2000 50 2237 2074 836 19.1 65 68 69 0.93 7930 1100 1900 50 1838 1906 790 19.1 59 62 64 0.93 7000 7300 1800

19:30 50 1903 2124 852 19.1 19.1 67 69 70 0.93 7970 5700 2000 50 2237 2074 836 19.1 65 68 69 0.93 7930 1100 1900 50 2108 1906 790 19.1 61 64 66 0.93 7000 9100 1800

20:30 50 1903 1770 693 19.2 19.1 56 57 59 0.93 7970 7700 2000 50 1938 1802 717 19.1 57 58 59 0.93 7930 3100 2000 50 1838 1821 658 19.1 53 56 57 0.94 7010 900 1800

21:57 49.9 683 652 177 19.4 19.5 18 20 20 0.95 7970 9800 2100 50 702 655 243 19.5 20 21 22 0.94 7930 5200 2100 49.9 697 672 183 19.5 19 20 21 0.96 7010 3000 2100

Data Pemakaian Generator Tgl 11-12-2008

GEN JAM FREQ PUTARAN

TEGANGAN (L-N) TEGANGAN (L-L) ARUS

_PRESS OIL (BAR) TEMP (°C) WAKTU OPERASI (JAM) V BAT (rpm) (L1-N) (L2-N) (L3-N) (L1-L2) (L2-L3) (L3-L1) L1 L2 L3 G1 18:30 50 1500 222 222 221 384 384 386 1980 2040 2140 6.5 71 3153 27.9 G2 221 221 221 384 384 384 2080 2060 2020 5.9 72 3932.4 28.2 G3 221 221 220 382 380 384 2080 2020 2140 6 71 4035.6 26.9 G4 221 221 222 386 384 386 2100 2040 2060 6.9 71 4222.2 25.9 G5 221 221 221 378 379 379 2058 2157 2012 1.96 70 2133.4 29.5

G1 19:30 50 1500 223 221 221 382 384 386 1960 2020 2140 6 86 3154 27.9 G2 222 220 221 384 382 384 2120 2100 2060 5.7 84 3933.4 28.2 G3 221 221 220 382 380 384 2100 2040 2160 5.5 82 4036.6 26.9 G4 221 220 222 384 382 386 2120 2060 2080 6.4 78 4223.2 25.6 G5 221 221 221 377 379 378 2049 2133 2036 1.9 72 2134.4 29.5

G1 O O F M A N U A L

G2 20:30 50 1500 222 220 221 378 379 379 2207 2270 2247 5.7 84 3934.4 28.2 G3 221 220 221 378 379 380 2187 2184 2330 5..5 89 4037.6 26.9 G4 221 221 220 379 380 380 2275 2224 2230 6.1 82 4224.2 25.6 G5 221 220 221 378 379 379 2216 2324 2227 1.88 73 2135.4 29.5

G1

G2 21:30 50 1500 222 221 221 384 384 382 2020 2100 2140 5.6 84 3935.4 28.2

G3

G4 220 221 222 386 382 386 2080 2060 2030 6.1 81 4225.2 25.6 G5 221 221 221 379 379 379 1996 2150 2030 1.9 73 2136.4 29.5

SUMBER JAM FREQ(Hz) DAYA TEGANGAN ARUS DAYA TERPAKAI TOTAL

kVA kW kVAR PLN GENSET R S T PF MWh kWh

PLN 8:00 49.7 980 805 306 19.1 0 24 28 27 0.93 99610 200 1300 9:00 50 1431 1320 561 18.9 0 42 44 44 0.92 99610 1200 1000 10:00 50 3807 3763 1222 19 0 115 120 115 0.94 99610 3300 2100 11:00 49.9 5452 5139 1800 19.1 0 162 171 167 0.94 99610 7200 3900 12:00 49.9 6294 5911 2095 19 0 18.5 194 188 0.95 99620 3000 5800 13:00 49.8 6217 5900 2011 19.1 0 185 194 188 0.95 99620 9100 6100 14:00 50.1 6257 5903 2049 18.9 0 187 196 189 0.95 99630 5900 6800 15:00 49.7 6298 5976 2010 19 0 184 195 188 0.95 99640 90 5000 16:00 49.6 6425 6068 2016 19.1 0 190 198 192 0.95 99640 7000 6100 17:00 50.1 6478 6096 2158 19.2 0 190 200 194 0.95 99650 3100 6100 18:00 50 6584 6191 2214 19.5 0 190 200 192 0.94 99660 1700 8600 GENSET 18:30 50.1 2239 2087 826 19.8 19.1 66 67 69 0.93 7970 9800 0 50 2177 2021 818 19.1 63 66 67 0.93 7930 5300 0 50 2065 1929 762 19.1 59 63 64 0.93 7010 4900 1800

19:30 50 1970 1834 852 19.5 19.1 67 68 70 0.93 1980 1800 2000 50 1966 1825 835 19.1 57 59 60 0.93 7930 7300 2000 50 2096 1956 789 19.1 60 64 65 0.93 7010 4900 1800

20:30 50 1970 1834 732 19.5 19.1 57 59 60 0.93 7980 3800 2000 50 1966 1825 726 19.1 57 59 60 0.93 7930 9200 1900 50 1864 1729 689 19.1 54 56 58 0.93 7010 5100 1800

21:57 50.1 647 611 189 19.8 19.5 18 19 20 0.95 7980 6000 2200 50 684 655 230 19.5 19 20 21 0.94 7940 1400 2200 50.1 654 627 159 19.5 18 19 20 0.97 7010 8800 2100