•
93 .
2040 382
3
2
× ×
× =
G
P
kW P
G
2 ,
1255
1
= •
93 .
2060 382
3
3
× ×
× =
G
P
kW P
G
6 ,
1267
1
= •
93 .
2060 386
3
4
× ×
× =
G
P
kW P
G
8 ,
1280
4
= •
93 .
2158 380
3
5
× ×
× =
G
P
kW P
G
9 ,
1320
5
= Maka beban aktif yang dipikul generator adalah :
5 4
3 2
1 G
G G
G G
Beban Total
P P
P P
P P
P +
+ +
+ =
= 9
, 1320
8 ,
1280 6
, 1267
2 ,
1255 1
, 1237
+ +
+ +
= =
Beban Total
P P
kW P
P
Beban Total
6 ,
6361 =
= Sedangkan beban total yang dipikul oleh generator adalah :
3 2
1 T
T T
Beban Total
P P
P P
P +
+ =
= 1934
2049 2117
+ +
= =
Beban Total
P P
kW P
P
Beban Total
6100 =
=
IV.3. Prinsip pembagian daya pada generator
Besar daya yang dihasilkan oleh sebuah generator adalah : θ
Cos I
V P
. .
. 3
= θ
Sin I
V Q
. .
. 3
=
Universitas Sumatera Utara
I V
S .
. 3
= Jumlah vektor kedua daya tersebut adalah merupakan daya kompleks
daya semu yang dapat kita lihat melalui rumus dibawah ini : jQ
P S
+ =
2 2
Q P
S +
= Dimana :
S : Daya semu VA atau kVA
P : Daya aktif Watt atau kW
Q : Daya reaktif VAR atau kVAR
Pengaturan kedua jenis daya tersebut dilakukan melalui penggerak mula dan penguatan generator. Apabila frekuensi dan penguatan dari lima generator
yang bekerja bersama dimana kapasitas kelima generator juga sama maka vektor arus dan tegangan adalah sebagai berikut :
θ V
θ = Sudut antara vektor V I I
Gambar.4.7. Diagram vektor tegangan dan arus
Dimana : V
: Tegangan I
: Arus
Besarnya daya dari lima generator yang bekerja paralel adalah sama. Hal ini dapat dilihat melalui persamaan daya aktif beban yang dipikul generator
Universitas Sumatera Utara
dibawah ini. Apabila tegangan terminal V
N
setiap generator diatur sama, maka daya yang dipikul oleh generator akan sama. Hal ini dapat dilihat pada
perhitungan arus beban yang dipikul oleh setiap generator : ϕ
Cos V
I P
P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Beban
Beban
. .
3
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
Sehingga daya yang dipikul tiap generator adalah : ϕ
Cos I
V P
Beban N
. .
. 3
=
Demikian halnya dengan daya reaktif beban yang dipikul oleh tiap generator. Kesamaan beban tersebut dapat dilihat pada tabel data pada lampiran
data. Dan grafik pembagian beban pada setiap generator dapat dilihat pada gambar grafik sebagai berikut :
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
+ +
+ +
= =
+ +
+ +
= =
Gambar.4.8. Pembagian daya antar lima generator
Universitas Sumatera Utara
Dimana : P
: Daya yang dipikul generator 1,2,3,4 dan 5 Q
: Daya reaktif generator 1,2,3,4 dan 5 S
: Daya kompleks generator 1,2,3,4 dan 5 Φ
: Sudut daya generator 1,2,3,4 dan 5 Dalam hal ini apabila setiap generator memiliki sudut daya yang sama,
maka besar daya yang dipikul dan dihasilkan pada setiap generator sama. Dimana dari gambar dapat kita lihat bahwa P
1
= P
2
= P
3
= P
4
= P
5
, dan Q
1
= Q
2
= Q
3
= Q
4
= Q
5
sehingga S
1
= S
2
= S
3
= S
4
= S
5
berarti daya yang dimiliki generator sama Untuk mendapatkan pembagian daya yang sama pada setiap generator,
masing-masing generator memakai alat pengatur pembagian beban load-share control yang secara konstan menyesuaikan kecepatan governor dengan generator.
Sistem ini menyeimbangkan beban pada setiap generator.
Berikut merupakan contoh perhitungan beban yang dipikul oleh setiap generator : 1. Dari data beban harian pada tanggal 9 Desember 2008, pukul 19:30 :
JAM Frekuensi
Daya Tegangan
kV Arus
Pf Hz
kVA kW
kVAR PLN Gen R
S T
19:30 50
2269 2117 837
19.3 19.1 67
68 70
0.93 50
2211 2049 827
19.1 65
67 68
0.93 50
2079 1934 772
19.1 60
63 64
0.93
ϕ Cos
V I
P P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Total
Beban
. .
3
Universitas Sumatera Utara
∑
+ +
= ϕ
Cos V
P P
P I
Gen T
T T
Beban
. .
3
3 2
1
93 ,
3 ,
19 3
1934 2049
2117 ×
× +
+ =
09 ,
31 6100
=
Amp 2
, 196
= Maka besar arus beban yang dipikul oleh setiap generator adalah :
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
5 2
. 196
=
Beban
I Amp
I
Beban
24 .
39 =
Sedangkan arus beban yang dipikul oleh setiap generator dari hasil pengukuran GPC adalah :
5
T S
R Beban
I I
I I
+ +
=
5 70
68 67
+ +
=
Beban
I
Amp Amp
I
Beban
39 5
195 =
=
2. Dari data pemakaian generator pada tanggal 9 Desember 2008, pukul 19:30WIB :
GEN PUTARAN
rpm FREQ
Hz TEGANGAN L-N
TEGANGAN L-L ARUS
L
1
-N L
2
-N L
3
-N L
1
-L
2
L
2
-L
3
L
3
-L
1
L
1
L
2
L
3
G1 1500 50
222 222
221 382
384 386
1940 2000 2100
G2 221
221 222
384 382
382 2060
2040 2000 G3
221 221
220 382
380 384
2060 2020 2120
G4 220
221 222
384 384
386 2080
2040 2060 G5
222 222
222 381
380 378
2047 2158 2022
Universitas Sumatera Utara
ϕ
Cos I
V P
Beban N
. .
. 3
=
• ϕ
Cos I
V P
L L
L G
. .
. 3
−
= 93
. 2000
384 3
1
× ×
× =
G
P
kW P
G
1 ,
1237
1
= •
93 .
2040 382
3
2
× ×
× =
G
P
kW P
G
2 ,
1255
1
= •
93 .
2060 382
3
3
× ×
× =
G
P
kW P
G
6 ,
1267
1
= •
93 .
2060 386
3
4
× ×
× =
G
P
kW P
G
8 ,
1280
4
= •
93 .
2158 380
3
5
× ×
× =
G
P
kW P
G
9 ,
1320
5
= Maka beban aktif yang dipikul generator adalah :
5 4
3 2
1 G
G G
G G
Beban Total
P P
P P
P P
P +
+ +
+ =
= 9
, 1320
8 ,
1280 6
, 1267
2 ,
1255 1
, 1237
+ +
+ +
= =
Beban Total
P P
kW P
P
Beban Total
6 ,
6361 =
=
Sedangkan beban total yang dipikul oleh generator adalah :
3 2
1 T
T T
Beban Total
P P
P P
P +
+ =
= 1934
2049 2117
+ +
= =
Beban Total
P P
kW P
P
Beban Total
6100 =
=
Universitas Sumatera Utara
IV.3.1. Governor
Adalah sebuah peralatan atau mekanisme yang bertugas mendeteksi sebuah parameter dan secara otomatis mengendalikan dan menjalankannya pada
level tertentu yang diinginkan. Governor digunakan sebagai interface media perantara antara turbin penggerak dan generator. Dalam hal generator AC,
parameter yang dimaksud adalah kecepatan mesin, dan kegunaan governor pada generator AC adalah untuk menjaga agar kecepatan mesin konstan pada semua
kondisi beban. Governor melakukan hal ini dengan mengendalikan kosumsi bahan bakar, dimana kenaikan atau bertambahnya kecepatan diatur dengan menaikkan
pemasokan bahan bakar dan penurunan kecepatan diatur dengan menurunkan pemasokan bahan bakar. Setiap governor harus terdiri dari setidaknya dua
komponen, pertama untuk mengukur atau mendeteksi kecepatan, yang kedua untuk menerjemahkan pengukuran ini ke dalam bentuk gerakan pada bagian
output governor untuk mengontrol peralatan yang mengatur banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder mesin.
Pada PLTD ini, governor yang digunakan adalah governor tipe SG 4017 BR-07 dengan suplai DC sebesar 24 V. Governor di atur pada set point tertentu,
dimana apabila terjadi penurunan peningkatan kecepatan generator sampai batas set point tersebut maka GPC akan menerima sinyal biner kecepatan dari rele
under-voltage yang dideteksi pada tegangan output generator. Setelah itu GPC akan memberikan sinyal output analog -+ 20 mA kepada governor. Sehingga
governor memerintahkan untuk melakukan penambahan atau pengurangan bahan bakar.
Universitas Sumatera Utara
IV.3.2. Speed Drop
Suatu diesel generator jika dibebani, maka frekuensi outputnya akan turun. Hal ini disebabkan karena putaran diesel juga menurun. Penurunan tersebut dapat
diatasi dengan pengaturan governor, dengan cara speed drop. Speed drop adalah perubahan persentase dalam penyesuaian kecepatan pada pergerakan penuh katup
output governor dari kecepatan penuhnya sampai posisi kecepatan zeronya. Hal ini adalah karakteristik dari operasi governor untuk mencapai kestabilan dan yang
penting pada saat dua atau lebih mesin yang terhubung dengan governor speed sensing bekerja dalam suatu kerja paralel, untuk membagi beban secara
proporsional. Jika diesel generator menanggung beban penuh, frekuensi output diesel generator akan turun. Penurunan frekuensi output dibatasi oleh speed drop
sebesar sekitar 3 - 5 dari frekuensi output pada waktu tidak berbeban. Sebuah regulasi khusus untuk jenis speed drop adalah 4. Misalkan bila kecepatan dan
frekuensi pada beban penuh adalah 1500 rpm dan 50 Hz, maka beban kosong adalah 1560 rpm dan 52 Hz. Bila beban ditambah atau dikurangi, kecepatan dan
frekuensi akan berubah sesaat antara satu sampai tiga detik, governor akan menyebabkan mesin berpindah pada kecepatan tertentu pada beban baru. Adapun
hubungan antara frekuensi dan speed drop dapat dituliskan sebagai berikut :
100 .
×
−
=
FL FL
NL
F F
F Drop
Speed
Pada saat generator diesel dibebani lebih kecil dari beban penuh, maka frekuensi outputnya dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
FL NL
FL
F F
P Sp
− =
X NL
F F
Sp Px
− ×
= Dimana :
F
FL
= Frekuensi beban penuh F
NL
= Frekuensi beban kosong F
X
= Frekuensi beban tertentu S
P
= Sloop P
FL
= Daya beban penuh P
X
= Daya beban tertentu
IV.3.3. Penguatan dengan Permanent Magnet Generator PMG – Kontrol AVR
Gambar.4.9. Penguatan dengan permanent magnet generator PMG – Kontrol AVR
PMG permanent magnet generator menyediakan daya untuk penguatan pada exciter melalui AVR dalam hal ini tipe MX 341 dan atau MX 321 yang
merupakan alat pengendali yang mengatur tingkatan penguatan pada exciter. AVR merespon sinyal tegangan yang diterima dari sebuah transformator yang terdapat
pada AVR tipe MX321 yang berasal dari kumparan stator. Dengan mengatur
Universitas Sumatera Utara
daya yang diberikan pada exciter, pengaturan kebutuhan daya pada kumparan medan stator generator dapat dilakukan dengan mensuplai arus melalui keluaran
penyearah arus pada rangkaian exciter
.
Sistem PMG menyediakan sebuah sumber daya penguatan konstan tanpa tergantung kepada pembebanan stator generator dan memiliki kemampuan untuk
menjalankan mesin kecepatan tinggi tanpa mengalami gelombang distorsi gangguan pada stator yang diakibatkan beban yang tidak menentu.
AVR MX 341
menerima rata-rata tegangan dalam dua fasa agar dapat mendapatkan kepastian untuk pengaturan yang tepat. AVR dapat mendeteksi
kecepatan mesin dan tegangan yang turun bersamaan dengan kecepatan, apabila berada dibawah kecepatan yang telah diatur sebelumnya, mencegah penguatan
yang berlebihan over excitation pada kecepatan yang rendah. AVR ini juga memiliki proteksi terhadap penguatan yang lebih over excitation yang bekerja
berdasarkan tundaan waktu, yang memberikan penguatan kepada generator pada saat tegangan penguat yang berlebihan.
Alternator dan penguatannya adalah salah satu bagian sistem pembangkit yang perlu dijaga dan dicegah dari gangguan, mengingat fungsi dari penguatan itu
sendiri adalah sebagai titik awal proses pembangkitan energi listrik, yaitu untuk menghasilkan fluksi dalam pembangkitan GGL gaya gerak listrik induksi dari
alternator.
Universitas Sumatera Utara
Gambar.4.10. Suplai arus penguatan pada generator
Nilai fluksi yang dihasilkan sebanding dengan arus penguat yang diberikan, perubahan yang terjadi pada arus penguat sudah pasti pula akan
mempengaruhi nilai dari fluksi yang dihasilkan. Apabila fluksi yang dihasilkan oleh medan rotor berubah, maka akan terjadi perubahan tegangan yang
dibangkitkan pada stator, karena besar tegangan yang dihasilkan pada stator generator berbanding lurus dengan fluksi yang diinduksikan rotor. Hal ini dapat
kita lihat dari persamaan berikut :
Φ =
. .n
C E
maka ;
Φ ≈
E A
B .
= Φ
karena ; H
B .
µ =
dan
c
l i
N H
. =
Maka besarnya fluksi yang dihasilkan pada rotor adalah :
c
l A
i N
. .
. µ
= Φ
Dimana : Φ
: Fluksi yang dihasilkan B
: Fluksi magnet H
: Intensitas medan magnet A
: Luas penampang konduktor dalam hal ini stator
Universitas Sumatera Utara
N : Jumlah lilitan pada rotor
i : Arus dalam hal ini merupakan arus penguat
μ : permeabilitas bahan konduktor rotor
l
c
: Panjang konduktor rotor
IV.3.4. Load Sharing
Pada saat genset bekerja paralel satu sama lainnya, kelimanya bekerja pada kecepatan sinkron dan bekerja seperti kelimanya telah bergandengan secara
mekanik. Masing-masing generator memakai alat pengatur pembagian beban load-share control yang secara konstan menyesuaikan kecepatan governor
dengan generator. Sistem ini menyeimbangkan beban pada setiap generator.
Pada pembagian daya kelima generator, jumlah generator yang dioperasikan tergantung daripada jumlah beban yang dilayani dan set point pada
GPC. Apabila jumlah daya beban yang dilayani dibawah set point yang telah ditentukan maka akan dilakukan pemberhentian generator dan sebaliknya.
Misalnya set point yang ditentukan adalah 50 - 85, maka akan terjadi pengurangan jumlah generator yang bekerja apabila beban yang dipikul tiap
generator berada dibawah 50, dan sebaliknya akan terjadi penambahan generator yang bekerja apabila beban yang dipikul tiap generator berada diatas
85. Dan hal tersebut dapat kita hitung pada perolehan data beban harian untuk pemakaian generator pada lampiran dengan menggunakan persamaan berikut :
ϕ Cos
V I
P P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
Universitas Sumatera Utara
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Beban
Beban
. .
3
G Beban
G
N I
I
∑
=
Karena tegangan terminal V
N
setiap generator diatur sama, sehingga arus beban maka daya yang dipikul oleh generator akan sama. Sehingga daya yang dipikul
tiap generator adalah : ϕ
Cos I
V P
G N
. .
. 3
=
Berikut merupakan contoh perhitungan load sharing pada generator di PLTD, dimana data yg digunakan adalah data pada tanggal 11 Desember 2008 dari pukul
19:30 – 21:30 WIB.
JAM FREQ
Hz DAYA
TEGANGAN ARUS
Ket kVA
kW kVAR
PLN GEN
R S
T PF
19:30 50
1970 1834 852
19.5 19.1
67 68
70 0.93
G1-G5 masih
bekerja 50
1966 1825 835
19.1 57
59 60
0.93 50
2096 1956 789
19.1 60
64 65
0.93 20:30
50 1970 1834
732 19.5
19.1 57
59 60
0.93 G1
Stop 50
1966 1825 726
19.1 57
59 60
0.93 50
1864 1729 689
19.1 54
56 58
0.93 21:57
50.1 647
611 189
19.8 19.5
18 19
20 0.95
G1 G3
Stop 50
684 655
230 19.5
19 20
21 0.94
50.1 654
627 159
19.5 18
19 20
0.97
1. Pada pukul 19:30 ϕ
Cos V
I P
P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Total
Beban
. .
3
Universitas Sumatera Utara
∑
+ +
= ϕ
Cos V
P P
P I
Gen T
T T
Beban
. .
3
3 2
1
93 ,
1 ,
19 3
1956 1825
1834 ×
× +
+ =
76 ,
30 5615
=
Amp 5
, 182
= Maka besar arus beban yang dipikul oleh setiap generator adalah :
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
5 5
, 182
=
Beban
I Amp
I
Beban
5 ,
36 =
Sehingga beban yang dipikul setiap generator adalah : ϕ
Cos I
V P
Beban N
G
. .
. 3
= 93
, 5
. 36
1 .
19 3
× ×
× =
G
P
kW P
G
1123 =
Pada pukul 19:30 belum terjadi pengurangan jumlah generator yang beroperasi, hal ini disebabkan generator masih memikul beban diatas set point
pengurangan jumlah generator yang beroperasi, yakni 50 dari rating generator. Besar daya yang dimaksudkan pada set point pengurangan jumlah generator yang
bekerja adalah :
kW kVA
P kVA
P generator
Rating P
P P
GenStop GenStop
GenStop GenStop
G
930 1000
2000 50
. 50
= =
× =
× =
〈
Universitas Sumatera Utara
2. Pada pukul 20:30 ϕ
Cos V
I P
P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Total
Beban
. .
3
∑
+ +
= ϕ
Cos V
P P
P I
Gen T
T T
Beban
. .
3
3 2
1
93 ,
1 ,
19 3
1729 1825
1834 ×
× +
+ =
76 ,
30 5388
=
Amp 16
, 175
= Maka besar arus beban yang dipikul oleh setiap generator adalah :
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
5 16
, 175
=
Beban
I
Amp I
Beban
03 ,
35 =
Sehingga beban yang dipikul setiap generator adalah : ϕ
Cos I
V P
Beban N
G
. .
. 3
= 93
, 03
, 35
1 .
19 3
× ×
× =
G
P
kW P
G
7 ,
1077 =
Pada pukul 20:30 terjadi pengurangan jumlah generator yang beroperasi, yaitu generator 1, sedangkan generator masih memikul beban diatas set point
pengurangan jumlah generator yang beroperasi, yakni 50 dari rating generator.
Universitas Sumatera Utara
Hal ini disebabkan operator ingin melakukan penghematan bahan bakar mesin diesel.
Besar daya yang dimaksudkan pada set point pengurangan jumlah generator yang bekerja adalah :
kW kVA
P kVA
P generator
Rating P
P P
GenStop GenStop
GenStop GenStop
G
930 1000
2000 50
. 50
= =
× =
× =
〈
Beban yang dipikul setiap generator setelah terjadi pengurangan jumlah generator yang beroperasi adalah :
ϕ Cos
V I
P P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Total
Beban
. .
3
∑
+ +
= ϕ
Cos V
P P
P I
Gen T
T T
Beban
. .
3
3 2
1
93 ,
1 ,
19 3
1729 1825
1834 ×
× +
+ =
76 ,
30 5388
=
Amp 16
, 175
= Maka besar arus beban yang dipikul oleh setiap generator adalah :
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
4 16
, 175
=
Beban
I Amp
I
Beban
8 ,
43 =
Universitas Sumatera Utara
Sehingga beban yang dipikul setiap generator adalah : ϕ
Cos I
V P
Beban N
G
. .
. 3
= 93
, 8
, 43
1 .
19 3
× ×
× =
G
P
kW P
G
6 ,
1347 =
3. Pada pukul 21:57 ϕ
Cos V
I P
P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Total
Beban
. .
3
∑
+ +
= ϕ
Cos V
P P
P I
Gen T
T T
Beban
. .
3
3 2
1
93 ,
1 ,
19 3
627 655
611 ×
× +
+ =
76 ,
30 1893
=
Amp 54
, 61
= Maka besar arus beban yang dipikul oleh setiap generator adalah :
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
4 54
, 61
=
Beban
I
Amp I
Beban
4 ,
15 =
Sehingga beban yang dipikul generator adalah : ϕ
Cos I
V P
Beban N
G
. .
. 3
= 93
, 4
, 15
1 .
19 3
× ×
× =
G
P
Universitas Sumatera Utara
kW P
G
8 ,
473 =
Pada pukul 19:30 terjadi lagi pengurangan jumlah generator yang beroperasi, yaitu generator 3, karena beban yang dipikul oleh setiap generator
dibawah set point pengurangan jumlah generator yang beroperasi, yakni 50 dari rating generator.
Besar daya yang dimaksudkan pada set point pengurangan jumlah generator yang bekerja adalah :
kW kVA
P kVA
P generator
Rating P
P P
GenStop GenStop
GenStop GenStop
G
930 1000
2000 50
. 50
= =
× =
× =
〈
Beban yang dipikul setiap generator setelah terjadi pengurangan jumlah generator yang beroperasi adalah :
ϕ Cos
V I
P P
N Beban
beban Total
. .
3 .
∑
= =
∑
= ϕ
Cos V
P I
N Total
Beban
. .
3
∑
+ +
= ϕ
Cos V
P P
P I
Gen T
T T
Beban
. .
3
3 2
1
93 ,
1 ,
19 3
627 655
611 ×
× +
+ =
76 ,
30 1893
=
Amp 54
, 61
= Maka besar arus beban yang dipikul oleh setiap generator adalah :
G Beban
Beban
N I
I
∑
=
Universitas Sumatera Utara
3 54
, 61
=
Beban
I
Amp I
Beban
5 ,
20 =
Sehingga beban yang dipikul setiap generator adalah : ϕ
Cos I
V P
Beban N
G
. .
. 3
= 93
, 5
, 20
1 .
19 3
× ×
× =
G
P
kW P
G
7 ,
630 =
Dari data yang terdapat pada lampiran dapat kita buat kurva beban harian dan kurva beban mingguan PLTD seperti dibawah ini :
Kurva beban harian Kamis, 11 Des 2008
1000 2000
3000 4000
5000 6000
7000
8: 00
9: 00
10 :0
11 :0
12 :0
13 :0
14 :0
15 :0
16 :0
17 :0
18 :0
18 :3
19 :3
20 :3
21 :5
7
Waktu pukul
B eb
an kW
Gambar.4.11. Kurva beban harian
Kurva mingguan
4300 4400
4500 4600
4700 4800
4900 5000
8 Des 2008 9 Des 2008
10 Des 2008 11 Des 2008
Tanggal B
eb an
r at
a- rat
a h ar
ian
Gambar.4.12. Kurva beban mingguan
Universitas Sumatera Utara
IV.4. Diagram Blok pengontrolan GPC