MAKALAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (4)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Di era modern seperti sekarang, listrik merupakan salah satu
kebutuhan yang pokok bagi kehidupan. Banyak daerah-daerah
terpencil di Indonesia yang belum mendapat pasokan energi listrik
untuk kehidupan sehari-hari. Keterbatasan pasokan listrik ini
disebabkan penggunaan listrik yang berlebihan dalam kehidupan
sehari-hari baik itu di rumah tangga, perusahaan maupun industri.
Untuk menanggulangi keterbatasan pasokan listrik ini, maka banyak
didirikan pembangkit-pembangkit listrik di Indonesia, salah satunya
adalah Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Pembangkit listrik
ini (PLTD) biasanya menggunakan bahan bakar minyak bumi.
Sistem penggerak yang digunakan tanpa generator. Listrik yang
dihasilkan dari pembangkit ini mengalami proses siklus energi, yaitu
dari bahan bakar (minyak bumi) menjadi energi magnet, kemudian
baru menghasilkan energi listrik. Energi arus panas yang dihasilkan
dari pembakaran bahan bakar (minyak bumi), diubah menjadi
energi
mekanikal
yang
dapat
menggerakan
atau
memutar
generator.
Ada beberapa faktor yang dapat di jadikan pertimbangan dalam
suatu siklus energi, seperti halnya jenis sumber energi yang akan
dipakai
dalam
proses pembakaran, dan juga jenis mesin yang akan digunakan pad
a proses ini, apakah itu boiler uap atau motor diesel.
Namun di sisi lain, dengan perkembangan konsumen yang
semakin meningkat, kebutuhan akan tenaga listrik setiap hari juga
semakin meningkat. Tenaga listrik yang dibutuhkan oleh konsumen
setiap harinya tidak tetap. Hal ini akan menyebabkan beban yang
diterima
oleh
generator
akan
berubah-ubah
sehingga
akan
mempengaruhi system ketenaga listrikannya sendiri. Generator
adalah salah satu jenis mesin listrik yang digunakan sebagai alat
pembangkit energi listrik dengan cara menkonversikan energi
mekanik menjadi energi listrik. Untuk mendapatkan tegangan
terminal generator yang konstan,
maka arus jangkar dan sudut
daya harus tetap pula. Besarnya perubahan beban yang dapat
ditanggung generator perlu diketahui yang disesuaikan dengan
kemampuan generator sehingga kestabilan generator dapat dijaga.
Pembangkitan GGL induksi pada generator sinkron membutuhkan
arus penguatan (eksitasi) untuk menimbulkan fluksi magnetik pada
kutub-kutub medan generator yang terletak pada rotor. Sistem
penguatan (excitation) menentukan kestabilan tegangan yang
dihasilkan oleh generator.
1.2. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang didapat dari latar belakang
diatas adalah:
Gambaran umum dari PLTD
Pengaruh
perubahan
beban
terhadap
karakteristik
generator sinkron pada PLTD.
1.3. Tujuan Makalah
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah :
Mengetahui gambaran umum tentang sistem PLTD
Dapat mengetahui gambaran kinerja generator sinkron
tiga phasa terhadap perubahan beban daya aktif.
Dapat mengetahui batas aman kerja generator sinkron tiga
phasa.
1.4. Manfaat Makalah
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah sebagai berikut :
1.4.1. Manfaat Teoritis :
Makalah ini di harapkan mampu memberikan sumbangan
teoritis terkait Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) pada
mahasiswa maupun khalayak umum yang berkecimpung
dalam bidang listrik khususnya pada konsentrasi Listrik
Tenaga agar lebih memahami Pembangkit Listrik Tenaga
Diesel (PLTD).
1.4.2. Manfaat Praktis
A. Dapat mengetahui gambaran umum dari sistem PLTD
B. Mahasiswa dapat mengetahui gambaran kinerja generator
sinkron tiga phasa terhadap perubahan beban daya aktif.
C. Mahasiswa dapat mengetahui batas aman kerja generator
sinkron tiga phasa.
BAB II
LANDASAN TEORI
A.
GAMBARAN
UMUM
PEMBANGKIT
DIESEL (PLTD)
1. Pengertian PLTD
Pembangkit Listrik
Tenaga
LISTRIK
Diesel
TENAGA
(PLTD)
adalah
pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai
penggerak pemula (Prime Mover). Prime mover merupakan
alat yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis
yang
diperlukan
untuk
memutar
rotor
generator.
PLTD
merupakan suatu instalasi pembangkit listrik yang terdiri dari
suatu unit pembangkit (SPD) dan sarana pembangkitan. Mesin
Diesel adalah penggerak utama untuk mendapatkan energi
listrik yang kemudian dikeluarkan oleh Generator . Pada mesin
Diesel Energi Bahan bakar diubah menjadi energi mekanik
dengan proses pembakaran di dalam mesin itu sendiri. Mesin
Diesel pada saat ini sudah banyak mengalami perkembangan
dalam pemakaian untuk angkutan darat dan laut, kemudian
pembangkitan dalam daya kecil dan menengah bahkan
sampai daya besar sudah ada yang menggunakannya. Unit
PLTD adalah kesatuan peralatan-peralatan utama dan alat-alat
bantu serta perlengkapannya yang tersusun dalam hubungan
kerja, membentuk sistem untuk mengubah energi yang
terkandung didalam bahan bakar minyak menjadi tenaga
mekanis
dengan
menggunakan
mesin
diesel
sebagai
penggerak
utamanya
dan
seterusnya
tenaga
mekanis
tersebut diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. PLTD
mempunyai ukuran mulai dari 40 kW sampai puluhan MW. Jika
perkembangan pemakaian tenaga listrik telah melebihi 100
MW, penyediaan listrik yang menggunakan PLTD tidak lagi
ekonomis sehingga harus di bangun pusat listrik lain. Untuk
melayani beban PLTD dengan kapasitas di atas 100 MW akan
tidak ekonomis karena unitnya menjadi banyak, mengingat
unit PLTD yang terbesar di pasaran sekitar 12,5 MW. Unit-unit
pembangkit diesel di pasaran umumnya mempunyai putaran
(untuk frekuensi 50 Hertz) dari 300 putaran per menit sampai
dengan
1.500
putaran
per
menit
(ppm).
Dengan
memperhatikan buku petunjuk pabrik, mesin-mesin yang
mempunyai nilai ppm rendah, sampai dengan 500 ppm, dapat
menggunakan bahan bakar minyak (BBM) kualitas No. 2 yaitu
Intermediate Diesel Oil (IDO) dan kualitas No. 3 yaitu Marine
Fuel Oil (MFO). Jika memakai MFO harus di panaskan terlebih
dahulu agar tercapai viskositas yang cukup rendah. Apabila
menggunakan IDO, maka tidak perlu pemanansan terlebih
dahulu.
2. Jenis-jenis mesin diesel
a. Mesin diesel 2 langkah
Mesin diesel 2 langkah adalah mesin yang setiap
langkahnya terjadi satu kali langkah bertenaga dengan
dorongan gas hasil ledakan/pembakaran. Secara teoritis
mesin 2 Langkah dengan dimensi dan jumlah putaran per
detik yang sama seperti pada mesin 4 langkah, maka
mesin 2 langkah ini akan menghasilkan daya 2 kali lebih
besar. Namun dalam praktik, angka 2 kali lebih besar
untuk daya yang di dapat pada mesin diesel 2 langkah
tidak tercapai (hanya sekitar 1,8 kali). Hal ini disebabkan
karena pembilasan ruang bakar silinder mesin diesel 2
langkah tidak sebersih pada mesin diesel 4 langkah
sehingga proses pembakarannya tidak sempurna seperti
pada mesin diesel 4 langkah. Maka efisiensi mesin 2
langkah ini tidak sebaik efisiensi pada mesin diesel 4
langkah.Pada pemakaian bensinnya pun lebih boraos
dibanding mesin diesel 4 langkah. Mesin 2 langkah ini
biasanya lebih cocok digunakan pada keperluan yang
memerlukan
penghematan
ruangan,
seperti
pada
lokomotif kereta api atau pada kapal laut.
b. Mesin diesel 4 langkah
Mesin diesel 4 langkah merupakan mesin yang setiap
4 langkah terjadi satu kali langkah bertenaga dengan
dorongan gas hasil pembakaran/ledakan. Atau dengan
kata lain prinsip kerja mesin diesel 4 langkah adalah
proses kerja mesin untuk menghasilkan 1 kali pembakaran
(usaha/kerja) torak bergerak 4 kali. Gerakan torak yang
menghasilkan
berurutan
dan
kerja
terus
atau
usaha
menerus
berlangsung
maka
kegiatan
secara
untu
menghasilkan kerja/usaha tersebut disebut siklus. Proses
pembakaran pada mesin diesel 4 langkah lebih sempurna
daripada mesin 2 langkah, karena pada proses pembilasan
ruang bakar di silinder mesinnya bersih. Pada mesin diesel
4 langkah pemakaian bahan bakarnya lebih hemat dan
masalah ruangan pun tidak menjadi soal.
3. Prinsip kerja PLTD
Bahan bakar didalam tangki penyimpanan bahan
bakar dipompakan kedalam tanki penyimpanan
sementara namun sebelumnya disaring terlebih
dahulu.
Kemudian
disimpan
didalam
tangki
penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan
bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka
bahan bakar dari daily tank dipompakan ke
Pengabut (nozzel), disini bahan bakar dinaikan
temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan
jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG)
maka
dari
dari
daily
tank
dipompakan
ke
convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk
diatur tekanannya.
Menggunakan kompresor udara bersih dimasukan
kedalam tangki udara start melalui saluran masuk
(intake
manifold)
kemudian
dialirkan
ke
turbocharger. Didalam turbocharger tekanan dan
temperatur udara dinaikan terlebih dahulu. Udara
yang dialirkan pada umumnya sebesar 500 psi
dengan suhu mencapai ±600°C.
Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi
dimasukan kedalam ruang bakar (combustion
chamber).
Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau
nozzel
(untuk
BBM)
kemudian
diinjeksikan
kedalam ruang bakar (combustion chamber)
Didalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri,
karena proses kerjanya berdasarkan udara murni
yang
dimanfaatkan
di
dalam
silinder
pada
tekanan yang tinggi (35 – 50 atm), sehingga
temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat
itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang
bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi
titik nyala bahan bakar sehingga akan enyala
secara
otomatis
yang
menimbulkan
ledakan
bahan bakar.
Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak
torak/piston yang kemudian pada poros engkol
dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas
hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan
mendorong
poros
torak
engkol
sehingga
akandiubah
dihubungkan
menggunakan
torak
(reciprocating).
yang
dapat
bergerak
Gerak
menjadi
batang
rotasi
torak,
bolak-balik
bolak-balik
gerak
dengan
oleh
torak
poros
engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi
poros engkol juga diubah menjadi gerak bolakbalik torak pada langkah kompresi.
Poros engkol mesin diesel digunakan
menggerakan
poros
rotor
generator.
untuk
Oleh
generator energi mekanis ini dirubah menjadi
energi listrik sehingga terjadi gaya geral listrik
(ggl).
Tegangan yang dihasilkan generator dinaikan
tegangannya menggunakan trafo step up agar
energi
listrik
yang
dihasilkan
sampai
kebeban.Prinsip kerja trafo berdasarkan hukum
ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik
dapat menimbulkan medan magnet dan medan
magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada
salah satu sisi kumparan pada trafo dialiri arus
bolak-balik
maka
timbul
garis
gaya
magnet
berubah-ubah pada kumparan terjadi induksi.
Kumparan sekunder satu inti dengan kumparan
primer akan menerima garis gaya magnet dari
primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka
di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya
antara
dua
tegangan.
Menggunakan
ujung
kumparan
saluran
transmisi
terdapat
beda
energi
listrik
dihasilkan dikirim kebeban. Disisi beban tegangan
listrik diturunkan kembali menggunakan trafo step
down (jumlah lilitan sisi primer lebih banyak dari
jumlah lilitan sisi sekunder).
4. Kelebihan dan Kekurangan PLTD
1) Kelebihan PLTD
Sistem bahan bakar sederhana.
Bisa ditempatkan dekat dengan
pusat
beban.
Bisa distart dengan mudah dan cepat dan
dibebani dalam waktu singkat.
Tidak memerlukan air pendingin
yang
banyak.
Dimensi PLTD lebih kecil dibanding PLTU
untuk kapasitas yang sama.
Cara pengoprasian mudah dan memerlukan
operator yang sedikit.
Effisiensi termal PLTD lebih besar dibanding
PLTU untuk kapasitas yang sama
Dapat beroperasi sepanjang waktu selama
masih tersediannya bahan bakar.
Dalam operasinya tidak bergantung pada
alam seperti halnya PLTA.
Investasi awal pembangunan PLTD relatif
murah dibanding pembangkit listrik lain.
2) Kekurangan PLTD
Ongkos bahan bakarnya (solar) tergolong
mahal dan bergantung dengan perubahan
harga
minyak
dunia
yang
cenderung
meningkat dari tahun ke tahun.
Menimbulkan polusi udara yang ditimbulkan
dari pembakaran bahan bakar konvensional
yang kadang kurang sempurna.
Memerlukan pemeliharaan rutin.
Sistem operasi tidak efisien
bahkan
tergolong boros pada kondisi beban rendah.
Biaya pelumas tinggi.
Tidak bisa dibebani overload pada waktu
yang panjang.
Kapasitas PLTD kecil.
B.
BEBAN TENAGA LISTRIK
2.1. Karakteristik Umum Beban Listrik
Penentuan karakteristik beban listrik suatu gardu distribusi
sengat penting artinya untuk mengevaluasi pembebanan gardu
distribusi tersebut, ataupun dalam merencanakan suatu gardu
distribusi yang baru.
Karakteristik beban ini sangat memegang peranan penting
dalam memilih kapasitas transformator secara tepat dan ekonomis.
Di lain sisi sangat penting artinya dalam menentukan rating
peralatan pemutus rangkaian, analisa rugi-rugi dan menentukan
kapasitas pembebanan dan cadangan tersedia dan suatu gardu.
Karakteristik beban listrik suatu gardu sangat tergantung pada jenis
beban yang dilayaninya. Hal ini akan jelas terlihat dan hasil
pencatatan kurva beban suatu interval waktu.
Berikut ini beberapa faktor yang menentukan karaktristik
beban.
A. Factor Beban (Load factor)
Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata –
rata terhadap beban puncak yang diukur dalam suatu
periode tertentu. Beban rata – rata dan beban puncak
dapat dinyatakan dalam kilowatt, kilovolt – amper, amper
dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus sama.
Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu
biasanya dipakai harian, bulanan atau tahunan. Beban
puncak yang dimaksud disini adalah beban puncak sesaat
atau beban puncak rata-rata dalam interval tertentu
(demand maksimum), pada umumnya dipakai demand
maksimum 15 menit atau 30 menit. Definisi dari faktor
beban
ini dapat dituliskan dalam persamaan berikut ini:
Faktor
beban
dapat
diketahui
dari
kurva
bebannya.
Sedangkan untuk perkiraan besaran faktor beban di masa
yang akan datang dapat didekati dengan kata data
statistik yang ada berdasarkan jenis bebannya.
Faktor beban=
Beban rata−ratadalam periode tertentu
Beban puncak dalam periode tersebut
Bila diterapkan pada pusat pembangkit maka di dapat,
menurut definisi :
Faktor Beban=
P rata−rata
=
P puncak
P rata−rata T
×
Pp
T
dengan :
T = periode waktu Prata-rata = Beban rata – rata
dalam periode T
Pp= beban puncak yang terjadi dalam periode T
pada selang waktu tertentu (15 menit atau
30 menit).
Bila Prata dan Pp dalam kW dan T dalam jam.
Bila T dalam setahun, maka didapat faktor beban
tahunan, bila dalam satu bulan didapat faktor
beban bulanan dan bila harian, factor beban
harian.
B. Beban Harian
Faktor beban harian, bervariasi menurut karakterstik
dari daerah beban tersebut, apakah daerah pemukiman,
daerah industry, perdagangan ataupun gabungan dari
bermacam pemakai/pelanggan, juga bagimana keadaan
cuaca atau juga apakah hari libur dan sebagainya.
C. Faktor Beban Harian Rata-Rata
Faktor beban harian rata – rata , gambar 1. merupakan
dasar dari pada faktor beban tahunan total.
Gambar 1.1 Kurva beban puncak Harian
Gambar 1.2 Kurva beban puncak Bulanan
Selanjutnya, dapat dilihat beban puncak bulanan rata – rata
terhadap beban puncak tahunan, lihat gambar 1.3. misalkan Ppt =
puncak tahuanan (annual load faktor), maka ini dapat dihitung
sebagaai berikut :
Dimana :
FbTahunan =F bBulanan
P pb
P pt
×
P Ph
P Pb
×
Fbt = faktor beban tahunan
Fbh = faktor beban harian
Pph = beban puncak rata – rata harian
Ppb = beban puncak rata – rata bulanan
Ppt = beban puncak rata – rata tahunan
Gambar 1.3 Kurva beban puncak Tahunan
D. Faktor Penilaian Beban
Faktor-faktor penilaian beban adalah faktor yang dapat
memberikan gambaran mengenai karakteristik beban,
baik dari segi kuantitas pembebanannya maupun dari
segi kualitasnya. Faktor-faktor ini sangat berguna dalam
meramalkan karakteristik beban masa datang atau
dalam
menentukan
efek
pembebanan
kapasitas sistem secara menyeluruh.
a. Beban (Demand)
terhadap
Pengertian dari demand (D) dan suatu beban dapat
diartikan sebagai besar pembebanan sesaat dan
gardu pada waktu tertentu atau besar beban ratarata untuk suatu interval waktu tertentu. Interval
waktu dimana besarnya beban ingin ditentukan
disebut
:
Demand Interval
(T). Demand dapat
dinyatakan dalam KW, KVA atau KVAR.
b. Beban Maksimum (Maximum Demand)
Maximum demand (Dmax ) adalah beban rata-rata
terbesar yang terjadi pada suatu interval demand
tertentu. Jadi maximum demand ditentukan untuk
waktu tertentu dari suatu interval waktu tertentu,
misal : - maximum demand 1 jam , T = 24 jam,
dengan perkataan lain ; Dmx, 1 jam pada T = 24
jam,berarti besarnya beban rata-rata terbesar untuk
selang waktu 1 jam pada interval waktu T = 24 jam.
c. Beban Puncak (Peak Load)
Beban Puncak (Pmax) adalah nilai terbesar dari
pembebanan sesaat pada suatu interval demand
tertentu.
Untuk
dapat
memperjelas
pengertian
mengenai Demand (D), Maximum Demand (Dmax)
dan Beban Puncak (Pmax) dapat dilihat pada Gambar
1.4 dibawah ini.
Gambar 1.4 Perubahan Kebutuhan Maksimum Terhadap
Waktu
Interval Demand : T = 24 jam
Demand = Pav : D = 27 kW
Maximum Demand : Dmax, 1 jam = 95 kW
Beban Puncak : Pmax = 10 kW
d. Beban Terpasang (Connected Load)
Beban terpasang dari suatu sistem adalah jumlah
total daya dari seluruh peralatan sesuai dengan KW
atau KVA yang tertulis pada papan nama (name plat)
peralatan yang akan dilayani oleh system tersebut.
Jadi :
n
PL =∑ Pi
i=1
Dimana :
Pi
= rating KVA dari alat
i
n
= jumlah alat yang terhubung ke sistem.
2.2. Kurva Beban Dan Beban Puncak
Kepadatan
beban
selalu
dipakai
sebagai
ukuran
dalam
menentukan kebutuhan listrik. Sesuatu daerah kepadatan beban
satuannya dapat berupa MVA/km2 atau KVA/m2 umumnya satuan
yang
dipakai
maksimum)
adalah
MVA/km2.
didefenisikan
Beban
sebagai
puncak
beban
(kebutuhan
(kebutuhan)
terbesar/tertinggi yang terjadi selama periode tertentu. Periode
tertentu dapat berupa sehari, sebulan maupun dalam setahun.
Perode harian, yaitu variasi pembebanan trafo distribusi selama
sehari. Selanjutnya beban puncak harus diartikan beban rata – rata
selama selang waktu tertentu, dimana kemungkinan terjadinya
beban tersebut. Contoh, beban harian dari transformator distribusi
di mana beban puncaknya selama selang waktu 1 jam, yaitu antara
pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titikB). Nilai rata – rata kurva
A – B, merupakan kebutuhan puncaknya (kebutuhan maksimum).
Perlu diingatkan disini bahwa kebutuhan puncak (kebutuhan max)
bukan merupakan nilai sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang
waktu tertentu, biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15
menit, 30 menit atau satu jam.
Kurva Beban
Kurva beban menggambarkan variasi perbebanan terhadap
suatu gardu yang diukur dengan KW, Ampere atau KVA
Sebagai
fungsi
dari
waktu.
Interval
waktu
pengukuran
biasanya ditentukan berdasarkan pada penggunaan hasil
pengukuran, misal : interval waktu 30 menit atau 60 menit
sangat
berguna
dalam
penentuan
kapasitas
rangkaian.
Biasanya beban diukur untuk interval waktu 15 menit, 30
menit, satu hari atau 1 minggu. Kurva Beban menunjukkan
permintaan (demand) atau kebutuhan tenaga pada interval
waktu yang berlain-lainan. Dengan bantuan kurva beban kita
dapat
menentukan
besaran
dari
beban-terbesar
dan
selanjutnya kapasitas pembangkit dapat ditentukan juga.
Gambar 1.5 Pukul 5 pagi beban mulai menanjak dan mencapai
maksimum kira-kira pada pukul 8 pagi, waktu semua mesin
industri beroperasi. Hal seperti itu akan konslan sampai
menjelang habis waktu kerja, tetapi menurun pada waktu
istirahat siang. Sehabis istirahat siang akan naik lagi dan akan
menurun sekitar jam 4-5 sore.
Gambar 1.6 Beban tranportasi kota akan tinggi kira-kira pada jam 9
pagi. Akan berkurang pada jam 12 siang dan akan naik lagi
sampai kira-kira jam 5 sore.
Gambar 1.7 Beban untuk penerangan kota akan konstan dari jam 6 sore
sampai jam 6 pagi.
Gambar 1.8 Beban rumah tangga akan maksimum pada jam 6 sore
sampai kira-kira jam 12.00 malam dan akan menurun sesudah
jam 12 malam.
Gambar 1.9 adalah salah satu
contoh
kurva
beban
suatu
metropolitan
Beban Puncak
Kepadatan beban selalu
dipakai
sebagai
ukuran
dalam
menentukan
kebutuhan
listrik.
Sesuatu
daerah
kepadatan beban satuannya dapat berupa MVA/km2 atau
KVA/m2 umumnya satuan yang dipakai adalah MVA/km2.
Beban puncak (kebutuhan maksimum) didefenisikan sebagai
beban (kebutuhan) terbesar/tertinggi yang terjadi selama
periode tertentu. Periode tertentu dapat berupa sehari,
sebulan maupun dalam setahun. Perode harian, yaitu variasi
pembebanan trafo distribusi selama
sehari. Selanjutnya
beban puncak harus diartikan beban rata – rata selama selang
waktu
tertentu,
dimana
kemungkinan
terjadinya
beban
tersebut. Contoh, beban harian dari transformator distribusi di
mana beban puncaknya selama selang waktu 1 jam, yaitu
antara pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titik B). Nilai rata
– rata kurva A – B, merupakan kebutuhan puncaknya
(kebutuhan
maksimum).
Perlu
diingatkan
disini
bahwa
kebutuhan puncak (kebutuhan max) bukan merupakan nilai
sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang waktu tertentu,
biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15 menit, 30
menit atau satu jam.
C.
GENERATOR SINKRON
2.3. Pengertian Generator Sinkron
Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari
bentuk mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk
mekanik. Generator sinkron (altenator) merupakan jenis mesin
listrik yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan bolak-balik
dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh
penggerak mula (prime mover), sedangkan energi listrik diperoleh
dari proses dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada
kumparan stator dan rotornya. Generator sinkron dengan defenisi
sinkronnya,
mempunyai
makna
bahwa
frekuensi
listrik
yang
dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator tersebut.
Rotor generator sinkron yang terdiri dari belitan medan dengan
suplai arus searah akan menghasilkan medan magnet yang diputar
dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan putar rotor.
2.4. Prinsip Kerja Generator Sinkron
Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah
sebagai berikut:
Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan
dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus
searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus
searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan
menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah
tetap.
Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel
dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan
berputar pada kecepatan nominalnya.
Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan
magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan
putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada
kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang
terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetic yang
berubah-ubah
perubahan
besarnya
fluks
terhadap
magnetik
yang
waktu.
melingkupi
Adanya
suatu
kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung
kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan Persamaan
di bawah ini.
−Ndφ
dt
Eef = Cnφm
e=
Untuk
generator
sinkron
tiga
phasa, digunakan tiga
kumparan jangkar yang ditempatkan di
disusun
dalam
bentuk
tertentu,
stator
sehingga
yang
susunan
kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan
tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang
besarnya sama tapi berbeda fasa 120° satu sama lain.
2.5. Reaksi Jangkar Generator Sinkron
Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang
mengalir melalui kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada
pada celah udara hanya fluksi arus medan rotor.
Namun jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar Ia akan
mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian
mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan
berubahnya harga tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini
kemudian dikenal sebagai reaksi jangkar seperti pada gambar 2.1
berikut :
Gambar 2.1 Model reaksi jangkar
Keterangan gambar :
a. Arus jangkar ( I ) sefasa dengan GGL ( E ). Jenis beban
resistif dimana ФA tegak lurus terhadap ФF.
b. Arus jangkar (I) terdahulu Ф dari GGL (E). Jenis beban
kapasitif dimana ФA memperkuat ФF , sehingga terjadi
pengaruh pemagnetan.
c. Arus jangkar (I) terbelakang dari GGL (E). Jenis beban
Induktif dimana ФA memperlemah ФF , terjadi pengaruh
pendemagnetan.
Pengaruh yang ditimbulkannya dapat berupa distorsi, penguatan
(magnetising), maupun pelemahan (demagnetizing) fluksi arus
medan pada celah udara.
Perbedaan pengaruh yang ditimbulkan fluksi jangkar tergantung
kepada beban dan faktor daya beban, yaitu:
Untuk beban resistif (cosϕ = 1)
Pengaruh fluksi jangkar terhadap fluksi medan hanya
sebatas mendistorsinya saja tanpa pengaruh kekuatannya
(cross magnetizing)
Untuk beban induktif murni (cosϕ = 0 lag)
Arus akan tertinggal 90° dari tegangan. Fluksi yang
dihasilkan oleh arus jangkar akan melawan fluksi arus
medan.
Dengan
kata
demagnetising artinya
lain
reaksi
pengaruh
jangkar
reaksi jangkar
akan
akan
melemahkan fluksi arus medan.
Untuk beban kapasitif murni (cosϕ = 0 lead)
Arus akan mendahului tegangan sebesar 90°. Fluksi yang
dihasilkan arus jangkar akan searah dengan fluksi arus
medan sehingga reaksi jangkar yang terjadi magnetizing
artinya pengaruh reaksi jangkar akan menguatkan fluksi
arus medan.
Untuk beban tidak murni (induktif/kapasitif)
Pengaruh reaksi jangkar akan menjadi
sebagaian
magnetizing dan sebagaian demagnetizing. Saat beban
adalah kapasitif, maka reaksi jangkar akan sebagian
distortif dan sebagian magnetizing. Sementara itu saat
beban adalah induktif, maka reaksi jangkar akan sebagaian
distortif
D.
dan
sebagaian
demagnetizing.
Namun
pada
prakteknya beban umumnya adalah induktif.
EFEK PERUBAHAN BEBAN PADA GENERATOR YANG
BEROPERASI SENDIRI
Bertambahnya beban yang dilayani generator identik dengan
bertambahnya daya nyata atau daya reaktif yang mengalir dari
generator. Maka pertambahan beban akan menambah arus saluran
yang mengalir dari generator, pertambahan arus saluran ini akan
mempengaruhi nilai tegangan terminal Vt. hal yang berpengaruh
terutama oleh factor daya beban, seperti pada Gambar 13 ,
diperlihatkan diagram fasor untuk penambahan beban dengan
faktor daya tertinggal, faktor daya satu, dan faktor daya terdahulu,
dimana Vt' adalah tegangan terminal setelah beban dengan faktor
daya yang sama ditambahkan, dan Vt menyatakan tegangan
terminal pada saat awal.
Gambar 2.2 Beban Induktif
Gambar 2.3 Beban Resistif
Gambar 2.4 Beban Kapasitif
Gambar 2.2-2.4 Perubahan fasor untuk berbagai beban
yang berubah
Terlihat bahwa untuk beban induktif, pertambahan beban
akan mengurangi tegangan terminal akan mengecil. Begitu juga jika
beban resistif ditambahkan maka tegangan terminal juga akan
mengecil.
Jika
beban kapasitif
ditambahkan, maka
tegangan
terminal cenderung membesar.
Pada kondisi normal, untuk menjaga tegangan terminal agar
tetap konstan meskipun beban berubah maka dapat dilakukan
dengan mengatur nilai
Ea ,karena
Ea =K . ∅ ω , maka
Ea
dapat
dijaga konstan dengan mengatur nilai fluksi. Nilai fluksi tentu
I f . bertambahnya
dipengaruhi oleh arus medan
If
akan
menambah fluksi, begitu juga sebaliknya. Beban yang dilayani
generator
selalu
berubah-ubah.
Selain
besarnya
juga
faktor
dayanya, ini menuntut penentuan arus eksitasi yang sesuai dengan
factor dayanya untuk menghasilkan tegangan terminal generator
yang stabil. Gambar 2.5 menunjukkan contoh hubungan antara Arus
Jangkar
I1
dan Arus Medan
If
untuk tiga jenis faktor daya,
dalam hal ini generator yang dipakai memiliki tegangan kerja 24 kV
dan daya 400 MVA. Terlihat untuk arus beban yang sama, maka
arus medan yang harus diberikan berbeda-beda tergantung pada
faktor daya beban.
Gambar 2.5 Kurva Arus Jangkar Vs Arus Medan untuk tiga
faktor daya
Dapat disimpulkan untuk generator yang bekerja sendiri:
1. Daya yang disuplai generator sesuai kebutuhan beban.
2. Pengaturan governor pada generator akan mempengaruhi
frekuensi daya yang dihasilkan.
3. Pengaturan Arus Medan akan mempengaruhi nilai tegangan
terminal.
BAB III
PEMBAHASAN HASIL
A.
LAPORAN YANG DI DUKUNG DATA DESKRIPTIF
Untuk mendapatkan analisa dan perhitungan terhadap Generator
Sinkron,adapun data yang diambil adalah dari PLTD Buntok.
Data yang dipergunakan untuk proses perhitungan ini adalah
sebagai berikut:
Type
Merk
Hub Kumparan
WY 14 L061 LLT
Alsthom
Bintang (Y)
Stator
Daya Nominal
Arus Nominal
Frekuensi
Tegangan Nominal
Phasa
Putaran
37000 KVA
2034 A
50 Hz
10,5 KV
3
3000 RPM
Faktor Daya (Cos φ)
Tahanan Jangkar
0,8
0,00636 Ω
(Ra)
Reaktansi Sinkron
14,3 %
Rasio Hubung
0,42
Singkat
Tabel 1.1 Data spesifikasi dari generator sinkron yang di gunakan
pada PLTD.
3.1. Hasil Perhitungan
Beban
NO
Faktor Daya Lagging
Daya
Aktif
Ia
Ea
If
(MW)
1.
15,2
1479
6384,936
304,044
∟-
∟1,957
∟1,957
1495
6386,814
304,134
∟-
∟2,003
∟2,03
1534
6397,211
304,629
∟-
∟2,025
∟2,025
55,601
2.
15,7
54,732
3.
16,9
52,719
Tabel 1.2 Hasil Perhitungan Nilai Arus Beban, Tegangan Induksi
dan Arus Eksitasi Saat Generator diberi Beban Pada Factor Daya
Lagging.
Beban
NO
Faktor Daya Leading
Daya
Aktif
Ia
Ea
If
(MW)
1.
2.
3.
15,2
15,7
16,9
1479
6036,999
287,476
∟55,601
∟2,179
∟2,179
1495
6038,82
287,563
∟54,732
∟2,227
∟2,227
1534
6043,474
287,784
∟52,719
∟2,339
∟2,339
Tabel 1.3 Hasil Perhitungan Nilai Arus Beban, Tegangan Induksi
dan Arus Eksitasi Saat Generator diberi Beban Pada Factor Daya
Leading.
Gambar 3.1 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Medan (If) saat Faktor Daya Lagging
Gambar 3.2 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Medan (If) saat Faktor Daya Leading
Pada gambar 3.1 dan 3.2 di atas terlihat bahwa jika arus eksitasi
atau arus medan dinaikan sesuai dengan pertambahan beban,
maka ggl induksi yang terbangkitkan juga akan bertambah besar.
Dengan berobahnya arus eksitasi sehingga akan merubah tegangan
ggl induksi, yang akhirnya akan diperoleh tegangan terminal yang
tetap.
Gambar 3.3 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Lagging
Gambar 3.4 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Leading
Pada
gambar
bertambahnya
3.3 dan 3.4 di atas terlihat bahwa
semakin
beban maka
semakin
arus
beban
juga
akan
bertambah maka GGL induksi juga akan semakin bertambah sesuai
dengan
pertambahan
arus
eksitasi
terminal yang stabil atau tetap.
agar
diperoleh
tegangan
Gambar 3.5 Hubungan Antara Arus Medan (If) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Lagging
Gambar 3.6 Hubungan Antara Arus Medan (If) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Leading
Pada Gambar 4.5 dan 4.6 di atas terlihat bahwa jika arus beban
bertambah yang di akibatkan dari penambahan beban maka arus
eksitasi
juga
harus
bertambah
karena
untuk
menjaga
agar
tegangan terminal selalu dalam keadaan stabil atau konstan.
Berdasarkan hasil grafik diatas antara hubungan GGL induksi
dengan arus beban, hubungan GGL induksi dengan arus medan dan
hubungan arus medan dengan arus beban, dapat dilihat bahwa
semakin bertambahnya beban maka GGL induksi juga akan naik
dan arus eksitasi juga naik untuk menjaga agar tegangan terminal
tetap stabil. Sistem eksitasi sebagai penguatan pada generator
listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu
generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan
keluaran
generator
bergantung
pada
besarnya
arus
eksitasinya.Sistem eksitasi yang baik dapat menyebabkan sistem
mampu bertahan terhadap gangguan sehingga dapat meningkatkan
kestabilan
Saat
generator
dihubungkan
dengan
beban
akan
menyebabkan tegangan keluaran generator akan turun, karena
medan magnet yang dihasilkan dari arus penguat relative konstan.
Agar tegangan generator konstan, maka harus ada peningkatan
arus penguatan sebanding dengan kenaikan beban.
B. PEMBAHASAN ANTARA HASIL LAPANGAN, TEORI DAN
PENULIS
Berdasarkan data di atas Bertambahnya beban yang dilayani
generator identik dengan bertambahnya daya nyata atau daya
reaktif yang mengalir dari generator. Maka pertambahan beban
akan menambah arus saluran yang mengalir dari generator,
pertambahan arus saluran ini akan mempengaruhi nilai tegangan
terminal Vt. hal yang berpengaruh terutama oleh factor daya
beban, seperti pada Gambar dibawah , diperlihatkan diagram fasor
untuk penambahan beban dengan faktor daya tertinggal, faktor
daya satu, dan faktor daya terdahulu, dimana Vt' adalah tegangan
terminal
setelah
beban
dengan
faktor
daya
yang
sama
ditambahkan, dan Vt menyatakan tegangan terminal pada saat
awal.
Gambar 3.6 Beban Induktif
Gambar 3.7 Beban Resistif
Gambar 3.8 Beban Kapasitif
Terlihat bahwa untuk beban induktif, pertambahan beban
akan mengurangi tegangan terminal akan mengecil. Begitu juga jika
beban resistif ditambahkan maka tegangan terminal juga akan
mengecil.
Jika
beban kapasitif
ditambahkan, maka
tegangan
terminal cenderung membesar.
Pada kondisi normal, untuk menjaga tegangan terminal agar
tetap konstan meskipun beban berubah maka dapat dilakukan
Ea ,karena
dengan mengatur nilai
Ea =K . ∅ ω , maka
Ea
dapat
dijaga konstan dengan mengatur nilai fluksi. Nilai fluksi tentu
dipengaruhi oleh arus medan
I f . bertambahnya
If
akan
menambah fluksi, begitu juga sebaliknya. Beban yang dilayani
generator
selalu
berubah-ubah.
Selain
besarnya
juga
faktor
dayanya, ini menuntut penentuan arus eksitasi yang sesuai dengan
factor dayanya untuk menghasilkan tegangan terminal generator
yang stabil.
Dapat disimpulkan untuk generator yang bekerja sendiri:
1. Daya yang disuplai generator sesuai kebutuhan beban.
2. Pengaturan governor pada generator akan mempengaruhi
frekuensi daya yang dihasilkan.
3. Pengaturan Arus Medan akan mempengaruhi nilai tegangan
terminal.
C. INTERPRETASI
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) merupakan salah satu
pembangkit
listrik
yang
menggunakan
generator
sinkron
(Alternator) sebagai pengkonversi energi mekanik menjadi energi
listrik bolak-balik secara elektromagnetik. Energi mekanik berasal
dari
penggerak
sedangkan
mula
energi
(Prime
listrik
mover)
dihasilkan
yang
memutar
dari
proses
rotor,
induksi
elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator.
Namun dengan perkembangan konsumen yang semakin meningkat,
kebutuhan akan tenaga listrik setiap hari juga semakin meningkat.
Tenaga listrik yang dibutuhkan oleh konsumen setiap harinya tidak
tetap. Hal ini akan menyebabkan beban yang diterima oleh
generator
akan
berubah-ubah
sehingga
akan
mempengaruhi
system ketenaga listrikannya sendiri. Generator adalah salah satu
jenis mesin listrik yang digunakan sebagai alat pembangkit energi
listrik dengan cara menkonversikan energi mekanik menjadi energi
listrik. Untuk mendapatkan tegangan terminal generator yang
konstan,
maka arus jangkar dan sudut daya harus tetap pula.
Besarnya perubahan beban yang dapat ditanggung generator perlu
diketahui yang disesuaikan dengan kemampuan generator sehingga
kestabilan generator dapat dijaga. Pembangkitan GGL induksi pada
generator sinkron membutuhkan arus penguatan (eksitasi) untuk
menimbulkan fluksi magnetik pada kutub-kutub medan generator
yang
terletak
pada
rotor.
Sistem
penguatan
(excitation)
menentukan kestabilan tegangan yang dihasilkan oleh generator.
BAB IV
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Dari pembahasan hasil serta teori pendukung di atas dapat di
ambil beberapa kesimpulan :
1. Nilai GGL induksi pada factor daya lagging lebih besar dari
nilai GGL induksi pada factor daya leading. GGL induksi
yang di dapat pada saat beban puncak dari factor daya
lagging adalah 6397,211 V sedangkan GGL induksi yang di
dapat pada saat beban puncak dari factor daya leading
adalah 6043,474 V
2. Dari perbandingan hasil analisa diketahui bahwa semakin
besar beban yang ditempatkan pada sistem, maka arus
medan akan semakin besar, yaitu sebesar 304,629 pada
saat lagging dan 287,784 pada saat leading.
3. Perubahan arus beban terjadi akibat perubahan nilai beban
yang terpakai sehingga juga akan mempengaruhi nilai
tegangan yang dibangkitkan oleh generator itu sendiri.
4. Pada pengoperasian generator sinkron selalu ada batas
tertentu dari besarnya daya yang dapat dihasilkan dan
besarnya daya yang dapat dipikul oleh sebuah Analisa
Pengaruh
Perubahan
Beban
Terhadap
Karakteristik
Generator Sinkron generator sinkron agar dapat bekerja
dengan normal.
5. Pengoperasian generator dituntut suatu kestabilan agar
kinerja generator menjadi efektif dan efisien. Dengan
penentuan karakteristik generator maka didapatkan nilai
yang tepat dalam pengoperasian generator.
B. SARAN
Setelah melakukan pengumpulan, mengolah dan menganalisa
data, maka penulis menyarankan :
1. Dalam pengoperasian generator perlu selalu diperhatikan
nilai parameternya agar tidak melebihi dari kemampuan
generator sehingga kestabilan generator terjaga, tahan
lama dan dapat beroperasi secara kontinue.
2. Selalu menjaga kelayakan dari system kontrol generator
dan proteksi guna mendapatkan pengaturan yang tepat
bagi generator.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal. Dasar Tenaga Listrik, Bandung, Penerbit ITB, 1977.
[2] Bandri, Sepannur. Jurnal Teknik Elektro volume 2, No. 1, 2013
[3] Sudirham, Sudaryatno. Analisis
Sistem Tenaga, Bandung,
Darpublic, 2012
[4] Abduh, Syamsir. Teknik tegangan Tinggi, Jakarta, Salemba
Teknika, 2001
[5] Muslim, Supari dkk. Teknik Pembangkit Tenaga Listrik, Jakarta,
Kemendiknas, 2008
[6] Parsa, I made. Bahan Ajar Teknik pembangkit Energi Listrik,
Kupang, 2012
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Di era modern seperti sekarang, listrik merupakan salah satu
kebutuhan yang pokok bagi kehidupan. Banyak daerah-daerah
terpencil di Indonesia yang belum mendapat pasokan energi listrik
untuk kehidupan sehari-hari. Keterbatasan pasokan listrik ini
disebabkan penggunaan listrik yang berlebihan dalam kehidupan
sehari-hari baik itu di rumah tangga, perusahaan maupun industri.
Untuk menanggulangi keterbatasan pasokan listrik ini, maka banyak
didirikan pembangkit-pembangkit listrik di Indonesia, salah satunya
adalah Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Pembangkit listrik
ini (PLTD) biasanya menggunakan bahan bakar minyak bumi.
Sistem penggerak yang digunakan tanpa generator. Listrik yang
dihasilkan dari pembangkit ini mengalami proses siklus energi, yaitu
dari bahan bakar (minyak bumi) menjadi energi magnet, kemudian
baru menghasilkan energi listrik. Energi arus panas yang dihasilkan
dari pembakaran bahan bakar (minyak bumi), diubah menjadi
energi
mekanikal
yang
dapat
menggerakan
atau
memutar
generator.
Ada beberapa faktor yang dapat di jadikan pertimbangan dalam
suatu siklus energi, seperti halnya jenis sumber energi yang akan
dipakai
dalam
proses pembakaran, dan juga jenis mesin yang akan digunakan pad
a proses ini, apakah itu boiler uap atau motor diesel.
Namun di sisi lain, dengan perkembangan konsumen yang
semakin meningkat, kebutuhan akan tenaga listrik setiap hari juga
semakin meningkat. Tenaga listrik yang dibutuhkan oleh konsumen
setiap harinya tidak tetap. Hal ini akan menyebabkan beban yang
diterima
oleh
generator
akan
berubah-ubah
sehingga
akan
mempengaruhi system ketenaga listrikannya sendiri. Generator
adalah salah satu jenis mesin listrik yang digunakan sebagai alat
pembangkit energi listrik dengan cara menkonversikan energi
mekanik menjadi energi listrik. Untuk mendapatkan tegangan
terminal generator yang konstan,
maka arus jangkar dan sudut
daya harus tetap pula. Besarnya perubahan beban yang dapat
ditanggung generator perlu diketahui yang disesuaikan dengan
kemampuan generator sehingga kestabilan generator dapat dijaga.
Pembangkitan GGL induksi pada generator sinkron membutuhkan
arus penguatan (eksitasi) untuk menimbulkan fluksi magnetik pada
kutub-kutub medan generator yang terletak pada rotor. Sistem
penguatan (excitation) menentukan kestabilan tegangan yang
dihasilkan oleh generator.
1.2. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang didapat dari latar belakang
diatas adalah:
Gambaran umum dari PLTD
Pengaruh
perubahan
beban
terhadap
karakteristik
generator sinkron pada PLTD.
1.3. Tujuan Makalah
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah :
Mengetahui gambaran umum tentang sistem PLTD
Dapat mengetahui gambaran kinerja generator sinkron
tiga phasa terhadap perubahan beban daya aktif.
Dapat mengetahui batas aman kerja generator sinkron tiga
phasa.
1.4. Manfaat Makalah
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah sebagai berikut :
1.4.1. Manfaat Teoritis :
Makalah ini di harapkan mampu memberikan sumbangan
teoritis terkait Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) pada
mahasiswa maupun khalayak umum yang berkecimpung
dalam bidang listrik khususnya pada konsentrasi Listrik
Tenaga agar lebih memahami Pembangkit Listrik Tenaga
Diesel (PLTD).
1.4.2. Manfaat Praktis
A. Dapat mengetahui gambaran umum dari sistem PLTD
B. Mahasiswa dapat mengetahui gambaran kinerja generator
sinkron tiga phasa terhadap perubahan beban daya aktif.
C. Mahasiswa dapat mengetahui batas aman kerja generator
sinkron tiga phasa.
BAB II
LANDASAN TEORI
A.
GAMBARAN
UMUM
PEMBANGKIT
DIESEL (PLTD)
1. Pengertian PLTD
Pembangkit Listrik
Tenaga
LISTRIK
Diesel
TENAGA
(PLTD)
adalah
pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai
penggerak pemula (Prime Mover). Prime mover merupakan
alat yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis
yang
diperlukan
untuk
memutar
rotor
generator.
PLTD
merupakan suatu instalasi pembangkit listrik yang terdiri dari
suatu unit pembangkit (SPD) dan sarana pembangkitan. Mesin
Diesel adalah penggerak utama untuk mendapatkan energi
listrik yang kemudian dikeluarkan oleh Generator . Pada mesin
Diesel Energi Bahan bakar diubah menjadi energi mekanik
dengan proses pembakaran di dalam mesin itu sendiri. Mesin
Diesel pada saat ini sudah banyak mengalami perkembangan
dalam pemakaian untuk angkutan darat dan laut, kemudian
pembangkitan dalam daya kecil dan menengah bahkan
sampai daya besar sudah ada yang menggunakannya. Unit
PLTD adalah kesatuan peralatan-peralatan utama dan alat-alat
bantu serta perlengkapannya yang tersusun dalam hubungan
kerja, membentuk sistem untuk mengubah energi yang
terkandung didalam bahan bakar minyak menjadi tenaga
mekanis
dengan
menggunakan
mesin
diesel
sebagai
penggerak
utamanya
dan
seterusnya
tenaga
mekanis
tersebut diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. PLTD
mempunyai ukuran mulai dari 40 kW sampai puluhan MW. Jika
perkembangan pemakaian tenaga listrik telah melebihi 100
MW, penyediaan listrik yang menggunakan PLTD tidak lagi
ekonomis sehingga harus di bangun pusat listrik lain. Untuk
melayani beban PLTD dengan kapasitas di atas 100 MW akan
tidak ekonomis karena unitnya menjadi banyak, mengingat
unit PLTD yang terbesar di pasaran sekitar 12,5 MW. Unit-unit
pembangkit diesel di pasaran umumnya mempunyai putaran
(untuk frekuensi 50 Hertz) dari 300 putaran per menit sampai
dengan
1.500
putaran
per
menit
(ppm).
Dengan
memperhatikan buku petunjuk pabrik, mesin-mesin yang
mempunyai nilai ppm rendah, sampai dengan 500 ppm, dapat
menggunakan bahan bakar minyak (BBM) kualitas No. 2 yaitu
Intermediate Diesel Oil (IDO) dan kualitas No. 3 yaitu Marine
Fuel Oil (MFO). Jika memakai MFO harus di panaskan terlebih
dahulu agar tercapai viskositas yang cukup rendah. Apabila
menggunakan IDO, maka tidak perlu pemanansan terlebih
dahulu.
2. Jenis-jenis mesin diesel
a. Mesin diesel 2 langkah
Mesin diesel 2 langkah adalah mesin yang setiap
langkahnya terjadi satu kali langkah bertenaga dengan
dorongan gas hasil ledakan/pembakaran. Secara teoritis
mesin 2 Langkah dengan dimensi dan jumlah putaran per
detik yang sama seperti pada mesin 4 langkah, maka
mesin 2 langkah ini akan menghasilkan daya 2 kali lebih
besar. Namun dalam praktik, angka 2 kali lebih besar
untuk daya yang di dapat pada mesin diesel 2 langkah
tidak tercapai (hanya sekitar 1,8 kali). Hal ini disebabkan
karena pembilasan ruang bakar silinder mesin diesel 2
langkah tidak sebersih pada mesin diesel 4 langkah
sehingga proses pembakarannya tidak sempurna seperti
pada mesin diesel 4 langkah. Maka efisiensi mesin 2
langkah ini tidak sebaik efisiensi pada mesin diesel 4
langkah.Pada pemakaian bensinnya pun lebih boraos
dibanding mesin diesel 4 langkah. Mesin 2 langkah ini
biasanya lebih cocok digunakan pada keperluan yang
memerlukan
penghematan
ruangan,
seperti
pada
lokomotif kereta api atau pada kapal laut.
b. Mesin diesel 4 langkah
Mesin diesel 4 langkah merupakan mesin yang setiap
4 langkah terjadi satu kali langkah bertenaga dengan
dorongan gas hasil pembakaran/ledakan. Atau dengan
kata lain prinsip kerja mesin diesel 4 langkah adalah
proses kerja mesin untuk menghasilkan 1 kali pembakaran
(usaha/kerja) torak bergerak 4 kali. Gerakan torak yang
menghasilkan
berurutan
dan
kerja
terus
atau
usaha
menerus
berlangsung
maka
kegiatan
secara
untu
menghasilkan kerja/usaha tersebut disebut siklus. Proses
pembakaran pada mesin diesel 4 langkah lebih sempurna
daripada mesin 2 langkah, karena pada proses pembilasan
ruang bakar di silinder mesinnya bersih. Pada mesin diesel
4 langkah pemakaian bahan bakarnya lebih hemat dan
masalah ruangan pun tidak menjadi soal.
3. Prinsip kerja PLTD
Bahan bakar didalam tangki penyimpanan bahan
bakar dipompakan kedalam tanki penyimpanan
sementara namun sebelumnya disaring terlebih
dahulu.
Kemudian
disimpan
didalam
tangki
penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan
bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka
bahan bakar dari daily tank dipompakan ke
Pengabut (nozzel), disini bahan bakar dinaikan
temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan
jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG)
maka
dari
dari
daily
tank
dipompakan
ke
convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk
diatur tekanannya.
Menggunakan kompresor udara bersih dimasukan
kedalam tangki udara start melalui saluran masuk
(intake
manifold)
kemudian
dialirkan
ke
turbocharger. Didalam turbocharger tekanan dan
temperatur udara dinaikan terlebih dahulu. Udara
yang dialirkan pada umumnya sebesar 500 psi
dengan suhu mencapai ±600°C.
Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi
dimasukan kedalam ruang bakar (combustion
chamber).
Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau
nozzel
(untuk
BBM)
kemudian
diinjeksikan
kedalam ruang bakar (combustion chamber)
Didalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri,
karena proses kerjanya berdasarkan udara murni
yang
dimanfaatkan
di
dalam
silinder
pada
tekanan yang tinggi (35 – 50 atm), sehingga
temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat
itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang
bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi
titik nyala bahan bakar sehingga akan enyala
secara
otomatis
yang
menimbulkan
ledakan
bahan bakar.
Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak
torak/piston yang kemudian pada poros engkol
dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas
hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan
mendorong
poros
torak
engkol
sehingga
akandiubah
dihubungkan
menggunakan
torak
(reciprocating).
yang
dapat
bergerak
Gerak
menjadi
batang
rotasi
torak,
bolak-balik
bolak-balik
gerak
dengan
oleh
torak
poros
engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi
poros engkol juga diubah menjadi gerak bolakbalik torak pada langkah kompresi.
Poros engkol mesin diesel digunakan
menggerakan
poros
rotor
generator.
untuk
Oleh
generator energi mekanis ini dirubah menjadi
energi listrik sehingga terjadi gaya geral listrik
(ggl).
Tegangan yang dihasilkan generator dinaikan
tegangannya menggunakan trafo step up agar
energi
listrik
yang
dihasilkan
sampai
kebeban.Prinsip kerja trafo berdasarkan hukum
ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik
dapat menimbulkan medan magnet dan medan
magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada
salah satu sisi kumparan pada trafo dialiri arus
bolak-balik
maka
timbul
garis
gaya
magnet
berubah-ubah pada kumparan terjadi induksi.
Kumparan sekunder satu inti dengan kumparan
primer akan menerima garis gaya magnet dari
primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka
di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya
antara
dua
tegangan.
Menggunakan
ujung
kumparan
saluran
transmisi
terdapat
beda
energi
listrik
dihasilkan dikirim kebeban. Disisi beban tegangan
listrik diturunkan kembali menggunakan trafo step
down (jumlah lilitan sisi primer lebih banyak dari
jumlah lilitan sisi sekunder).
4. Kelebihan dan Kekurangan PLTD
1) Kelebihan PLTD
Sistem bahan bakar sederhana.
Bisa ditempatkan dekat dengan
pusat
beban.
Bisa distart dengan mudah dan cepat dan
dibebani dalam waktu singkat.
Tidak memerlukan air pendingin
yang
banyak.
Dimensi PLTD lebih kecil dibanding PLTU
untuk kapasitas yang sama.
Cara pengoprasian mudah dan memerlukan
operator yang sedikit.
Effisiensi termal PLTD lebih besar dibanding
PLTU untuk kapasitas yang sama
Dapat beroperasi sepanjang waktu selama
masih tersediannya bahan bakar.
Dalam operasinya tidak bergantung pada
alam seperti halnya PLTA.
Investasi awal pembangunan PLTD relatif
murah dibanding pembangkit listrik lain.
2) Kekurangan PLTD
Ongkos bahan bakarnya (solar) tergolong
mahal dan bergantung dengan perubahan
harga
minyak
dunia
yang
cenderung
meningkat dari tahun ke tahun.
Menimbulkan polusi udara yang ditimbulkan
dari pembakaran bahan bakar konvensional
yang kadang kurang sempurna.
Memerlukan pemeliharaan rutin.
Sistem operasi tidak efisien
bahkan
tergolong boros pada kondisi beban rendah.
Biaya pelumas tinggi.
Tidak bisa dibebani overload pada waktu
yang panjang.
Kapasitas PLTD kecil.
B.
BEBAN TENAGA LISTRIK
2.1. Karakteristik Umum Beban Listrik
Penentuan karakteristik beban listrik suatu gardu distribusi
sengat penting artinya untuk mengevaluasi pembebanan gardu
distribusi tersebut, ataupun dalam merencanakan suatu gardu
distribusi yang baru.
Karakteristik beban ini sangat memegang peranan penting
dalam memilih kapasitas transformator secara tepat dan ekonomis.
Di lain sisi sangat penting artinya dalam menentukan rating
peralatan pemutus rangkaian, analisa rugi-rugi dan menentukan
kapasitas pembebanan dan cadangan tersedia dan suatu gardu.
Karakteristik beban listrik suatu gardu sangat tergantung pada jenis
beban yang dilayaninya. Hal ini akan jelas terlihat dan hasil
pencatatan kurva beban suatu interval waktu.
Berikut ini beberapa faktor yang menentukan karaktristik
beban.
A. Factor Beban (Load factor)
Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata –
rata terhadap beban puncak yang diukur dalam suatu
periode tertentu. Beban rata – rata dan beban puncak
dapat dinyatakan dalam kilowatt, kilovolt – amper, amper
dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus sama.
Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu
biasanya dipakai harian, bulanan atau tahunan. Beban
puncak yang dimaksud disini adalah beban puncak sesaat
atau beban puncak rata-rata dalam interval tertentu
(demand maksimum), pada umumnya dipakai demand
maksimum 15 menit atau 30 menit. Definisi dari faktor
beban
ini dapat dituliskan dalam persamaan berikut ini:
Faktor
beban
dapat
diketahui
dari
kurva
bebannya.
Sedangkan untuk perkiraan besaran faktor beban di masa
yang akan datang dapat didekati dengan kata data
statistik yang ada berdasarkan jenis bebannya.
Faktor beban=
Beban rata−ratadalam periode tertentu
Beban puncak dalam periode tersebut
Bila diterapkan pada pusat pembangkit maka di dapat,
menurut definisi :
Faktor Beban=
P rata−rata
=
P puncak
P rata−rata T
×
Pp
T
dengan :
T = periode waktu Prata-rata = Beban rata – rata
dalam periode T
Pp= beban puncak yang terjadi dalam periode T
pada selang waktu tertentu (15 menit atau
30 menit).
Bila Prata dan Pp dalam kW dan T dalam jam.
Bila T dalam setahun, maka didapat faktor beban
tahunan, bila dalam satu bulan didapat faktor
beban bulanan dan bila harian, factor beban
harian.
B. Beban Harian
Faktor beban harian, bervariasi menurut karakterstik
dari daerah beban tersebut, apakah daerah pemukiman,
daerah industry, perdagangan ataupun gabungan dari
bermacam pemakai/pelanggan, juga bagimana keadaan
cuaca atau juga apakah hari libur dan sebagainya.
C. Faktor Beban Harian Rata-Rata
Faktor beban harian rata – rata , gambar 1. merupakan
dasar dari pada faktor beban tahunan total.
Gambar 1.1 Kurva beban puncak Harian
Gambar 1.2 Kurva beban puncak Bulanan
Selanjutnya, dapat dilihat beban puncak bulanan rata – rata
terhadap beban puncak tahunan, lihat gambar 1.3. misalkan Ppt =
puncak tahuanan (annual load faktor), maka ini dapat dihitung
sebagaai berikut :
Dimana :
FbTahunan =F bBulanan
P pb
P pt
×
P Ph
P Pb
×
Fbt = faktor beban tahunan
Fbh = faktor beban harian
Pph = beban puncak rata – rata harian
Ppb = beban puncak rata – rata bulanan
Ppt = beban puncak rata – rata tahunan
Gambar 1.3 Kurva beban puncak Tahunan
D. Faktor Penilaian Beban
Faktor-faktor penilaian beban adalah faktor yang dapat
memberikan gambaran mengenai karakteristik beban,
baik dari segi kuantitas pembebanannya maupun dari
segi kualitasnya. Faktor-faktor ini sangat berguna dalam
meramalkan karakteristik beban masa datang atau
dalam
menentukan
efek
pembebanan
kapasitas sistem secara menyeluruh.
a. Beban (Demand)
terhadap
Pengertian dari demand (D) dan suatu beban dapat
diartikan sebagai besar pembebanan sesaat dan
gardu pada waktu tertentu atau besar beban ratarata untuk suatu interval waktu tertentu. Interval
waktu dimana besarnya beban ingin ditentukan
disebut
:
Demand Interval
(T). Demand dapat
dinyatakan dalam KW, KVA atau KVAR.
b. Beban Maksimum (Maximum Demand)
Maximum demand (Dmax ) adalah beban rata-rata
terbesar yang terjadi pada suatu interval demand
tertentu. Jadi maximum demand ditentukan untuk
waktu tertentu dari suatu interval waktu tertentu,
misal : - maximum demand 1 jam , T = 24 jam,
dengan perkataan lain ; Dmx, 1 jam pada T = 24
jam,berarti besarnya beban rata-rata terbesar untuk
selang waktu 1 jam pada interval waktu T = 24 jam.
c. Beban Puncak (Peak Load)
Beban Puncak (Pmax) adalah nilai terbesar dari
pembebanan sesaat pada suatu interval demand
tertentu.
Untuk
dapat
memperjelas
pengertian
mengenai Demand (D), Maximum Demand (Dmax)
dan Beban Puncak (Pmax) dapat dilihat pada Gambar
1.4 dibawah ini.
Gambar 1.4 Perubahan Kebutuhan Maksimum Terhadap
Waktu
Interval Demand : T = 24 jam
Demand = Pav : D = 27 kW
Maximum Demand : Dmax, 1 jam = 95 kW
Beban Puncak : Pmax = 10 kW
d. Beban Terpasang (Connected Load)
Beban terpasang dari suatu sistem adalah jumlah
total daya dari seluruh peralatan sesuai dengan KW
atau KVA yang tertulis pada papan nama (name plat)
peralatan yang akan dilayani oleh system tersebut.
Jadi :
n
PL =∑ Pi
i=1
Dimana :
Pi
= rating KVA dari alat
i
n
= jumlah alat yang terhubung ke sistem.
2.2. Kurva Beban Dan Beban Puncak
Kepadatan
beban
selalu
dipakai
sebagai
ukuran
dalam
menentukan kebutuhan listrik. Sesuatu daerah kepadatan beban
satuannya dapat berupa MVA/km2 atau KVA/m2 umumnya satuan
yang
dipakai
maksimum)
adalah
MVA/km2.
didefenisikan
Beban
sebagai
puncak
beban
(kebutuhan
(kebutuhan)
terbesar/tertinggi yang terjadi selama periode tertentu. Periode
tertentu dapat berupa sehari, sebulan maupun dalam setahun.
Perode harian, yaitu variasi pembebanan trafo distribusi selama
sehari. Selanjutnya beban puncak harus diartikan beban rata – rata
selama selang waktu tertentu, dimana kemungkinan terjadinya
beban tersebut. Contoh, beban harian dari transformator distribusi
di mana beban puncaknya selama selang waktu 1 jam, yaitu antara
pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titikB). Nilai rata – rata kurva
A – B, merupakan kebutuhan puncaknya (kebutuhan maksimum).
Perlu diingatkan disini bahwa kebutuhan puncak (kebutuhan max)
bukan merupakan nilai sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang
waktu tertentu, biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15
menit, 30 menit atau satu jam.
Kurva Beban
Kurva beban menggambarkan variasi perbebanan terhadap
suatu gardu yang diukur dengan KW, Ampere atau KVA
Sebagai
fungsi
dari
waktu.
Interval
waktu
pengukuran
biasanya ditentukan berdasarkan pada penggunaan hasil
pengukuran, misal : interval waktu 30 menit atau 60 menit
sangat
berguna
dalam
penentuan
kapasitas
rangkaian.
Biasanya beban diukur untuk interval waktu 15 menit, 30
menit, satu hari atau 1 minggu. Kurva Beban menunjukkan
permintaan (demand) atau kebutuhan tenaga pada interval
waktu yang berlain-lainan. Dengan bantuan kurva beban kita
dapat
menentukan
besaran
dari
beban-terbesar
dan
selanjutnya kapasitas pembangkit dapat ditentukan juga.
Gambar 1.5 Pukul 5 pagi beban mulai menanjak dan mencapai
maksimum kira-kira pada pukul 8 pagi, waktu semua mesin
industri beroperasi. Hal seperti itu akan konslan sampai
menjelang habis waktu kerja, tetapi menurun pada waktu
istirahat siang. Sehabis istirahat siang akan naik lagi dan akan
menurun sekitar jam 4-5 sore.
Gambar 1.6 Beban tranportasi kota akan tinggi kira-kira pada jam 9
pagi. Akan berkurang pada jam 12 siang dan akan naik lagi
sampai kira-kira jam 5 sore.
Gambar 1.7 Beban untuk penerangan kota akan konstan dari jam 6 sore
sampai jam 6 pagi.
Gambar 1.8 Beban rumah tangga akan maksimum pada jam 6 sore
sampai kira-kira jam 12.00 malam dan akan menurun sesudah
jam 12 malam.
Gambar 1.9 adalah salah satu
contoh
kurva
beban
suatu
metropolitan
Beban Puncak
Kepadatan beban selalu
dipakai
sebagai
ukuran
dalam
menentukan
kebutuhan
listrik.
Sesuatu
daerah
kepadatan beban satuannya dapat berupa MVA/km2 atau
KVA/m2 umumnya satuan yang dipakai adalah MVA/km2.
Beban puncak (kebutuhan maksimum) didefenisikan sebagai
beban (kebutuhan) terbesar/tertinggi yang terjadi selama
periode tertentu. Periode tertentu dapat berupa sehari,
sebulan maupun dalam setahun. Perode harian, yaitu variasi
pembebanan trafo distribusi selama
sehari. Selanjutnya
beban puncak harus diartikan beban rata – rata selama selang
waktu
tertentu,
dimana
kemungkinan
terjadinya
beban
tersebut. Contoh, beban harian dari transformator distribusi di
mana beban puncaknya selama selang waktu 1 jam, yaitu
antara pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titik B). Nilai rata
– rata kurva A – B, merupakan kebutuhan puncaknya
(kebutuhan
maksimum).
Perlu
diingatkan
disini
bahwa
kebutuhan puncak (kebutuhan max) bukan merupakan nilai
sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang waktu tertentu,
biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15 menit, 30
menit atau satu jam.
C.
GENERATOR SINKRON
2.3. Pengertian Generator Sinkron
Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari
bentuk mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk
mekanik. Generator sinkron (altenator) merupakan jenis mesin
listrik yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan bolak-balik
dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh
penggerak mula (prime mover), sedangkan energi listrik diperoleh
dari proses dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada
kumparan stator dan rotornya. Generator sinkron dengan defenisi
sinkronnya,
mempunyai
makna
bahwa
frekuensi
listrik
yang
dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator tersebut.
Rotor generator sinkron yang terdiri dari belitan medan dengan
suplai arus searah akan menghasilkan medan magnet yang diputar
dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan putar rotor.
2.4. Prinsip Kerja Generator Sinkron
Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah
sebagai berikut:
Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan
dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus
searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus
searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan
menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah
tetap.
Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel
dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan
berputar pada kecepatan nominalnya.
Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan
magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan
putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada
kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang
terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetic yang
berubah-ubah
perubahan
besarnya
fluks
terhadap
magnetik
yang
waktu.
melingkupi
Adanya
suatu
kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung
kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan Persamaan
di bawah ini.
−Ndφ
dt
Eef = Cnφm
e=
Untuk
generator
sinkron
tiga
phasa, digunakan tiga
kumparan jangkar yang ditempatkan di
disusun
dalam
bentuk
tertentu,
stator
sehingga
yang
susunan
kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan
tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang
besarnya sama tapi berbeda fasa 120° satu sama lain.
2.5. Reaksi Jangkar Generator Sinkron
Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang
mengalir melalui kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada
pada celah udara hanya fluksi arus medan rotor.
Namun jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar Ia akan
mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian
mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan
berubahnya harga tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini
kemudian dikenal sebagai reaksi jangkar seperti pada gambar 2.1
berikut :
Gambar 2.1 Model reaksi jangkar
Keterangan gambar :
a. Arus jangkar ( I ) sefasa dengan GGL ( E ). Jenis beban
resistif dimana ФA tegak lurus terhadap ФF.
b. Arus jangkar (I) terdahulu Ф dari GGL (E). Jenis beban
kapasitif dimana ФA memperkuat ФF , sehingga terjadi
pengaruh pemagnetan.
c. Arus jangkar (I) terbelakang dari GGL (E). Jenis beban
Induktif dimana ФA memperlemah ФF , terjadi pengaruh
pendemagnetan.
Pengaruh yang ditimbulkannya dapat berupa distorsi, penguatan
(magnetising), maupun pelemahan (demagnetizing) fluksi arus
medan pada celah udara.
Perbedaan pengaruh yang ditimbulkan fluksi jangkar tergantung
kepada beban dan faktor daya beban, yaitu:
Untuk beban resistif (cosϕ = 1)
Pengaruh fluksi jangkar terhadap fluksi medan hanya
sebatas mendistorsinya saja tanpa pengaruh kekuatannya
(cross magnetizing)
Untuk beban induktif murni (cosϕ = 0 lag)
Arus akan tertinggal 90° dari tegangan. Fluksi yang
dihasilkan oleh arus jangkar akan melawan fluksi arus
medan.
Dengan
kata
demagnetising artinya
lain
reaksi
pengaruh
jangkar
reaksi jangkar
akan
akan
melemahkan fluksi arus medan.
Untuk beban kapasitif murni (cosϕ = 0 lead)
Arus akan mendahului tegangan sebesar 90°. Fluksi yang
dihasilkan arus jangkar akan searah dengan fluksi arus
medan sehingga reaksi jangkar yang terjadi magnetizing
artinya pengaruh reaksi jangkar akan menguatkan fluksi
arus medan.
Untuk beban tidak murni (induktif/kapasitif)
Pengaruh reaksi jangkar akan menjadi
sebagaian
magnetizing dan sebagaian demagnetizing. Saat beban
adalah kapasitif, maka reaksi jangkar akan sebagian
distortif dan sebagian magnetizing. Sementara itu saat
beban adalah induktif, maka reaksi jangkar akan sebagaian
distortif
D.
dan
sebagaian
demagnetizing.
Namun
pada
prakteknya beban umumnya adalah induktif.
EFEK PERUBAHAN BEBAN PADA GENERATOR YANG
BEROPERASI SENDIRI
Bertambahnya beban yang dilayani generator identik dengan
bertambahnya daya nyata atau daya reaktif yang mengalir dari
generator. Maka pertambahan beban akan menambah arus saluran
yang mengalir dari generator, pertambahan arus saluran ini akan
mempengaruhi nilai tegangan terminal Vt. hal yang berpengaruh
terutama oleh factor daya beban, seperti pada Gambar 13 ,
diperlihatkan diagram fasor untuk penambahan beban dengan
faktor daya tertinggal, faktor daya satu, dan faktor daya terdahulu,
dimana Vt' adalah tegangan terminal setelah beban dengan faktor
daya yang sama ditambahkan, dan Vt menyatakan tegangan
terminal pada saat awal.
Gambar 2.2 Beban Induktif
Gambar 2.3 Beban Resistif
Gambar 2.4 Beban Kapasitif
Gambar 2.2-2.4 Perubahan fasor untuk berbagai beban
yang berubah
Terlihat bahwa untuk beban induktif, pertambahan beban
akan mengurangi tegangan terminal akan mengecil. Begitu juga jika
beban resistif ditambahkan maka tegangan terminal juga akan
mengecil.
Jika
beban kapasitif
ditambahkan, maka
tegangan
terminal cenderung membesar.
Pada kondisi normal, untuk menjaga tegangan terminal agar
tetap konstan meskipun beban berubah maka dapat dilakukan
dengan mengatur nilai
Ea ,karena
Ea =K . ∅ ω , maka
Ea
dapat
dijaga konstan dengan mengatur nilai fluksi. Nilai fluksi tentu
I f . bertambahnya
dipengaruhi oleh arus medan
If
akan
menambah fluksi, begitu juga sebaliknya. Beban yang dilayani
generator
selalu
berubah-ubah.
Selain
besarnya
juga
faktor
dayanya, ini menuntut penentuan arus eksitasi yang sesuai dengan
factor dayanya untuk menghasilkan tegangan terminal generator
yang stabil. Gambar 2.5 menunjukkan contoh hubungan antara Arus
Jangkar
I1
dan Arus Medan
If
untuk tiga jenis faktor daya,
dalam hal ini generator yang dipakai memiliki tegangan kerja 24 kV
dan daya 400 MVA. Terlihat untuk arus beban yang sama, maka
arus medan yang harus diberikan berbeda-beda tergantung pada
faktor daya beban.
Gambar 2.5 Kurva Arus Jangkar Vs Arus Medan untuk tiga
faktor daya
Dapat disimpulkan untuk generator yang bekerja sendiri:
1. Daya yang disuplai generator sesuai kebutuhan beban.
2. Pengaturan governor pada generator akan mempengaruhi
frekuensi daya yang dihasilkan.
3. Pengaturan Arus Medan akan mempengaruhi nilai tegangan
terminal.
BAB III
PEMBAHASAN HASIL
A.
LAPORAN YANG DI DUKUNG DATA DESKRIPTIF
Untuk mendapatkan analisa dan perhitungan terhadap Generator
Sinkron,adapun data yang diambil adalah dari PLTD Buntok.
Data yang dipergunakan untuk proses perhitungan ini adalah
sebagai berikut:
Type
Merk
Hub Kumparan
WY 14 L061 LLT
Alsthom
Bintang (Y)
Stator
Daya Nominal
Arus Nominal
Frekuensi
Tegangan Nominal
Phasa
Putaran
37000 KVA
2034 A
50 Hz
10,5 KV
3
3000 RPM
Faktor Daya (Cos φ)
Tahanan Jangkar
0,8
0,00636 Ω
(Ra)
Reaktansi Sinkron
14,3 %
Rasio Hubung
0,42
Singkat
Tabel 1.1 Data spesifikasi dari generator sinkron yang di gunakan
pada PLTD.
3.1. Hasil Perhitungan
Beban
NO
Faktor Daya Lagging
Daya
Aktif
Ia
Ea
If
(MW)
1.
15,2
1479
6384,936
304,044
∟-
∟1,957
∟1,957
1495
6386,814
304,134
∟-
∟2,003
∟2,03
1534
6397,211
304,629
∟-
∟2,025
∟2,025
55,601
2.
15,7
54,732
3.
16,9
52,719
Tabel 1.2 Hasil Perhitungan Nilai Arus Beban, Tegangan Induksi
dan Arus Eksitasi Saat Generator diberi Beban Pada Factor Daya
Lagging.
Beban
NO
Faktor Daya Leading
Daya
Aktif
Ia
Ea
If
(MW)
1.
2.
3.
15,2
15,7
16,9
1479
6036,999
287,476
∟55,601
∟2,179
∟2,179
1495
6038,82
287,563
∟54,732
∟2,227
∟2,227
1534
6043,474
287,784
∟52,719
∟2,339
∟2,339
Tabel 1.3 Hasil Perhitungan Nilai Arus Beban, Tegangan Induksi
dan Arus Eksitasi Saat Generator diberi Beban Pada Factor Daya
Leading.
Gambar 3.1 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Medan (If) saat Faktor Daya Lagging
Gambar 3.2 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Medan (If) saat Faktor Daya Leading
Pada gambar 3.1 dan 3.2 di atas terlihat bahwa jika arus eksitasi
atau arus medan dinaikan sesuai dengan pertambahan beban,
maka ggl induksi yang terbangkitkan juga akan bertambah besar.
Dengan berobahnya arus eksitasi sehingga akan merubah tegangan
ggl induksi, yang akhirnya akan diperoleh tegangan terminal yang
tetap.
Gambar 3.3 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Lagging
Gambar 3.4 Hubungan antara GGL Induksi (Ea) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Leading
Pada
gambar
bertambahnya
3.3 dan 3.4 di atas terlihat bahwa
semakin
beban maka
semakin
arus
beban
juga
akan
bertambah maka GGL induksi juga akan semakin bertambah sesuai
dengan
pertambahan
arus
eksitasi
terminal yang stabil atau tetap.
agar
diperoleh
tegangan
Gambar 3.5 Hubungan Antara Arus Medan (If) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Lagging
Gambar 3.6 Hubungan Antara Arus Medan (If) Terhadap Arus
Beban (Ia) saat Faktor Daya Leading
Pada Gambar 4.5 dan 4.6 di atas terlihat bahwa jika arus beban
bertambah yang di akibatkan dari penambahan beban maka arus
eksitasi
juga
harus
bertambah
karena
untuk
menjaga
agar
tegangan terminal selalu dalam keadaan stabil atau konstan.
Berdasarkan hasil grafik diatas antara hubungan GGL induksi
dengan arus beban, hubungan GGL induksi dengan arus medan dan
hubungan arus medan dengan arus beban, dapat dilihat bahwa
semakin bertambahnya beban maka GGL induksi juga akan naik
dan arus eksitasi juga naik untuk menjaga agar tegangan terminal
tetap stabil. Sistem eksitasi sebagai penguatan pada generator
listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu
generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan
keluaran
generator
bergantung
pada
besarnya
arus
eksitasinya.Sistem eksitasi yang baik dapat menyebabkan sistem
mampu bertahan terhadap gangguan sehingga dapat meningkatkan
kestabilan
Saat
generator
dihubungkan
dengan
beban
akan
menyebabkan tegangan keluaran generator akan turun, karena
medan magnet yang dihasilkan dari arus penguat relative konstan.
Agar tegangan generator konstan, maka harus ada peningkatan
arus penguatan sebanding dengan kenaikan beban.
B. PEMBAHASAN ANTARA HASIL LAPANGAN, TEORI DAN
PENULIS
Berdasarkan data di atas Bertambahnya beban yang dilayani
generator identik dengan bertambahnya daya nyata atau daya
reaktif yang mengalir dari generator. Maka pertambahan beban
akan menambah arus saluran yang mengalir dari generator,
pertambahan arus saluran ini akan mempengaruhi nilai tegangan
terminal Vt. hal yang berpengaruh terutama oleh factor daya
beban, seperti pada Gambar dibawah , diperlihatkan diagram fasor
untuk penambahan beban dengan faktor daya tertinggal, faktor
daya satu, dan faktor daya terdahulu, dimana Vt' adalah tegangan
terminal
setelah
beban
dengan
faktor
daya
yang
sama
ditambahkan, dan Vt menyatakan tegangan terminal pada saat
awal.
Gambar 3.6 Beban Induktif
Gambar 3.7 Beban Resistif
Gambar 3.8 Beban Kapasitif
Terlihat bahwa untuk beban induktif, pertambahan beban
akan mengurangi tegangan terminal akan mengecil. Begitu juga jika
beban resistif ditambahkan maka tegangan terminal juga akan
mengecil.
Jika
beban kapasitif
ditambahkan, maka
tegangan
terminal cenderung membesar.
Pada kondisi normal, untuk menjaga tegangan terminal agar
tetap konstan meskipun beban berubah maka dapat dilakukan
Ea ,karena
dengan mengatur nilai
Ea =K . ∅ ω , maka
Ea
dapat
dijaga konstan dengan mengatur nilai fluksi. Nilai fluksi tentu
dipengaruhi oleh arus medan
I f . bertambahnya
If
akan
menambah fluksi, begitu juga sebaliknya. Beban yang dilayani
generator
selalu
berubah-ubah.
Selain
besarnya
juga
faktor
dayanya, ini menuntut penentuan arus eksitasi yang sesuai dengan
factor dayanya untuk menghasilkan tegangan terminal generator
yang stabil.
Dapat disimpulkan untuk generator yang bekerja sendiri:
1. Daya yang disuplai generator sesuai kebutuhan beban.
2. Pengaturan governor pada generator akan mempengaruhi
frekuensi daya yang dihasilkan.
3. Pengaturan Arus Medan akan mempengaruhi nilai tegangan
terminal.
C. INTERPRETASI
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) merupakan salah satu
pembangkit
listrik
yang
menggunakan
generator
sinkron
(Alternator) sebagai pengkonversi energi mekanik menjadi energi
listrik bolak-balik secara elektromagnetik. Energi mekanik berasal
dari
penggerak
sedangkan
mula
energi
(Prime
listrik
mover)
dihasilkan
yang
memutar
dari
proses
rotor,
induksi
elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator.
Namun dengan perkembangan konsumen yang semakin meningkat,
kebutuhan akan tenaga listrik setiap hari juga semakin meningkat.
Tenaga listrik yang dibutuhkan oleh konsumen setiap harinya tidak
tetap. Hal ini akan menyebabkan beban yang diterima oleh
generator
akan
berubah-ubah
sehingga
akan
mempengaruhi
system ketenaga listrikannya sendiri. Generator adalah salah satu
jenis mesin listrik yang digunakan sebagai alat pembangkit energi
listrik dengan cara menkonversikan energi mekanik menjadi energi
listrik. Untuk mendapatkan tegangan terminal generator yang
konstan,
maka arus jangkar dan sudut daya harus tetap pula.
Besarnya perubahan beban yang dapat ditanggung generator perlu
diketahui yang disesuaikan dengan kemampuan generator sehingga
kestabilan generator dapat dijaga. Pembangkitan GGL induksi pada
generator sinkron membutuhkan arus penguatan (eksitasi) untuk
menimbulkan fluksi magnetik pada kutub-kutub medan generator
yang
terletak
pada
rotor.
Sistem
penguatan
(excitation)
menentukan kestabilan tegangan yang dihasilkan oleh generator.
BAB IV
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Dari pembahasan hasil serta teori pendukung di atas dapat di
ambil beberapa kesimpulan :
1. Nilai GGL induksi pada factor daya lagging lebih besar dari
nilai GGL induksi pada factor daya leading. GGL induksi
yang di dapat pada saat beban puncak dari factor daya
lagging adalah 6397,211 V sedangkan GGL induksi yang di
dapat pada saat beban puncak dari factor daya leading
adalah 6043,474 V
2. Dari perbandingan hasil analisa diketahui bahwa semakin
besar beban yang ditempatkan pada sistem, maka arus
medan akan semakin besar, yaitu sebesar 304,629 pada
saat lagging dan 287,784 pada saat leading.
3. Perubahan arus beban terjadi akibat perubahan nilai beban
yang terpakai sehingga juga akan mempengaruhi nilai
tegangan yang dibangkitkan oleh generator itu sendiri.
4. Pada pengoperasian generator sinkron selalu ada batas
tertentu dari besarnya daya yang dapat dihasilkan dan
besarnya daya yang dapat dipikul oleh sebuah Analisa
Pengaruh
Perubahan
Beban
Terhadap
Karakteristik
Generator Sinkron generator sinkron agar dapat bekerja
dengan normal.
5. Pengoperasian generator dituntut suatu kestabilan agar
kinerja generator menjadi efektif dan efisien. Dengan
penentuan karakteristik generator maka didapatkan nilai
yang tepat dalam pengoperasian generator.
B. SARAN
Setelah melakukan pengumpulan, mengolah dan menganalisa
data, maka penulis menyarankan :
1. Dalam pengoperasian generator perlu selalu diperhatikan
nilai parameternya agar tidak melebihi dari kemampuan
generator sehingga kestabilan generator terjaga, tahan
lama dan dapat beroperasi secara kontinue.
2. Selalu menjaga kelayakan dari system kontrol generator
dan proteksi guna mendapatkan pengaturan yang tepat
bagi generator.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal. Dasar Tenaga Listrik, Bandung, Penerbit ITB, 1977.
[2] Bandri, Sepannur. Jurnal Teknik Elektro volume 2, No. 1, 2013
[3] Sudirham, Sudaryatno. Analisis
Sistem Tenaga, Bandung,
Darpublic, 2012
[4] Abduh, Syamsir. Teknik tegangan Tinggi, Jakarta, Salemba
Teknika, 2001
[5] Muslim, Supari dkk. Teknik Pembangkit Tenaga Listrik, Jakarta,
Kemendiknas, 2008
[6] Parsa, I made. Bahan Ajar Teknik pembangkit Energi Listrik,
Kupang, 2012