Prinsip pembagian daya pada generator

• 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