Studi Perancangan Kapasitas Genset Sebagai Cadangan Pada PT. Inti Kimiatama Perkasa

TUGAS AKHIR

STUDI PERANCANGAN KAPASITAS GENSET SEBAGAI

CADANGAN PADA PT. INTI KIMIATAMA PERKASA

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

AZWAR SOFWAN MARPAUNG

050402030

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

PT. Inti Kimiatama Perkasa merupakan sebuah perusahaan industri yang berada di kawasan Komplek Industri Medan (KIM) Tanjung Morawa yang menghasilkan produk house needing untuk wilayah pasokan seluruh Sumatera. Proses kegiatan produksi dilakukan setiap hari baik siang maupun malam. Untuk memenuhi kebutuhan listriknya, PT. Inti Kimiatama Perkasa memiliki 2 (dua) jenis sumber pasokan listrik antara lain: Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai sumber energi listrik utama dengan kapasitas 2500 kVA dan diesel generating set sebagai sumber energi listrik cadangan sebanyak 2 (dua) buah dengan total kapasitas 1620 KVA.

Total beban terpasang di PT. Inti Kimiatama Perkasa sebesar 1280706,508 W. Beban terpakai di PT. Inti Kimiatama Perkasa saat beban puncak adalah sebesar 930 KVA. Dengan melihat kapasitas beban terpasang dan beban terpakai di PT. Inti Kimiatama Perkasa, maka besar demand factor adalah sebesar 0,732, sedangkan besar load factor adalah sebesar 66,2 % dari total beban puncak.

Dengan mengasumsikan fluktuasi beban harian maka diperoleh base load sebesar 437,68 kVA, sehingga dalam perencanaan diesel generating set di PT. Inti Kimiatama Perkasa dapat dikatakan benar dengan menggunakan 2 (dua) buah diesel

generating set dengan kapasitas tiap unit sebesar 810 kVA. Pemilihan diesel generating set tersebut dapat dikatakan benar sebagai stand-by unit, sebab faktor

kecepatan dari diesel generating set M 900 F adalah sebesar 1,875 yang merupakan faktor kecepatan rendah.

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah

memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan

dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam

penulis hadiahkan kepada junjungan Rasulullah Muhammad S.A.W.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu

Ayahanda Hasiholan Marpaung dan Ibunda Ratna Juita, serta Kakak tercinta Renni

Sartika dan adik-adik yang tersayang Hasrul Efendi dan Emil Gunawan yang

merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan

dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun

judul Tugas Akhir ini adalah:

STUDI PERANCANGAN KAPASITAS GENSET SEBAGAI

CADANGAN PADA PT. INTI KIMIATAMA PERKASA

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari

berbagai pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima

1. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnain, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas

nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Rachman Hasibuan, selaku Penasehat Akademis penulis, atas

bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.

3. Bapak Prof.Dr.Ir.Usman Ba’afai selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan

seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara atas segala bantuannya.

6. Untuk yang spesial, kepada Adek_Q Siska Ayu Wulandari, terima kasih atas

dukungan dan semangatnya serta Mbak Tita dan Bang Andi yang menjadi

sosok bagi penulis sebagai contoh panutan.

7. Kepada Babak dan Mamak yang telah mendoakan keberhasilan penulis. Ini

hadiah yang penulis bisa berikan.

8. Sahabat-sahabat terbaik di elektro: Diana, Amy, Dewi, Gifari, Dedi.M, Rudi,

Reza, Ardi, Arie, Putra, Riza, Harpen, Khairil, Apriany P.S.U.S, Chici, Once,

Nisa, Taci, Muti, Icha, Christina, Riki, Kira, Prindi, Yona, Rifky, Dedi.A,

Megi, Irpan, Andry, Alex, dan seluruh Gemboeng 2005 , semoga silaturahmi

9. Kepada Om Def dan Tek Inong yang telah mengusahakan penulis melakukan

penelitian di pabrik. Tak lupa terima kasih kepada Om Iiit yang sudah capek

mengurusi surat supaya penulis bisa melakukan penelitian di pabrik.

10. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik

dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan

tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat

penulis harapkan.

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini

bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Februari 2010

Penulis

Azwar Sofwan Marpaung

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ...v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I. PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Rumusan masalah ...2

1.3 Tujuan Penulisan ...2

1.4 Batasan Masalah ...2

1.5 Metodologi Penulisan ...2

1.6 Sistematika Penulisan ...3

BAB II. TEORI DASAR...5

2.1. Penjelasan Umum Diesel Generating Set ...5

2.2. Karakteristik Beban dan Faktor Pusat Listrik ...6

2.3. Mesin Diesel ...7

2.3.1. Faktor Kecepatan ... 9

2.3.2. Jumlah Silinder ... 10

2.4. Generator ... 10

2.4.1. Konstruksi Generator Sinkron ... 11

2.4.2. Tegangan Induksi Pada Belitan Tiga Fasa ... 12

2.6. Governor ... 17

2.7. Karakteristik Governor ... 18

2.7.1. Speed Droop ... 18

2.7.2. Isochronous... 19

2.8 AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switch) ... 20

2.8.1 Pengertian AMF dan ATS ... 20

2.8.2 Cara Kerja AMF dan ATS ... 21

2.9. Sistem Start ... 22

2.10. Pengaman Diesel Generating Set ... 23

2.10.1. Pengaman Mesin Diesel ... 23

2.10.2. Pengaman Generator ... 24

2.11. Power House ... 25

2.11.1. Bangunan ... 25

2.11.2. Pentanahan ... 26

2.12. Kabel ... 26

BAB III. BEBAN TERPASANG ... 30

3.1. Sistem Distribusi ... 30

3.2. Beban Terpasang ... 32

3.3. Data Beban Harian ... 33

BAB IV. PERANCANGAN KAPASITAS GENSET SEBAGAI CADANGAN PADA PT. INTI KIMIATAMA PERKASA ... 36

4.1 Analisa Beban ... 37

4.2. Pemilihan Diesel Generating Set ... 39

4.3. Analisa Faktor Kecepatan ... 42

4.4. Analisa Sistem Starting ... 42

4.6. Power House ... 47

4.7. Pentanahan ... 48

4.8. Analisa Pemilihan Kabel ... 49

KESIMPULAN ... 51

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Penampang tengah ruang bakar mesin diesel ...8

Gambar 2.2. Diagram Siklus Otto ...8

Gambar 2.3. Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron ... 11

Gambar 2.4.a Gambaran bentuk rotor Non-salient (rotor silinder) ... 11

Gambar 2.4.b Penampang rotor pada generator sinkron ... 11

Gambar 2.5 Karakteristik Tegangan ... 16

Gambar 2.6. Karakteristik Speed Droop ... 18

Gambar 2.7. Karakteristik Isochronous ... 19

Gambar 2.8. Hubungan AMF dengan alat pengontrol ... 20

Gambar 2.9. Blok Diagram proses kerja AMF dan ATS ... 21

Gambar 2.10. Sistem Interlock ATS ... 22

Gambar 4.1. Skema Perencanaan Pembangkit Listrik ... 36

Gambar 4.2. Sistem Starting Diesel Generating Set ... 43

Gambar 4.3. Block Diagram Pengoperasian Generator Secara Otomatis ... 46

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan Tegangan dan Daya ... 16

Tabel 2.2. Korutnrksi dan KHA maksimum Kabel NYFGbY 0,6/l kV berinti tunggal ... 29

Tabel 3.1. Main Distribution Panel di PT. Inti Kimiatama Perkasa ... 31

ABSTRAK

PT. Inti Kimiatama Perkasa merupakan sebuah perusahaan industri yang berada di kawasan Komplek Industri Medan (KIM) Tanjung Morawa yang menghasilkan produk house needing untuk wilayah pasokan seluruh Sumatera. Proses kegiatan produksi dilakukan setiap hari baik siang maupun malam. Untuk memenuhi kebutuhan listriknya, PT. Inti Kimiatama Perkasa memiliki 2 (dua) jenis sumber pasokan listrik antara lain: Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai sumber energi listrik utama dengan kapasitas 2500 kVA dan diesel generating set sebagai sumber energi listrik cadangan sebanyak 2 (dua) buah dengan total kapasitas 1620 KVA.

Total beban terpasang di PT. Inti Kimiatama Perkasa sebesar 1280706,508 W. Beban terpakai di PT. Inti Kimiatama Perkasa saat beban puncak adalah sebesar 930 KVA. Dengan melihat kapasitas beban terpasang dan beban terpakai di PT. Inti Kimiatama Perkasa, maka besar demand factor adalah sebesar 0,732, sedangkan besar load factor adalah sebesar 66,2 % dari total beban puncak.

Dengan mengasumsikan fluktuasi beban harian maka diperoleh base load sebesar 437,68 kVA, sehingga dalam perencanaan diesel generating set di PT. Inti Kimiatama Perkasa dapat dikatakan benar dengan menggunakan 2 (dua) buah diesel

generating set dengan kapasitas tiap unit sebesar 810 kVA. Pemilihan diesel generating set tersebut dapat dikatakan benar sebagai stand-by unit, sebab faktor

kecepatan dari diesel generating set M 900 F adalah sebesar 1,875 yang merupakan faktor kecepatan rendah.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Catu daya utama yaitu PLN sangat berpengaruh terhadap penyediaan energi

listrik bagi masyarakat. Energi listrik dari PLN, tidak selalu continue dalam

penyalurannya. Suatu saat pasti terjadi pemadaman dari PLN.

Suplai energi listrik sangat diperlukan oleh industri dalam menjalankan

produksinya. PT. Inti Kimiatama Perkasa merupakan perusahaan yang bergerak di

bidang homesneed yang memproduksi kebutuhan rumah tangga yaitu anti serangga.

PT. Inti Kimiatama Perkasa menggunakan suplai energi listrik utama dari PLN.

Sehingga jika PLN padam, maka suplai energi listrik dari PLN pun mati.

PT. Inti Kimiatama Perkasa memerlukan energi listrik yang utama untuk

penerangan ruangan-ruangan tertentu, seperti: ruang office, ruang kontrol, serta

bagian-bagian yang tergabung dalam sistem keamanan, seperti exit door, fire door.

Karena ruangan-ruangan ini penting untuk kegiatan yang terus berlangsung. Agar

kapasitas daya genset yang diperlukan lebih kecil dan tidak terlalu tinggi biayanya,

pemakaian energi listrik pada kawasan-kawasan tertentu dapat dikurangi.

Berdasarkan hal diatas agar ruangan-ruangan tersebut tetap mendapat suplai

energi listrik cadangan dan beberapa mesin beroperasi dibutuhkan genset. Suplai

1.2 Rumusan masalah

Yang menjadi rumusan masalah pada Tugas Akhir ini adalah :

1. Bagaimana prinsip kerja genset

2. Bagaimana kinerja peralihan sumber energi

3. Apa saja pengaman yang digunakan pada sistem genset

4. Bagaimana analisis pembagian beban genset

1.3 Tujuan Penulisan

1. Menghitung daya yang diperlukan genset pada PT. Inti Kimiatama Perkasa

2. Penentuan dasar pemilihan mesin diesel yang akan dipergunakan, meliputi

faktor kecepatan dan jumlah silinder.

3. Menentukan luas penampang penghantar yang digunakan terhadap

beban-beban yang disuplai genset.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis akan

membatasi pembahasan tugas akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut :

1. Tidak membahas parameter generator secara jelas.

2. Tidak membahas prinsip thermodinamika mesin diesel

3. Tidak merincikan catalog peralatan yang digunakan

1.5 Metodologi Penulisan

1. Studi Literatur : Berupa tinjauan pustaka dari buku-buku, jurnal ilmiah yang

berkaitan dengan unit instalasi genset.

2. Diskusi : Berupa konsultasi dengan dosen pembimbing, dosen-dosen yang

lain dan rekan-rekan mahasiswa mengenai masalah yang timbul dalam

penulisan.

3. Studi Observasi

• Pengamatan langsung ke lokasi

• Wawancara langsung dengan teknisi PT. Inti Kimiatama Perkasa yang berkaitan dengan pengumpulan data sehingga dapat lebih jelas.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tulisan ini, secara singkat dapat

diuraikan sistimatika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini mengatur tentang latar belakang masalah, tujuan

penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta

sistematika penulisan.

BAB II : TEORI DASAR

Bab ini membahas mengenai unit rangkaian instalasi genset dengan

komponen-komponen pendukungnya, AMF dan ATS, battery charger,

pengaman peralatan, perlengkapan instalasi

Bab ini berisi analisis data-data yang diperlukan untuk melakukan

perancangan.

BAB IV : PERANCANGAN KAPASITAS GENSET SEBAGAI CADANGAN PADA PT. INTI KIMIATAMA PERKASA

Berisi tentang analisa data serta perhitungan-perhitungan agar sistem dapat

berjalan lancar

BAB V : KESIMPULAN

BAB II

TEORI DASAR

2.1. Penjelasan Umum Diesel Generating Set

Diesel generating set adalah salah satu pembangkit listrik yang sering

digunakan dengan menggunakan bahan bakar, dan cocok untuk lokasi persediaan air

yang terbatas.

Diesel generating set memiliki keuntungan antara lain adalah:

 Proses start mudah dilakukan, hanya membutuhkan sedikit waktu untuk pemanasan, kemudian mesin dapat dibebani.

 Mudah dimatikan, dengan kata lain mesin diesel dijalankan tanpa beban terlebih dahulu hingga dingin kemudian mesin dapat dimatikan.

Fungsi utama dari diesel generating set adalah penyedia listrik yang dapat

berfungsi untuk :

• Sebagai unit cadangan (emergency) yang dijalankan pada saat keadaan darurat atau saat terjadi pemadaman pada unit pembangkit utama (PLN).

• Sebagai unit pembangkit bantuan yang dapat membantu suplai listrik dari PLN atau sebagai pemikul beban tetap.

• Sebagai unit pembangkit listrik pada beban puncak atau peak load

Faktor-faktor yang merupakan pertimbangan pilihan yang sesuai untuk diesel

• Jarak dari beban dekat, hal ini bertujuan agar dapat menekan rugi-rugi yang dapat ditimbulkan oleh konduktor menuju beban.

• Persedian areal tanah dan air, hal ini disebabkan karena diesel generating set tidak membutuhkan lahan yang besar jika dibandingkan dengan PLTU yang

membutuhkan lahan yang besar dengan kapasitas air yang banyak.

• Pengangkutan bahan bakar, pertimbangan tersebut penting dilakukan. Hal ini disebabkan untuk mengurangi jumlah dana yang tidak perlu, seperti ongkos

transportasi yang jauh.

• Kebisingan dan kesulitan lingkungan.

2.2. Karakteristik Beban dan Faktor Pusat Listrik

Mengingat bahwa tenaga listrik tidak dapat disimpan, maka perlu jaminan

agar daya yang dibangkitkan oleh generator sama dengan kebutuhan (beban). Pada

umumnya beban selalu berubah sehingga daya yang dihasilkan oleh generator selalu

disesuaikan dengan beban yang berubah-ubah tersebut.

Demand factor adalah perbandingan antara beban puncak dengan beban

terpasang pada suatu beban listrik. Besar demand factor dapat diketahui dari

persamaan dibawah ini:

asang (MW) n YangTerp

Total Beba

) rpakai (MW ak Yang Te

Beban Punc factor

Demand = (2.1)

Load factor adalah perbandingan antara daya rata-rata dalam jangka waktu

tertentu dan jumlah kapasitas terpasang pada suatu pusat listrik. Besar load factor

ak (MW) Beban Punc

rata (MW) Beban rata

factor

Load = − (2.2)

Faktor pusat listrik menunjukkan bagaimana peralatan listrik telah

dimanfaatkan, factor ini dipakai sebagai standar dalam membuat penilaian ekonomis

dari pusat listrik. Faktor ini dapat juga dipakai untuk menunjukkan dan menentukan

ketepatan kapasitas dari peralatan.

Beban pada suatu sistem tenaga terjadi karena adanya permintaan tenaga

yang sifatnya berbeda-beda. Dalam suatu sistem tenaga kebutuhan listrik untuk

penerangan besar, variasi beban dalam satu hari juga besar, dengan puncaknya pada

waktu siang – malam hari.

2.3. Mesin Diesel

Mesin diesel atau motor diesel adalah sejenis motor bakar pembakaran dalam

(internal combustion engine), yang dimana pembakaran dalam yang dimaksud

adalah bahan bakar dan udara, terbakar di dalam ruang bakar, di dalam silinder, yaitu

ruangan yang dibatasi oleh dinding silinder, kepala torak dan kepala silinder.

Pada motor diesel dipakai bahan bakar minyak solar atau minyak diesel.

Bahan bakar dan udara dimasukkan berturut-turut ke dalam silinder. Mula-mula

udara bersih, terlebih dulu dimasukkan ke dalam katub isap, kemudian udara tersebut

di komplimer (dipapatkan) oleh torak ke atas, hingga tekanan udara naik (35-40

kg/cm2) akibatnya suhu menjadi tinggi, lebih tinggi dari pada suhu nyala bahan

bakar. Kemudian bahan bakar dimasukkan ke dalam silinder dan bahan bakar

bercampur dengan udara panas yang ada dalam silinder dan terjadilah pembakaran

dengan suhu sekitar 1200 – 16000 C.

Gambar 2.1. Penampang tengah ruang bakar mesin diesel

Pada prinsipnya siklus diesel secara ideal mirip siklus otto akan tetapi proses

pemasukan kalornya dilakukan dengan tekanan konstan. Diagram dibawah ini

merupakan diagram siklus otto.

Langkah-langkah proses siklus otto adalah sebagai berikut:

 1-2 : Proses kompresi adiabatic.

 2-3 : Proses pemasukan kalor masuk, volume konstan.

 3-4 : Proses ekspansi adiabatic.

 4-1 : Proses pengeluaran kalor, volume konstan.

 Q1 : Panas masuk.

 Q2 : Panas keluar. 2.3.1. Faktor Kecepatan

Dalam pemilihan mesin diesel, faktor kecepatan menentukan apakah mesin

yang akan digunakan adalah mesin dengan kecepatan tinggi atau rendah. Untuk

menghitung besarnya faktor kecepatan dapat dilihat pada persamaan dibawah ini.

600000 2

. l n

Cs = (2.3)

Keterangan:

Cs : Faktor kecepatan

n : Putaran mesin diesel (rpm)

l : panjang langkah (ft).

Dari persamaan (2.3) maka kecepatan untuk mesin diesel dapat dibagi menjadi 4

(empat) kelas, yaitu:

1. Mesin kecepatan rendah dengan faktor kecepatan < 3.

2. Mesin kecepatan sedang dengan faktor kecepatan 3 sampai 9.

3. Mesin kecepatan tinggi dengan faktor kecepatan 9 sampai 27.

2.3.2. Jumlah Silinder

Pada umumnya jumlah silinder tergantung kecepatan putar mesin (rpm).

Makin besar jumlah silinder makin banyak jumlah dorongan yang terjadi. Oleh

karena itu untuk menghindari terjadinya light flicker (naik turunnya tegangan) maka

jumlah silinder yang digunakan minimal 4 (empat) buah. Suatu ketetapan agar light

flicker tidak terasa, maka jumlah dorongan silinder tiap detiknya harus lebih dari 16

(enam belas) dorongan, dimana banyaknya jumlah dorongan tersebut dapat dilihat

dari rumus dibawah ini.

120 .

dorongan n i

Jumlah = (2.4)

Keterangan:

n : Kecepatan putaran mesin (rpm)

i : Jumlah pembakaran (jumlah silinder)

2.4. Generator

Generator sinkron disebut juga alternator dan merupakan mesin sinkron yang

digunakan untuk mengkonvesikan daya mekanis menjadi daya listrik arus

bolak-balik. Arus DC yang disupplai ke rotor, akan menghasilkan medan magnet pada

rotor. Kemudian rotor diputar dengan kecepatan tertentu oleh penggerak mula (prime

mover), sehingga medan magnet akan berputar di dalam mesin tersebut, dan

menginduksikan tegangan pada belitan stator. Dalam hal ini belitan medan berada di

2.4.1. Konstruksi Generator Sinkron

Rotor generator sinkron merupakan merupakan sebuah magnet besar, dimana konstruksinya dapat berupa salient atau non salient. Bentuk salient adalah bentuk yang menonjol atau menempel di bagian luar, dimana kutub-kutubnya menonjol dari permukaan rotor dan bentuknya seperti tapak sepatu sehingga sering disebut dengan rotor kutub sepatu. Bentuk rotor non salient konstruksi kutub-kutubnya rata dengan permukaan rotor yang berbentuk silinder, sehingga sering disebgut rotor silinder.

Gambar 2.3. Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron

(a) (b)

Gambar 2.4.a Gambaran bentuk rotor Non-salient (rotor silinder) Gambar 2.4.b Penampang rotor pada generator sinkron

2.4.2. Tegangan Induksi Pada Belitan Tiga Fasa

Belitan pada ststor adalah tempat memperoleh energi listrik dan disebut

dengan belitan jangkar, sedangkan belitan pada rotor dialiri arus medan untuk

menimbulkan medan magnet. Satu siklus kutub S-U pada rotor memiliki kisar sudut

(sudut magnetis atau sudut elektrik) 3600.

Pada mesin empat kutub (dua pasang kutub), satu periode siklus mekanis

(perputaran rotor) sama dengan dua periode siklus magnetik. Jadi hubungan antara

sudut kisaran mekanik dengan sudut kisaran magnetik adalah

) ( )

(

derajat 2 mekanis derajat

magnetik x θ

θ = (2.5)

atau secara umum

) ( ) (

2 mekanis derajat derajat

magnetik x

P θ

θ = (2.6)

dengan P adalah jumlah kutub

kecepatan sudut mekanik adalah :

mekanis mekanik

mekanik π f

t

dθ

ω = = 2 (2.7)

Frekuensi mekanik (fmekanik) adalah jumlah siklus mekanik per detik yang

tidak lain adalah kecepatan perputaran rotor per detik. Biasanya kecepatan rotor

dinyatakan dengan jumlah rotasi per menit (rpm). Jadi, jika kecepatan rotor adalah n

rpm, maka jumlah siklus per detik adalah

60

n

atau fmekanik =

60

n

siklus per detik.

Kecepatan sudut magnetis adalah

magnetik magnetik

magnetik π f

t dθ

dari persamaan (2.6) dan persamaan (2.8) didapat persamaan

60 2 60 2 2 2

2 2

Pn n

P f

P P

ωmagnetik = ωmekanik = π mekanis = π = π (2.9)

sehingga

120

Pn

f_magnetik = siklus per detik (2.10)

Perubahan fluksi magnetik akan membangkitkan tegangan induksi di setiap

belitan. Karena fluksi magnet mempunyai frekuensi

120

Pn

f_magnetik = Hz. Maka tegangan pada belitan akan mempunyai frekuensi

120

Pn

f_tegangan = Hz (2.11)

Dari persamaan (2.10) ini jelas bahwa untuk memperoleh frekuensi tertentu,

kecepatan perputaran rotor harus sesuai dengan jumlah kutub. Jika diinginkan f = 50

Hz misalnya, untuk p = 2 maka n = 3000 rpm, jika p = 4 maka n = 1500 rpm, jika p =

6 maka n = 100 rpm, dan seterusnya.

Konstruksi mesin kutub menonjol seperti Gambar 2.3 sesuai dengan putaran

rendah tetapi tidak sesuai untuk mesin putaran tinggi karena kendala-kendala

mekanis. Untuk mesin putaran tinggi digunakan konstruksi silindris.

Tegangan yang terbangkit dibelitan pada umumnya diinginkan berbentuk

gelombang-gelombang sinus V = A cos ωt, dengan pergeseran 1200 untuk belitan fasa-fasa yang lain. Tegangan sebagai fungsi waktu ini pada transformator dapat

Pada mesin sinkron, fluksi dibangkitkan oleh belitan eksitasi di rotor yang

dialiri arus searah sehingga fluksi tidak merupakan fungsi waktu. Akan tetapi, fluksi

yang ditangkap oleh belitan stator harus merupakan fungsi waktu agar hukum

Faraday dapat diterapkan untuk memperoleh tegangan. Fluksi sebagai fungsi waktu

diperoleh melalui putaran rotor. Jika φ adalah fluksi yang dibangkitkan di rotor dan memasuki celah udara antara rotor dan stator dengan nilai konstan maka,

pertambahan fluksi yang ditangkap oleh belitan stator adalah

magnetik magnetik s dt d dt d φω θ φ

θ _{= = (2.12)}

Karena

120 2 2 fmagnetik Pn

magnetik π π

ω = = , maka

60

Pn dt

d _s

φπ

φ _{= (2.13)}

Dari persamaan (2.10) kita peroleh tegangan pada belitan adalah

60 Pn N dt d N

V =− φs =− φπ

(2.14)

Jika φ bernilai konstan, tidak berarti bahwa tegangan yang dihasilkan adalah konstan, karena φ konstan positif untuk setengah periode dan bernilai konstan negatif untuk setengah periode berikutnya. Maka persamaan (2.14) memberikan

tegangan bolak-balik yang tidak sinus. Untuk memperoleh tegangan berbentuk sinus,

φ harus berbentuk sinus juga. Akan tetapi ia tidak dibuat sebagai fungsi sinus terhadap waktu, akan tetapi fungsi sinus posisi, yaitu terhadap θmagnetik. Jadi jika

magnetik

m θ

φ

maka laju pertambahan fluks yang dilingkupi belitan adalah

(

)

d _dt

dt d dt d dt d magnetik magnetik m magnetik m

s φ φ θ φ θ θ

φ _{= = cos =− sin}

magnetik m magnetik magnetik m Pn θ π φ θ ω φ sin 120 2 sin       − = −

= (2.16)

Sehingga tegangan belitan

magnetik m s Pn N dt d N

e φ πφ sinθ

60 = − = t N N

f φ_m θ_magnetik ω φ_m ω

π sin sin

2 =

= (2.17)

Pesamaan (2.17) memberikan nilai tegangan sesaat yang dibangkitkan pada

belitan stator, nilai tegangan maksimumnya adalah

) ( Volt N

E_m =ω φ_m (2.18)

Dari nilai efektif tegangannya adalah

m m m rms N f N E

E ω φ π φ

2 2 2

2 = =

=

=4,44 f Nφ_m (Volt) (2.19) Tegangan fektif pada terminal mesin tergantung pada hubungan stator

generator apakah Y atau ∆. Bila stator mesin terhubung Y, maka tegangan terminalnya akan 3 kali Erms sedangkan bila stator terhubung ∆, maka tegangan

terminalnya sama dengan tegangan Erms.

Dalam penentuan tegangan dan keluaran generator perlu mempertimbangkan

nilai tegangan dan keluaran kVA-nya. Dibawah ini adalah tabel nilai daya keluaran

“recommends the following minimum output related to rated voltage” dan table yang

biasa digunakan sebagai patokan oleh pabrikan.

Tabel 2.1. Perbandingan Tegangan dan Daya

Voltage MVA

415 Up to 1.5

3300 0.5 to 6

6600 0.8 to 10

11000 1 to 20

2.5. Pengaturan Tegangan

Pengaturan tegangan dari generator didefenisikan sebagai perubahan

tegangan dari beban nol ke beban penuh dengan menjaga eksitasi tetap dan putaran

tetap. Pengaturan tegangan dinyatakan dalam persen (%) dari tegangan nominal,

dirumuskan sebagai berikut :

% 100

% x

V V Eo

regulasi= − (2.20)

Dimana : Eo = tegangan beban nol

V = tegangan beban penuh

Karakteristik tegangan dari generator sinkron dapat dilihat pada gambar

Untuk beban dengan faktor daya leading (kapasitif), maka tegangan saat

dibebani akan naik, sehingga diperoleh regulasi negatif. Untuk beban dengan faktor

daya lagging, tegangan saat dibebani akan turun, sehingga diperoleh regulasi positif.

Untuk menentukan regulasi generator dapat dilakukan dengan beberapa cara :

 Metoda impedansi sinkron

 Metoda MMF

 Metoda Potier atau faktor daya nol 2.6. Governor

Governor merupakan suatu alat yang befungsi mengatur kecepatan generator

dengan mengatur penggerak utama atau prime mover dari generator. Kecepatan

generator diatur sedemikian rupa sehingga tetap konstan pada saat generator

dibebani. Dalam mengatur kecepatan generator, generator mengatur konsumsi bahan

bakar yang masuk ke dalam mesin sehingga pada saat beban naik, yang berarti

kecepatan generator turun, governor akan menambah konsumsi bahan bakar yang

masuk. Sedangkan pada saat beban turun, yang berarti kecepatan generator

bertambah, governor akan mengurangi konsumsi bahan bakar yang masuk.

Pembagian governor ada tiga macam, yaitu :

 Governor mekanik

 Governor mekanik – hidrolik

2.7. Karakteristik Governor

Governor mempunyai 2 karakteristik untuk mengatur putaran generator.

Karakteristik tersebut antara lain :

 Speed Droop

 Isochronous 2.7.1. Speed Droop

Speed droop adalah satu karakteristik dimana kecepatan generator akan

berkurang ketika generator diberi beban. Umumnya toleransi speed droop yang

diizinkan dalam suatu generator adalah 4%

Persamaan perhitungan speed droop adalah sebagai berikut :

% 100 x

fl fl fo

SD= − (2.21)

Dimana : fo = frekuensi no load

fl = frekuensi full load

Karakteristik speed droop dapat dilihat pada gambar (2.6)

% 100 x

fl fo

P Sp

−

= (2.22)

(

fo fl

)

Sp

Px = − (2.23)

Dimana Sp = slope

P = daya beban penuh

Px = daya beban tertentu

fx = frekuensi beban tertentu

2.7.2. Isochronous

Isochronous adalah karakteristik dimana kecepatan generator akan tetap

konstan ketika generator diberi tambahan beban. Hal ini dapat dijelaskan sebagai

berikut : jika beban dari suatu generator bertambah maka putaran generator akan

turun, tetapi jika pertambahan beban itu diikuti dengan pertambahan bahan bakar

yang masuk ke prime mover generator maka putaran generator akan kembali ke

putaran semula, sehingga putarannya tetap konstan. Karakteristik isochronous dapat

dilihat pada gambar (2.7).

2.8 AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switch)

2.8.1 Pengertian AMF dan ATS

Gambar 2.8. Hubungan AMF dengan alat pengontrol

ATS adalah singkatan dari AutomaticTransfer Switch, yaitu proses

pemindahan penyulang dari penyulang/sumber listrik yang satu ke sumber listrik

yang lain secara bergantian sesuai perintah pemrograman, ATS adalah

pengembangan dari COS atau yang biasa disebut secara jelas sebagai Change Over

Switch, beda keduanya adalah terletak pada sistim kerjanya, untuk ATS kendali kerja dilakukan secara otomatis, sedangkan COS dikendalikan atau dioperasikan secara

manual.

AMF adalah singkatan dalam istilah kelistrikan dari Automatic Main Failure

yang maksudnya menjelaskan cara kerja otomatisasi terhadap sistem terhadap sistem

(Main), istilah ini secara umum sering dijabarkan sebagai sistim kendali start dan

stop genset, baik itu diesel generator, genset gas maupun turbin.

2.8.2 Cara Kerja AMF dan ATS

Catu daya

utama AMF

Catu daya cadangan

Starter Timer Interlock Beban Pemrosesan

Penggerak

Gambar 2.9. Blok Diagram proses kerja AMF dan ATS

Catu daya utama (PLN) tidak selalu menyalurkan energi listriknya, kadang

mengalami gangguan. Automatic Main Failure (AMF) dapat mengendalikan transfer

suatu alat dari suplai utama ke suplai cadangan atau dari suplai cadangan ke suplai

utama. AMF akan beroperasi saat catu daya utama (PLN) padam dengan mengatur

catu daya cadangan (genset). Sumber listrik dari PLN saat beroperasi tegangannya

naik turun. Kira-kira 10% dari tegangan nominalnya atau hilang. Sehingga sinyal

gangguan akan masuk ke AMF pada pemrosesan, sinyal diolah menghasilkan

perintah ke penggerak dapat berupa pemutusan kedua catu daya yang sedang

beroperasi dengan system saling mengunci (interlock). AMF dapat mengatur genset

Gambar 2.10. Sistem Interlock ATS

2.9. Sistem Start

Sistem start mesin diesel ada dua macam, yaitu :

1. Sistem start secara manual

2. Sistem start dengan kompresor udara (air compressor), dan

3. Sistem start electris dengan electromotor dan accu sebagai baterai.

Untuk diesel dengan daya rendah < 500 kW digunakan electric Sistem ini

menggunakan motor DC dengan suplai listrik dari baterai/accu 12 atau 24 volt untuk

menstart diesel.

Untuk diesel dengan daya > 500 kW, diesel di start dengan udara ditekan dan

disimpan dalam botol. Tekanan udara dalam botol udara 30 kg/cm2 dengan volume

botol harus cukup untuk 6 kali cold start (botol udara tidak diisi). Tekanan botol

tidak boleh turun mencapai 18 kg/cm2 agar cukup untuk start. Harus disediakan

kompressor dengan electromotor 5.5 HP. Untuk setiap diesel motor disediakan dua

botol udara, dan untuk semua diesel motor disediakan satu electromotor drive

2.10. Pengaman Diesel Generating Set

Pada waktu pengoperasian diesel generating set kemungkinan terjadinya

kesalahan pada pengoperasian, ataupun kesalahan pada diesel generating set itu

sendiri. Untuk mencegah terjadinya kesalahan yang lebih parah, maka diesel

generating set dilengkapi oleh pengaman. Pengaman pada diesel generating set

dilengkapi oleh sensor yang dapat memberikan peringatan (alarm) dan mematikan

mesin jika terdeteksi kesalahan pada diesel generating set itu sendiri.

2.10.1. Pengaman Mesin Diesel

 Pengaman tekanan pelumas.

Pengaman tekanan pelumas ini bekerja jika tekanan oli mesin diesel (kurang

dari 2 bar). Apabila tekanan oli mesin diesel kurang dari 2 (dua) bar maka mesin

diesel ini akan mati.

 Pengaman temperature.

Pengaman temperature ini bekerja pada saat temperature mesin diesel lebih dari

900C. Apabila suhu atau temperature mesin diesel lebih dari 900C maka mesin

diesel ini akan mati.

 Pengaman kecepatan lebih (overspeed).

Pengaman kecepatan lebih ini bekerja jika frekuensi generator 15% lebih besar

dari frekuensi kerja. Apabila frekuensi generator telah mencapai batas kenaikan

2.10.2. Pengaman Generator

 Voltage restrained phase overcurrent.

Berfungsi sebagai proteksi tiga fasa terhadap beban lebih dan hubung singkat

antar fasa.

 Negative sequence overcurrent.

Berfungsi sebagai proteksi terhadap arus fasa yang tidak seimbang, yang

disebabkan oleh kesalahan rotor generator.

 Phase differential.

Berfungsi sebagai proteksi terhadap perbedaan arus pada fasa dan netral.

 Reverse power relay.

Berfungsi mengamankan kemungkinan adanya aliran daya yang terbalik. Aliran

daya yang terbalik disebabkan oleh suatu gangguan pada generator, sehingga

menyebabkan aliran daya tidak keluar dari generator melainkan masuk ke dalam

generator, akibatnya generator bekerja sebagai motor. Pada dasarnya reverse

power relay ini bekerja bila tidak adanya sinkronisasi yang dapat menyebabkan

generator berubah menjadi motor.

 Overcurrent relay.

Mengamankan kumparan stator dari arus lebih. Relay bekerja saat terjadi arus

lebih dan mesin akan mati berdasarkan waktu delay yang telah di set.

 Over Voltage relay.

Berfungsi untuk mengamankan terhadap kemungkinan adanya kenaikan

tegangan pada saat beban hilang atau AVR tidak bekerja.

Berfungsi untuk mengamankan terhadap kemungkinan adanya penurunan

tegangan pada saat beban penuh atau AVR tidak bekerja.

 Over Frequency relay.

Berfungsi untuk mengamankan terhadap kemungkinan adanya over frequency

yang mengakibatkan putaran mesin menjadi cepat.

 Under Frequency relay.

Berfungsi untuk mengamankan terhadap kemungkinan adanya under frequency

yang mengakibatkan putaran mesin menjadi lambat.

2.11. Power House

2.11.1. Bangunan

Bentuk bangunan power house biasanya di desain secara sederhana akan

tetapi konstruksinya kokoh. Adapun beberapa ruangan pada bangunan power house

seperti ruang control yang berisi panel control untuk mengontrol seluruh sistem yang

bekerja, dan ruang diesel. Besarnya ukuran dari power house biasanya bergantung

dari banyaknya diesel generating set yang akan digunakan sebagai pembangkit.

Selain itu juga perlu memperhatikan jarak antar diesel generating set itu sendiri,

untuk perawatan seperti pembersihan, pengecekan rutin dan perbaikan. Idealnya

jarak antar tiap diesel generating set sekitar 3 (tiga) meter, biasanya jarak antar diesel

generating set bisa bergeser sampai jarak 2 (dua) meter, akan tetapi hal tersebut dapat

Untuk ukuran dari sebuah power house dengan sebuah diesel generating set

idealnya (p x l x t) adalah 8m x 6m x 4m, dan dikali kelipatannya untuk penambahan

unit. Ukuran tersebut sudah termasuk dengan ventilasi aliran udara.

2.11.2. Pentanahan

Pentanahan/pembumian pada diesel generating set perlu dilakukan dengan

alasan sebagai berikut :

1. Menstabilkan tegangan ke tanah.

2. Memastikan tegangan antar fasa dan tanah tidak melebihi tegangan fasa pada

sistem.

3. Menetralkan, dimana mencegah terjadinya fluktuasi tegangan.

4. Proteksi, sehingga tidak ada kesalahan antara fasa dan tanah.

5. Mengurangi resiko kecelakan terhadap manusia.

Pentanahan yang baik sebaiknya memenuhi syarat :

1. Nilai resistansi yang rendah.

2. Perlindungan terhadap korosi.

3. Kemampuan untuk menghantar arus yang tinggi dengan baik dan cepat.

4. Kemampuan untuk meningkatkan perlindungan pada pembangkit dan bangunan

2.12. Kabel

Dalam instalasi listrik keberadaan kabel sangatlah penting karena dengan

kabel inilah arus listrik dapat dialirkan. Secara umum kegunaan kabel adalah untuk

dalam instalasi listrik banyak sekali ragamnya, oleh karena itu jenis kabel dinyatakan

dengan bantuan singkatan huruf maupun kadang-kadang juga dengan angka.

Bahan untuk penghantar ada dua jenis yaitu :

a. Tembaga, dengan karakteristik sebagai berikut :

- Kemurnian = 99,9 %

- Tahanan jenis = 0,017241 Ω mm2/m pada 20 0Celcius

- Daya hantar dipengaruhi oleh ketidakmurnian bahan dan kekerasan tembaga.

b. Aluminium

- Kemurnian = 99,5 %

- Tahanan jenis = 0,028264 mm2/m pada 20 0Celcius

- Daya hantar dipengaruhi oleh kekerasan dan ketidakmurnian bahan.

- Beratnya setengah dari berat tembaga.

- Diameternya 1,28 kali dari diameter tembaga karena memakai isolasi yang

lebih banyak.

Kabel menggunakan 2 jenis bahan isolasi yaitu :

1. PVC, dengan cirri-ciri ;

• Keras dan rapuh (perlu dicampur dengan bahan pelunak kira-kira 20 – 40% • Dapat dibakar tapi akan padam sendiri setelah sumber apinya disingkirkan • Lebih mudah menyerap air

2. PE, dengan cirri-ciri :

 Mudah terbakar dan nyala api tetap menjalar.

 Tidak mudah menyerap air

Penentuan kabel juga memiliki arti penting di dalam penginstalan listrik. Untuk

memilih kabel harus memperhatikan besarnya arus yang mengalir pada hantaran itu,

yang dapat dihitung dengan rumus dibawah ini :

- Untuk beban tiga fasa

ϕ Cos V P I L L al No . . 3 min − = (2.23)

- Untuk beban satu fasa

ϕ Cos V P I L L al No . min −

= (2.24)

- Arus kabel

faktor Safety

x I

I_k = _Nominal (2.25)

Keterangan :

INominal = Arus nominal (A) Ik = Arus kabel (A) P = Daya (W)

V = Tegangan antar fasa (V) Cos φ = Faktor daya (0,8 – 0,9)

Safety factor = 1,3 (ditentukan oleh pabrik pembuat kabel)

Untuk membatasi dimensi ruang yang digunakan serta kemudahan dalam

pemasangan kabel, maka luas penampang kabel yang diizinkan dapat ditentukan

dengan persamaan :

µ γ. ϕ

10 . cos . . .

3Il 6

A= (2.26)

A = luas penampang yang diperlukan (mm2) l = panjang penghantar (m)

I = arus maksimum beban (A)

μ = rugi tegangan yang diizinkan pada penghantar

untuk instalasi dalam ruangan, nilai ini dapat diabaikan

γ = daya hantar jenis bahan penghantar untuk tembaga : 56,2 x 106 S/m untuk aluminium : 33 x 106 S/m

Ukuran kabel penghantar tipe NYY dapat dilihat pada tabel 2.8

BAB III

BEBAN TERPASANG

3.1. Sistem Distribusi

Sistem kelistrikan pada PT. Inti Kimiatama Perkasa disupplai dari PLN

sebesar 2500 kVA, dan dari diesel generating set sebanyak 2 buah sebesar 2 x 810

kVA. PLN sebagai sumber listrik utama dan diesel generating set sebagai cadangan

apabila terjadi kegagalan dari supplai PLN. Dengan melihat Main Single Line

Diagram pada lampiran, dapat dilihat bahwa sub station 1 menerima dua masukan

dari PLN dan dari diesel generating set. Dimana sub station 1 (S/S1) dibagi dalam

dua kelompok yaitu Non Essential (NE) dan Essential (E) yang dipisahkan oleh ACB

Coupler yang berfungsi untuk menghubungkan busbar NE dan busbar E. Sumber

PLN masuk melalui busbar NE pada S/S1 sedangkan sumber diesel generating set

masuk melalui busbar E.

Pembagian busbar ke dalam dua kelompok dilakukan ketika PT. Inti

Kimiatama Perkasa menggunakan satu unit diesel generating set dengan kapasitas

250 kVA yang akan mensupplai tenaga listrik untuk beban-beban vital. Kini keadaan

tersebut tidak lagi dilakukan, karena keseluruhan beban terpasang akan disupplai

oleh diesel generating set.

Panel S/S1 mendapat supplai listrik dari PLN atau diesel generating set. Sub

station 2 (S/S2) dan S/S3 mendapat masukan dari keluaran S/S1. Untuk panel-panel

dryer mendapat masukan dari sub station 2 (S/S2). Kecuali untuk Mixing Sub Station

mendapat pasokan listrik langsung dari S/S1.

Secara garis besar, Main Distribution Panel (MDP) untuk beban terpasang

pada PT. Inti Kimiatama Perkasa sesuai dengan Main Single Line Diagram adalah

sebagai berikut :

Tabel 3.1. Main Distribution Panel di PT. Inti Kimiatama Perkasa

No Main Distribution Panel Symbol

1 Panel Office Area P.OA

2 Panel Production P.PD

3 Panel AC Office P.AC

4 Panel Dryer P.DY

5 Panel Wrapping P.WR

6 Panel Stamping P.ST

7 Panel Warehouse P.WH

8 Panel Mixing Building P.MB

9 Panel Mixing ST P.MS

10 Panel Storage Area P.SR

11 Panel Social Building Essential P.SB.E 12 Panel Social Building Non Essential P.SB.NE 13 Panel Washing / Drying P.WD 14 Panel Canteen Non Essential P.CT.NE 15 Panel Canteen Essential P.CT.E 16 Panel Workshop Non Essential P.WS.NE 17 Panel Workshop Essential P.WS.E 18 Panel Boiler Building P.BB

19 Panel Power House P.PH

20 Panel Pump Room P.PP

21 Panel Security & Street Lighting P.SG

3.2. Beban Terpasang

Berikut ini adalah beban terpasang pada PT. Inti Kimiatama Perkasa :

1. Beban terpasang pada S/S1

No Sub Distribution Panel Watt

1 to Sub Station 2 (S/S2) 2 to Sub Station 3 (S/S3) 3 to Mixing Substation

4 Boiler Building 148670

5 Pump Room 19290

6 Power House 9390

7 WWTP 7698

2. Beban terpasang pada S/S2

No Sub Distribution Panel Watt

1 Production Building 49453

2 Warehouse 9020

3 Mixing Building 22333

4 Stamping Panel 183320,25

5 Wrapping Panel 32590,268

6 Dryer Panel 501890,12

7 Office Area Panel 15737

8 AC Office Panel 19873

9 Storage Area 12191

3. Beban terpasang pada S/S3

No Sub Distribution Panel Watt

1 Washing / Drying Panel 48000

2 Social Building 14734

3 Workshop Building 22773

4 Canteen Building 9368

4. Beban terpasang pada ST Mixing

No Sub Distribution Panel Watt

1 WM 01 – 04

144148,87 2 OP 23 & 91

3 OP 04 & 13 4 Dryer Compressor 5 VE – 01 Compressor 6 Mixer

7 FA – 01 8 Socket Outlet

9 Lightning Steel Platform

Jadi, total daya terpasang adalah :

Daya total = S/S1 + S/S2 + S/S3 + ST Mixing

= 145048 + 836742,638 + 105122 + 144148,87

= 1280726.508 Watt

3.3. Data Beban Harian

Kegiatan produksi di PT. Inti Kimiatama Perkasa dibagi dalam 3 shift, yaitu

08.00 – 16.00 ; 16.00 – 24.00 ; 24.00 – 08.00. Sehingga proses kegiatan produksi

dilakukan sepanjang hari. Pengoperasian diesel generating set dilakukan pada pukul

18.00 – 23.00 saat beban puncak PLN terjadi, dan sumber listrik dialihkan ke diesel

generating set. Selama supplai dari PLN, pihak pabrik tidak melakukan pencatatan

beban tiap jam-nya. Tetapi untuk pembebanan dari diesel generating set, pencatatan

arus tiap genset dilakukan tiap jam. Maka dapat diasumsikan bahwa beban pada hari

kerja penuh dari Senin hingga Jumat adalah sama, maka dapat diperkirakan beban

Tabel 3.2. Beban Harian Rata-rata

Waktu Cos phi Tegangan Arus G1 Arus G2 Arus total kWatt 0:00 0.98 380 850 548.2633626 1:00 0.98 380 726 468.2814133 2:00 0.98 380 680 438.6106901 3:00 0.98 380 665 428.9354543 4:00 0.98 380 689 444.4158316 5:00 0.98 380 690 445.0608473 6:00 0.98 380 765 493.4370264 7:00 0.98 380 842 543.1032369 8:00 0.98 380 967 623.730202 9:00 0.98 380 1025 661.1411138 10:00 0.98 380 980 632.1154063 11:00 0.98 380 1005 648.2407993 12:00 0.98 380 990 638.5655635 13:00 0.98 380 1050 677.2665068 14:00 0.98 380 1010 651.4658779 15:00 0.98 380 980 632.1154063 16:00 0.98 380 875 564.3887556 17:00 0.98 380 925 596.6395417 18:00 0.98 400 406 406 551.3187003 19:00 0.98 400 690 650 909.8116482 20:00 0.98 400 687 694 937.6491688 21:00 0.98 400 638 612 848.7048957 22:00 0.98 400 617 562 800.4984576 23:00 0.98 400 542 512 715.6279681

Kurva Beban Harian 300 375 450 525 600 675 750 825 900 975 0: 00 1: 00 2: 00 3: 00 4: 00 5: 00 6: 00 7: 00 8: 00 9: 00 10: 00 11: 00 12: 00 13: 00 14: 00 15: 00 16: 00 17: 00 18: 00 19: 00 20: 00 21: 00 22: 00 23: 00 Waktu k W

Kurva beban harian diambil pada hari Senin tanggal 22 Februari 2010.

Pembebanan dari PLN mulai pukul 0.00 – 17.00, dilakukan secara pribadi oleh

penulis dengan persetujuan pihak manajemen pabrik PT.Inti Kimiatama Perkasa.

Pencatatan arus beban diperoleh dari panel kontrol Sub Station 1 (S/S1) sebagai titik

BAB IV

PERANCANGAN KAPASITAS GENSET SEBAGAI CADANGAN

PADA PT. INTI KIMIATAMA PERKASA

PT. Inti Kimiatama Perkasa mempunyai beban daya 2500 kVA, dimana

sumber listrik utama digunakan sumber listrik yang berasal dari PLN dan sebagai

sumber listrik cadangannya digunakan 2 buah genset. Genset yang digunakan

tersebut masing-masing mempunyai daya sebesar 810 kW / 648 kVA

Berikut ini merupakan perencanaan skema sistem pembangkitan listrik di

lokasi industri PT. Inti Kimiatama Perkasa :

PLN Cubicle TRAFO LOAD

interlock

G1

G2

Gambar 4.1. Skema Perencanaan Pembangkit Listrik

Tegangan listrik PLN sebesar 20 kV masuk ke kubikle, dari kubikle tegangan

listrik masuk ke trafo untuk diturunkan tegangannya menjadi 400 V. Kemudian arus

listrik tersebut dihubungkan dengan beban. Jika sumber listrik PLN mati, maka

genset dihubungkan dengan beban secara otomatis. Hubungan antara sumber listrik

PLN dan sumber listrik dari genset menggunakan sistem interlock, dimana pada saat

4.1 Analisa Beban

Sistem pembangkitan listrik di PT. Inti Kimiatama Perkasa berfungsi untuk

memberikan tenaga listrik kepada beban listrik yang telah terpasang pada pabrik.

Pemakaian beban tersebut telah dibagi dalam beberapa sub station yang di dalamnya

terdiri dari beberapa SDP dan MDP.

Dari pendataan beban malam yang disuplai oleh diesel generating set dapat

dilihat besarnya beban puncak yang terjadi pada jam 8 malam adalah sebesar

937,6491688 kW (956,78 kVA), besar beban tersebut dapat dilihat pada bab 3, tabel

3.2. Beban terpasang dapat dilihat pada bab 3, subbab 3.2 dengan total data terpasang

sebesar 1280726,508 Watt atau sebesar 1306,86 kVA. Demand factor yang terdapat

di PT. Inti Kimiatama Perkasa dapat diketahui pada Persamaan 2.1 adalah sebagai

berikut :

(kW) terpasang yang

beban total

(kW) terpakai yang

puncak beban

=

tor Demand fac

kW 1280,726

kW 937,65

=

tor Demand fac

0,732 =

tor Demand fac

Jadi, besar demand factor di PT. Inti Kimiatama Perkasa saat ini adalah

sebesar 0,732, ini menunjukkan bahwa beban terpakai mencapai dua per tiga dari

beban terpasang pada PT. Inti Kimiatama Perkasa.

Selain demand factor masih ada load factor. Load factor merupakan koreksi

pemakaian daya tiap substation tidak selalu menggunakan daya maksimum. PT. Inti

Kimiatama Perkasa melakukan kegiatan produksinya pada waktu siang dan malam.

Besar beban rata-rata yang terpasang di PT. Inti Kimiatama Perkasa pada tabel 3.2

adalah sebagai berikut :

jam Banyak jam tiap incoming Jumlah rata rata

Beban − =

24 kW 7 14899,3878 rata rata

Beban − =

kW 620,80 rata rata

Beban − =

Beban rata-rata pada PT. Inti Kimiatama Perkasa adalah sebesar 620,80 kW.

Untuk mengetahui besar load factor di PT. Inti Kimiatama Perkasa dapat dilihat pada

persamaan 2.2 adalah sebagai berikut :

(kW) puncak Beban (kW) rata -rata Beban = r Load facto kW 937,65 kW 620,80 = r Load facto % 0,662 = r Load facto

Besar load factor di PT. Inti Kimiatama Perkasa untuk kondisi operasi adalah

sebesar 66,2 %. Jadi daya total rata-rata pemakaian listrik sebesar 66,2 % dari total

4.2. Pemilihan Diesel Generating Set

Pemilihan diesel generating set di PT. Inti Kimiatama Perkasa adalah stand

by unit diesel generating set, dengan kapasitas running hour < 2000 jam/tahun-nya

sehingga memerlukan putaran mesin yang tinggi yaitu 1500 rpm. Pada awal

pemilihan diesel generating set ini direncanakan penggunaannya digunakan pada

saat beban puncak yaitu jam 6 sore sampai jam 11 malam (lima jam). Besarnya

pemakaian listrik yang akan disupplai dipilih pemakaian listrik terendah selama 24

jam (base load), yakni pada pukul 03.00 dengan pemakaian listrik sebesar

428.9354543 kW (437,68 kVA). Untuk menghindari kerja diesel generating set yang

berat, maka diambil asumsi daya total yang akan disuuplai adalah 0,85 dari daya total

diesel generating set. Besar kapasitas diesel generating set yang akan digunakan

adalah sebagai berikut :

0,85 load Base unit

aya =

D

0,85 10 . 437,68 unit aya

3 =

D

kVA 515 unit

aya =

D

Besar daya mesin diesel generating set yang sebaiknya di pilih lebih besar

dari 515 kVA. Dari besar daya unit tersebut dan pertimbangan penambahan

kebutuhan beban maka dipilih diesel generating set Caterpillar 900 F yang memiliki

putaran mesin yang tinggi yaitu 1500 rpm dan juga memiliki konsumsi bahan bakar

yang rendah. Keluaran daya maksimum diesel generating set Caterpillar memiliki

Untuk mengetahui jumlah unit diesel generating set membutuhkan informasi

beban puncak sebesar 937,65 kW (956,78 kVA) pada table 3.2, adalah sebagai

berikut : (kVA) unit Daya (kVA) puncak Beban unit apasitas =

K ;Dayaunit = 810kVA x 85%

3 3 10 . 688,5 10 . 956,78 unit apasitas =

K ; Dayaunit = 688,5kVA

1.39 unit Kapasitas =

Kapasitas unit yang digunakan pada PT. Inti Kimiatama Perkasa adalah 2

(dua) buah dengan kapasitas 810 kVA. Jumlah tersebut cocok dengan keadaan yang

terpasang pada PT. Inti Kimiatama Perkasa selain itu sudah tersedia 1 (satu) unit

diesel generating set dengan kapasitas 250 kVA sebagai spare.

Digunakan 2 buah genset dengan daya total yang sama dengan menggunakan

pertimbangan :

- untuk memperkecil base load dari genset

- daya yang dibebankan pada tiap genset menjadi rata

Genset yang digunakan tersebut mempunyai tipe dan merk yang sama dengan

pertimbangan :

- mengurangi jumlah suku cadang yang harus disediakan untuk mencegah

lamanya kerusakan

- memudahkan operasi dan maintenance

Merk genset : CATERPILLAR

Model : M 900 F

Frekuensi : 50 Hz

Voltage : 400 / 230 Volt

Rpm : 1500 rpm

Duty : Stand-By unit

Rating : @ 0,8 PF, 3 phase, with fan

In kW / kVA : 648 kW / 810 kVA

Inominal : 1169,2 A

Generator connection : star

Insulation Class : H

Excitation current : 10 A Average Fuel Consuption (L/hr) at Load

50% : 90,9 L/hr

75% : 130,4 L/hr

100% : 171,1 L/hr

Engine Diesel

Type : 3412C TA V-12

No. of Stroke per Cycle : 16

Type of Governor : PEEC – Cat Electronic Bore & Stroke : 137.20 mm & 152.40 mm Displacement (L) : 27.02 L

Compression ratio : 13.0 : 1 Heat Rejection to Coolant (KWm) : 386 kW Coolant Capacity with Radiator (L) : 90 L Max. Coolant Friction Head (kPA) : 0.12 kPa

Approx. Genset Dimensions : 4485 x 1741.6 x 1989.7 mm Basic Weight (kg) : 7103 kg

4.3. Analisa Faktor Kecepatan

Dari data spesifikasi mesin diesel menunjukkan kecepatan diesel generating

set M 900 F dengan putaran mesin sebesar 1500 rpm dan memiliki panjang langkah

piston sebesar 152.4 mm, maka besar faktor kecepatannya dapat diketahui pada

persamaan 2.3 adalah sebagai berikut :

000 . 600 2 l n

Cs = × ; 1meter=3.2808ft

000 . 600 5 . 0 15002× = Cs ; 1000 2808 . 3 4 . 152

1= x

875 . 1 =

Cs ; 1=0.5ft

Besar faktor kecepatan mesin diesel adalah sebesar 1.875. Besar nilai faktor

kecepatan bila dilihat pada bab 2.3.1. Faktor kecepatan, menunjukkan bahwa mesin

diesel yang digunakan memiliki faktor kecepatan rendah, karena faktor kecepatannya

< 3. Pemilihan mesin ini dianggap sesuai dengan fungsi diesel generating set sebagai

stand-by unit yang beroperasi tiap 5 (lima) jam setiap harinya.

4.4. Analisa Sistem Starting

Sistem starting pada diesel generating set M 900 F adalah electric starter

dengan menggunakan 2 buah accu 12 VDC @ 135 Ah. Accu tersebut dihubungkan

seri – parallel sehingga menghasilkan tegangan sebesar 24 VDC dan besar Ampere

hour (Ah) sebesar 135 Ah. Hubungan seri dilakukan antara accu 1 – 2 saat oeprasi

dynamo starter mesin diesel. Gambar 4.2 menunjukkan sistem starting diesel

generating set.

Gambar 4.2. Sistem Starting Diesel Generating Set

Cara kerja rangkaian diatas adalah :

 Dalam keadaan normal yaitu beban disupplai oleh PLN, arus akan mengalir sebagai berikut :

Dari meter PLN – Titik A – Switch KT (on) – Titik B – Load

 Dalam keadaan darurat yaitu PLN off (KT off), secara otomatis AMF memerintahkan diesel untuk start dan dalam waktu + 8 detik generator

mengeluarkan tegangan, secara otomatis pula switch KG on. Sekarang beban

disupplai dari diesel generating set.

 Apabila PLN on kembali, + 30 detik AMF memerintahkan KG off dan setelah itu meng-on-kan KT, tetapi diesel generating set masih running.

 Apabila PLN dalam waktu + 5 menit tidak off lagi, maka diesel generating set stop.

 Semuanya akan bekerja secara otomatis. 4.5. Analisa Kerja AMF – ATS

Pengoperasian generator untuk memikul beban yang ada dilakukan secara

otomatis dengan menggunakan panel kontrol yang di dalamnya terdiri dari

peralatan-peralatan kerja paralel atau sinkronisasi. Pengoperasian secara otomatis ini

memberikan keakuratan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pengoperasian

secara mnual. Analisa pengoperasian generator secara otomatis dengan

menggunakan panel kontrol generator adalah sebagai berikut :

Bila suatu hari PLN mengalami gangguan atau pemadaman pada waktu

beban puncak, dengan asumsi bahwa beban yang disuplai oleh PLN adalah sebesar

1000 kW (beban harian rata-rata) maka AMF generator (Lampiran Gambar 1) yang

dipilih sebagai prioritas pertama akan memerintahkan generator tersebut untuk start.

Starting generator setelah PLN mengalami gangguan memerlukan waktu 0,6 detik

(tergantung dari setting waktu yang diinginkan). Generator 1 (G1) akan mensuplai

listrik ke seluruh beban. Unit SFG akan mengatur frekuensi generator untuk selalu

beroperasi pada frekuensi 50 Hz dengan memberikan impuls pada governor. Apabila

beban yang ada melebihi batas kapasitas maksimum generator yang telah ditentukan

yaitu + 80% full load, maka AMF generator kedua akan memerintahkan untuk start.

Generator 2 (G2) ini akan diparalel dengan generator pertama untuk bekerja sama

2) akan membandingkan frekuensi G2 dengan frekuensi G1. Jika frekuensi G2 lebih

tinggi maka FN akan memberikan impuls output kepada governor G2 untuk

memperlambat putaran. Sebaliknya jika frekuensinya lebih rendah maka FN akan

memberikan impuls kepada governor untuk mempercepat putaran.

Syarat-syarat sinkronisasi dimonitor oleh Paralleling Unit (SY) (Lampiran

Gambar 2), setelah syarat-syarat tersebut dipenuhi yaitu tegangan, frekuensi dan

phasa G2 sama dengan frekuensi G1 maka SY akan memberikan sinyal output

kepada CB sinkronisasi untuk menutup, sehingga G1 dan G2 dapat bekerja secara

sinkron untuk mesuplai beban yang ada. Load Balancing Unit (WLA) (Lampiran

Gambar 3) yang sudah dalam posisi on akan memonitor beban yang disuplai oleh

dua generator. WLA mengatur pembagian beban antara generator sehingga generator

mensuplai beban yang ada dalam persentase yang sama besar. Pengaturan dilakukan

dengan memberikan sinyal kepada governor kedua generator untuk berputar lebih

cepat atau lebih lambat. Unit SFG kembali bekerja mengatur frekuensi kedua

generator yang bekerja paralel untuk selalu beroperasi pada frekuensi 50 Hz dengan

memberikan impuls kepada governor G1 dan G2. Reverse Power Relay (RW)

memeriksa arah arus yang masuk ke generator, bila ada arus yang masuk maka

generator berfungsi sebagai motor. RW akan segera memberikan perintah untuk

melepas CB generator sehingga generator terlepas dari sistem.

Bila beban yang disuplai oleh dua buah generator berangsur-angsur

berkurang sehingga mampu disuplai oleh satu generator saja maka WLA akan

memberikan sinyal kepada AMF salah satu generator untuk berhenti bekerja (off).

selama + 5 menit untuk menjaga kemungkinan terjadinya kenaikan beban lagi dalam

selang waktu tersebut. Apabila tidak ada kenaikan beban lagi maka generator baru

benar-benar berhenti bekerja (off) secara otomatis.

Bila suplai listrik dari PLN menyala kembali maka beban tidak akan langsung

dipindahkan ke suplai PLN, tetapi tetap disuplai oleh generator selama + 3 menit

untuk menjaga kemungkinan suplai listrik dari PLN padam kembali sehingga

dikuatirkan peralatan-peralatan dapat terganggu karena ketidakstabilan suplai listrik.

Baru setelah itu suplai dipindahkan ke suplai listrik PLN. Meskipun PLN sudah

mensuplai beban, generator tidak langsung off. Generator memerlukan waktu + 5

menit untuk cooling down.

Prime mover

Beban Panel

Kontrol Generator

L V M D P

PLN

Alternator

TRANSFORMATOR HVDP

Panel sinkronisasi AMF PLC SFG FN

SY WLA

RW

4.6. Power House

Pada awal perencanaan power house perlu mempertimbangkan bahaya

kebakaran sehingga ditempatkan alt pemadam kebakaran dalam power house.

Selain mempertimbangkan alasan kebakaran juga perlu mempertimbangkan radiasi

panas yang ditimbulkan oleh diesel generating set agar tidak membahayakan petugas

pada waktu petugas mengadakan pengecekan pada diesel generating set. Ukuran

perencanan power house untuk tiap unit diesel generating set memiliki ukuran 6 x 3

m ditambah dengan jarak antar tiap unit diesel generating set sebesar 2 m. Gambar

perencanaan power house diesel generating set dapat dilihat pada gambar 4.4

dibawah ini.

A

E E Spare Spare

27 meter

3 m 2 m 3 m 2 m 3 m 2 m 3 m 2 m 3 m

B

B C

P

D

P P

4 m

8 meter

Gambar 4.4. Power House Diesel Generating Set M 900 F

Keterangan :

A : Power control, ATS/AMF B : Daily tank

C : Storage tank

D : Tabung pemadam api E : Diesel Generating Set

Dari gambar diatas tampak bahwa ukuran power house diesel generating set

di PT. Inti Kimiatama Perkasa memiliki ukuran 27 x 8 meter atau 216 m2. Ukuran

tersebut merupakan hasil penjumlahan tiap unit diesel generating set untuk

mengurangi radiasi panas. Dapat disimpulkan bahwa penyediaan power house di PT.

Inti Kimiatama Perkasa memenuhi persyaratan keamanan power house diesel

generating set.

4.7. Pentanahan

Menurut PUIL 2000 pasal 3.7.2.2.2 tentang Pentanahan yang berisi: “jika

terjadi keraguan terhadap keefektifan ikatan penyama potensial suplemen, hal itu

harus dikonfirmasi bahwa resistans R antara BKE dan BKT yang dapat terjangkau

secara simultan memenuhi kondisi berikut ini:

a

I R =50

Dengan Ia adalah arus gawai proteksi: • untuk GPAS, In

• untuk GPAL, arus operasi 5 detik Kita dapat perhatikan bahwa:

R = resistansi pembumian BKT perlengkapan dan instalasi listrik (ohm)

Ia = k x In, arus kerja pengaman rentang waktu 5 detik (ampere), dimana:

k = faktor konstanta, yaitu:

• untuk pengaman lebur dengan rating pengaman 2,5 – 5 In

Maka, besarnya resistansi pentanahan yang diizinkan sebesar : A 1169,2 x 3,5 50 R = Ω 0,012 R =

4.8. Analisa Pemilihan Kabel

Dalam pemilihan kabel perlu memperhatikan tegangan dan arus nominalnya.

Arus hantar dari kabel lebih besar dari arus diesel generating set, yakni 80 % dari

kapasitas arus nominal dari kabel tersebut. Konduktor dari kabel mengandung

tembaga yang memiliki konduktivitas listrik yang relative tinggi dan merupakan

penghantar yang sangat baik. Diesel generating set M 900 F memiliki tegangan

keluaran 400 V dengan arus sebesar 1169,2 A. Pemilihan kabel berdasarkan

tegangan dan arus adalah sebagai berikut :

ϕ Cos V P I L L al No . . 3 min − = 8 , 0 . 400 . 3 10 . 648 3 minal =

No I 96 . 678 10 . 648 3 minal =

No

I

A I_Nominal =1169,2

A 96 , 1519 I A 1169,2 x 1,3 I k k = =

µ γ. ϕ

10 . cos . . .

3Il 6

A=

6

6

10 33

10 . 98 , 0 . 10 . 96 , 1519 . 3

x A=

2 2 , 638 mm

A=

Berdasarkan arus maksimum di atas, pemilihan kabel yang paling tepat untuk

outgoing dari genset dipilih kabel NYFGBy dengan ukuran 2 x ( 1 x 400 mm2) + BC

50 mm2 dengan arus penghantar di dalam tanah dengan suhu 300C adalah 1710 A

dipilih dengan pertimbangan penambahan beban untuk waktu yang akan datang

KESIMPULAN

Hasil perencanan pembangkit tenaga listrik pada komplek industri PT. Inti

Kimiatama Perkasa yang telah penulis susun dan kerjakan maka penulis dapat

mengambil suatu kesimpulan selama mengerjakan Tugas Akhir dan penulisan

laporan Tugas Akhir ini adalah :

1. Total beban terpasang pada PT. Inti Kimiatama Perkasa sebesar 1306,86 kVA

sedangkan pemakaian beban puncak PT. Inti Kimiatama Perkasa terjadi pada

pukul 8 malam, yakni sebesar 937,6491688 kW.

2. Demand factor PT. Inti Kimiatama Perkasa sebesar 73,2 % dari total beban

puncak.

3. Unit diesel generating set M 900 F yang digunakan untuk kondisi operasi di PT.

Inti Kimiatama Perkasa adalah 2 buah dengan kapasitas tiap unit sebesar 810

kVA.

4. Tegangan diesel generating set M 900 F sebesar 400 V, sehingga dipilih kabel

tegangan rendah dengan tipe NYFGBy 2 x (1 x 400 mm2) + BC 1 x 50 mm2,

DAFTAR PUSTAKA

Harten, Van. Setiawan. 1981. Instalasi Listrik Arus Kuat I. Bina Cipta:

Bandung.

Lister, Eugene C. Robert J. Rusch. Electric Circuits and Machines. Elenco:

New York.

Panitia PUIL. 2000. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000).

Yayasan PUIL: Jakarta.

Seip, Gunter G. 1987. Electrical Installation Handbook Volume I. Siemens:

England.

Sumanto. 1996. Mesin Sinkron (Generator Sinkron dan Motor Sinkron). Anda

Yogyakarta: Yogyakarta.

www.cat-electricpower.com

www.scheneider.com

LAMPIRAN

STUDI ANALISA KERJA PARALEL GENERATOR

LA1. Tujuan Kerja Paralel

Untuk melayani beban yang berkembang, maka diperlukan tambahan sumber

daya listrik. Agar sumber daya listrik yang yang baru (alternator baru) bisa

digunakan bersama, maka dilakukan penggabungan alternator dengan cara

mempararelkan dua atau lebih alternator pada sistem tenaga dengan maksud

memperbesar kapasitas daya yang dibangkitkan pada sistem. Selain untuk tujuan di

atas, kerja pararel juga sering dibutuhkan untuk menjaga kontinuitas pelayanan

apabila ada mesin (alternator) yang harus dihentikan, misalnya untuk istirahat atau

reparasi, maka alternator lain masih bisa bekerja untuk mensuplai beban yang lain.

Untuk maksud mempararelkan ini, ada beberapa pesyaratan yang harus dipenuhi,

yaitu:

1. Harga sesaat ggl kedua alternator harus sama dalam kebesarannya, dan

bertentangan dalam arah, dengan harga efektif tegangan jala-jala.

2. Frekuensi kedua alternator atau frekuensi alternator dengan jala harus sama

3. Fasa kedua alternator harus sama

4. Urutan fasa kedua alternator harus sama

Ketidakseimbangan tegangan atau adanya beda fasa antara kedua sistem

tegangan dapat mengakibatkan gejolak arus yang besar yang dapat meusak lilitan

LA2. Pembagian Beban Antara Dua Generator

Dengan menimbang 2 ganaretor dengan karakteristik kecepatan/beban identik

dihubungkan secara parallel seperti pada gambar LA1, makategangan terminal V

diberikan oleh :

2 2 2 1 1

1 I Z E I Z

E

V = − = − , sehingga

2 2 1 1 2

1 E I Z I Z

E − = − , juga

2

1 I

I

I = + dan V =IZ , sehingga E₁ =I₁Z₁ +IZ =I₁

(

Z +Z₁

)

+I₂Z , dan E₂ =I₂Z₂ +IZ =I₂

(

Z +Z₂

)

+I₁Z , sehingga

(

1 2

)

1 2

1 2 2 1 Z Z Z Z Z Z E Z E I + + +

= , dan

(

)

(

1 2

)

1 2

2 1 2 1 1 Z Z Z Z Z Z E Z E E I + + + − =

(

)

(

1 2

)

1 2

1 2 1 2 2 Z Z Z Z Z Z E Z E E I + + + − = Z Z Z Z Z Z E Z E IZ V 2 1 2 1 1 2 2 1 + + + = = 1 1 1 Z V E

I = − dan

2 2 2 Z V E

I = −

Arus sirkulasi pada kondisi tanpa beban

2 1 2 1 Z Z E E Ic + − =

1 1 1 sup

cosϕ

VI fasa P

= ; sup2 VI₂cosϕ₂

fasa P

=

Φ1,2 adalah sudut antara V dan I1,2

Ra

Xs Ra

Xs

E1 E2

Gambar LA1. Rangkaian Generator Paralel

LA3. Pengaruh Perubahan Eksitasi

Jika dua generator beroperasi secara parallel, besar beban kW yang diberikan

tiap alternator diatur dengan input bahan bakar (fuel) seperti suplai uap ke prime

mover. Jika eksitasi salah satu generator diubah, itu hanya akan mengubah daya

reaktif yang diberikan oleh generator, sedangkan ouput daya menjadi sama.

Pada bab 3, tabel 3.2 yang merupakan beban harian rata-rata dapat dilihat

untuk pembebanan generator dari pukul 18.00 – 23.00, arus yang dibangkitkan oleh

kedua generator tidak sama. Jika diambil salah satu kasus pembebanan pada pukul

19.00, Generator G1 membangkitkan arus sebesar 690 A dan generator G2

membangkitkan arus sebesar 650 A. Namun, daya aktif yang dipikul oleh kedua

generator adalah sama. Maka dapat dibuktikan bahwa daya reaktif yang dipikul oleh

kedua generator tidak sama. Dengan cos φ = 0.8 lagging. V

Daya total kedua generator tersebut adalah : . 8 , 0 . 1340 . 400 . 3 = total P 7 , 742 = total

P kW

kW1 = kW2 = 371,35

2 7 , 742

= kW

kVAr1 = kVAr2 = 278,5125 8 , 0 6 , 0 35 , 371 = x

I1 = I2 = 670A 8 , 0 . 400 . 3 10 . 35 , 371 3 =

Kondisi diatas adalah untuk arus generator yang sama

Jika arus generator G1 sebesar 690 A, pf juga berubah, kW1 tetap sama, tetapi

kVAr1 berubah menjadi kVAr1’.

1000 cos

3 . V . I₁ . ϕ₁' = kW₁ x

1000 35 , 371 cos 690 400

3 . . . ϕ₁' = x

690 . 400 . 3 1000 x 371,35

cosϕ₁' = = 0,776 sinϕ₁' = 1−0,7662 =0,63

48 , 301 63 , 0 776 , 0 35 , 371 '

1 = x =

kVAr

kW1 kW2

kVA1 kVA2 kVAr1 kVAr2 φ1 φ2

kW2 untuk generator G2 juga tetap sama tetapi kVAr2 berubah menjadi kVAr 2'

dan pf baru menjadi cosϕ₂'

' 1 2

1 '

2 kVAr kVAr kVAr

kVAr = + −

' 1 '

2 =278,5125+278,5125−301,48

kVAr 545 , 255 ' 2 = kVAr 2 ' 2 2 ' 2 '

2 kW kVAr

kVA = + =

(

371,35

) (

2 + 255,245

)

2 78 , 450 ' 2 = kVA 450,78 371,35 kVA kW cos _' 2 2

2 = =

'

ϕ = 0,82

1000 cos

3 ' _{2 2}

2 . kW x

. V . I ϕ' =

1000 35 , 371 82 , 0 400

3 . . I2' . = x

82 , 0 . 400 . 3 1000 35 , 3715 ' 2 x

I = = 653 A

Terbukti bahwa, arus yang dibangkitkan oleh generator G2 sebesar 653 A.

Merupakan pendekatan dari harga arus yang terdapat pada tabel 3.2 yang sebesar

650A. Adalah benar bahwa perubahan arus eksitasi juga mempengaruhi perubahan

daya reaktif yang dibangkitkan oleh kedua generator, akibat perubahan faktor daya.

LA4. Pengaruh Perubahan Suplai Uap

Jika suplai ke prime mover (penggerak utama) dinaikkan ke salah satu

a. Pembagian beban yang sama oleh 2 generator (gambar LA2.a). kW1 = kW2 ;

kVAr1 = kVAr2

b. Pengaruh perubahan suplai uap dengan eksitasi konstan (gambar LA2.b).

kW1 > kW2 ; kVAr1 = kVAr2

c. Pengaruh perubahan eksitasi dengan suplai uap konstan (gambar LA2.c).

kW1 = kW2 ; kVAr1 > kVAr2.

LA5. Pengaturan Kecepatan Generator

Generator yang bekerja secara parallel dengan generator lain untuk mensuplai

beban yang ada maka jumlah daya aktif dan daya reaktif yang disuplai oleh kedua

generator tersebut harus sama dengan daya aktif dan daya reaktif beban yang ada.

Daya aktif yang harus disuplai oleh kedua generator dirumuskan persamaan

dibawah:

Pload = PG1 + PG2

Daya reaktif yang harus disuplai oleh kedua generator dirumuskan persamaan

dibawah :

Qload = QG1 + QG2

Gambar diagram daya dan frekuensi dibawah menunjukkan dua generator yang

bekerja parallel.

kw

PG1 PG2

G1

G2 f (Hz)

kW

Ptotal

Pembagian daya aktif dilakukan dengan mengubah setting dari governor

generator. Bila setting governor salah satu generator dinaikkan akan menyebabkan

kenaikan dari frekuensi sistem. Untuk menjaga agar frekuensi sistem tidak berubah

maka setting governor yang lain harus diturunkan. Untuk mengatur frekuensi sistem

tanpa mengubah pembagian beban antara kedua generator maka kedua setting

governor harus dinaikkan atau diturunkan secara bersama-sama.

Analisa pembagian beban antara dua generator yang digunakan oleh PT. Inti

Kimiatama Perkasa untuk mensuplai beban yang ada adalah sebagai berikut :

Dari data dua generator yang diperoleh, diketahui :

 Kapasitas G1 = 648 kW (810 kVA)

 Kapasitas G2 = 648 kW (810 kVA)

 Speed droop = 2 %

 Beban puncak harian = 937,35 kW

 Frekuensi = 50 Hz

Dengan menggunakan persamaan perhitungan speed drop, frekuensi no load G1 dan

G2 adalah ;

% 100 50

50 %

2 = fo− x ; fo1 = fo2 = 51 Hz

Besarnya slope G1 dan G2 adalah :

Sp1 = Sp2 =

50 51

648 −

= 648 kW/Hz

Daya yang dibangkitkan oleh G1 dan G2 diperoleh dari persamaan berikut :

Substitusikan ke dalam persamaan perhitungan daya aktif generator :

Pload = P1 + P2

937,35 = 648 ( 51 – fx ) + 648 ( 51 – fx )

937,35 = 1296 ( 51 – fx )

fx

− = 51 1296

35 , 937

fx = 51 – 0.723

= 50,277

Daya yang dibangkitkan oleh G1 dan G2 adalah :

Px1 = Px2 = 648 ( 51 – 50,277 )

= 648 x 0,723

= 468,504 kW

Perhitungan diatas menunjukkan bahwa G1 dan G2 mensuplai beban dalam jumlah

yang sama pada saat beban puncak, masing-masing generator mensuplai 468,504

kW. Frekuensi sistem naik sebesar 0,277 Hz sehingga menjadi 50,277 Hz ketika

kedua generator membagi beban secara seimbang.

kw

PG1 PG2

G1

G2 f (Hz)

520 454,896 454,896

50

LA5. Pengaturan Kecepatan Generator

Generator yang bekerja secara parallel dengan generator lain untuk mensuplai beban yang ada maka jumlah daya aktif dan daya reaktif yang disuplai oleh kedua generator tersebut harus sama dengan daya aktif dan daya reaktif beban yang ada. Daya aktif yang harus disuplai oleh kedua generator dirumuskan persamaan dibawah:

Pload = PG1 + PG2

Daya reaktif yang harus disuplai oleh kedua generator dirumuskan persamaan dibawah :

Qload = QG1 + QG2

Gambar diagram daya dan frekuensi dibawah menunjukkan dua generator yang bekerja parallel.

kw

PG1 PG2

G1

G2 f (Hz)

kW

Ptotal

Pembagian daya aktif dilakukan dengan mengubah setting dari governor generator. Bila setting governor salah satu generator dinaikkan akan menyebabkan kenaikan dari frekuensi sistem. Untuk menjaga agar frekuensi sistem tidak berubah maka setting governor yang lain harus diturunkan. Untuk mengatur frekuensi sistem tanpa mengubah pembagian beban antara kedua generator maka kedua setting governor harus dinaikkan atau diturunkan secara bersama-sama.

Analisa pembagian beban antara dua generator yang digunakan oleh PT. Inti Kimiatama Perkasa untuk mensuplai beban yang ada adalah sebagai berikut :

Dari data dua generator yang diperoleh, diketahui :  Kapasitas G1 = 648 kW (810 kVA)  Kapasitas G2 = 648 kW (810 kVA)

 Speed droop = 2 %

 Beban puncak harian = 937,35 kW

 Frekuensi = 50 Hz

Dengan menggunakan persamaan perhitungan speed drop, frekuensi no load G1 dan G2 adalah ;

% 100 50

50 %

2 = fo− x ; fo1 = fo2 = 51 Hz

Besarnya slope G1 dan G2 adalah :

Sp1 = Sp2 =

50 51

648

−

= 648 kW/Hz

Daya yang dibangkitkan oleh G1 dan G2 diperoleh dari persamaan berikut : Px1 = Px2 = 648 ( 51 – fx )

Substitusikan ke dalam persamaan perhitungan daya aktif generator : Pload = P1 + P2

937,35 = 648 ( 51 – fx ) + 648 ( 51 – fx ) 937,35 = 1296 ( 51 – fx )

fx

− = 51 1296

35 , 937

fx = 51 – 0.723 = 50,277

Daya yang dibangkitkan oleh G1 dan G2 adalah : Px1 = Px2 = 648 ( 51 – 50,277 )

= 648 x 0,723 = 468,504 kW

Perhitungan diatas menunjukkan bahwa G1 dan G2 mensuplai beban dalam jumlah yang sama pada saat beban puncak, masing-masing generator mensuplai 468,504 kW. Frekuensi sistem naik sebesar 0,277 Hz sehingga menjadi 50,277 Hz ketika kedua generator membagi beban secara seimbang.

kw

PG1 PG2

G1

G2 f (Hz)

520 454,896 454,896

50