STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN (1)

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN OLEH :

Nama : RONNY SAMUEL SIANTURI

NIM

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN

Oleh : RONNY SAMUEL SIANTURI NIM : 050422006

Disetujui oleh :

Pembimbing

Ir. SATRIA GINTING NIP : 131 836 676

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : 131 459 554

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

ABSTRAK

PT. Musim Mas KIM 2 Medan adalah perusahaan pengolahan CPO (Crude Palm Oil) menjadi beberapa bahan jadi seperti sabun, minyak makan, dan beberapa bahan-bahan kimia lainnya yang masih berupa bahan baku untuk diolah seperti fatty acid, alkohol, dan lain sebagainya.

Di dalam melakukan proses produksinya, perusahaan ini memiliki pembangkit sendiri yaitu berupa Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Sedangkan sumber listrik dari PT. PLN Persero hanya bisa memberikan daya sebesar 2000 kW. Untuk unit PLTU, perusahaan ini memiliki empat unit mesin PLTU dengan kapasitas daya yang diberikan berbeda-beda. Untuk unit PLTU 1 atau perusahaan ini menyebutnya dengan nama Turbin 1 memiliki kapasitas sebesar 2400 kW, untuk PLTU 2 atau Turbin 2 kapasitasnya adalah 3400 kW, Turbin 3 kapasitasnya 4000 kW sedangkan yang terakhir adalah Turbin 4 dengan kapasitas 10 MW. Untuk unit PLTD terdiri dari tujuh unit mesin yang terdiri dari 2 unit merek SKL dengan masing-masing kapasitas 2800 kVA, 1 unit merek Caterpilliar dengan kapasitas daya 2050 kVA, 4 unit merek MTU dengan kapasitas masing – masing 500 kVA dan untuk masing-masing generator diesel memiliki factor daya 0,8.

Kedua jenis mesin pembangkit ini ( PLTU dan PLTD) beroperasi tidak secara bersamaan, karena disesuaikan dengan kebutuhan daya pada perusahaan ini. Untuk PLTU yang beroperasi secara terus-menerus hanya 2 unit yaitu Turbin

2 dan Turbin 4 sedangkan Turbin 1 dan Turbin 3 berfungsi sebagai cadangan jika terjadi kekurangan daya. Untuk unit PLTD, biasanya digunakan untuk change 2 dan Turbin 4 sedangkan Turbin 1 dan Turbin 3 berfungsi sebagai cadangan jika terjadi kekurangan daya. Untuk unit PLTD, biasanya digunakan untuk change

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan pertolongan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah :

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstension Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.

Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta dan seluruh keluarga yang telah memberikan bantuan baik material maupun moril sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Satria Ginting selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstension USU.

4. Bapak Ir. R Sugih Arto Yusuf selaku Dosen Wali penulis.

5. Para dosen dan seluruh staff pengajar dan pegawai di Jurusan Teknik Elektro USU.

6. Seluruh rekan kerja di bagian Pembangkit Listrik dan Electrical Instrument di PT. Musim Mas KIM 2 Medan.

7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro ekstension stambuk ’05 yang telah membantu penulis baik dalam perkuliahan maupun penyelesaian Tugas Akhir ini.

8. Seluruh teman sepelayanan di Departemen Profetik Blessing Community Gereja Kristen Baithani khususnya abang Timothius Ginting selaku pembimbing rohani penulis.

9. dan buat seseorang yang istimewa yang selalu menemani penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna

disebabkan keterbatasan dari penulis. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata semoga laporan ini beermanfaat bagi mahasiswa Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU khususnya dan seluruh pembaca pada umumnya.

Medan, Februari 2009

Penulis

III.3 Operasional PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan..................................87

III.4 Operasi Paralel Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan....................91 BAB IV

PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT

IV.1 Beban Yang Dipikul Pembangkit...............................................................98

IV.2 Pembagian Beban Pembangkit.................................................................101

IV.3 Biaya Operasional PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN………..112 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan..............................................................................................118

V.2 Saran.........................................................................................................118 DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................120

Gambar III.3 : Sistem Kerja Injector.......................................................70 Gambar III.4

: Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................71 Gambar III.5

: Konstruksi Turbin............................................................72 Gambar III.6

: Turbin Tipe Back Pressure……………………………..73 Gambar III.7

: Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................74 Gambar III.8

: Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan............75 Gambar III.9

: Sistem Turbin 2 PT. Musim Mas KIM II Medan............84 Gambar III.10

: Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II Medan...............................................................................88 Gambar III.11

: Panel Sinkron...................................................................91 Gambar III.12

: Panel Bus Bar...................................................................92 Gambar III.13

: Diagram Satu Garis PT. Musim Mas...............................95 Gambar III.14

: Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan)..............96 Gambar IV.1

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 09.00....103 Gambar IV.2

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 10.00....105 Gambar IV.3

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 11.00....107 Gambar IV.4

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 12.00....108 Gambar IV.5

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 19.00....110 Gambar IV.6

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 07.00....103

DAFTAR TABEL DAN GRAFIK

Tabel II.1 : Daftar Faktor Daya...........................................................65 Tabel III.1

: Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................78 Tabel III.2

: Turbine 1 Log Sheet.........................................................79 Tabel III.3

: Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet........................79 Tabel III.4

: Turbine 1 Pumps Log Sheet.............................................80 Tabel III.5

: Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................85 Tabel III.6

: Turbine 2 Log Sheet.........................................................85 Tabel III.7

: Turbine 2 Log Sheet.........................................................86 Tabel VI.1

: Karakteristik Beban Pembangkit.....................................98 Tabel IV.2

: Konsumsi Uap Turbin 2 Per Jam...................................113 Tabel IV.3

: Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam...................................115 Grafik IV.1

: Karakteristik Beban Setiap Pembangkit..........................99 Grafik IV.2

: Karakteristik Total Beban Pembangkit............................99

BAB I PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Tenaga listrik merupakan salah satu kebutuhan yang paling pokok untuk menunjang kehidupan manusia saat ini. Untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari dalam rumah tangga maupun bisnis, manusia memerlukan tenaga listrik. Secara umum dapat dikatakan bahwa tenaga listrik merupakan salah satu prasyarat kehidupan manusia, dan perkembangan kehidupan manusia memerlukan tambahan penyediaan tenaga listrik. Orang mengatakan bahwa untuk pertumbuhan ekonomi, diperlukan pertumbuhan kemampuan penyediaan tenaga listrik.

Kebutuhan tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM 2 Medan diperkirakan masih akan terus tumbuh selama beberapa waktu ke depan, mengingat proses pembangunan beberapa plant yang masih terus berlangsung.

Untuk penyediaan dan pelayanan energi listrik tersebut selain mendapatkan daya dari PT. PLN Persero, maka perusahaan ini memiliki mesin- mesin pembangkit yang terdiri dari unit PLTU dan unit PLTD.

Secara garis besar unit-unit pembangkit ini melayani beberapa plant atau dengan kata lain beban-beban pembangkit, meliputi:

1. Oleic Acid

2. Flaker, Chiller dan Cooling Water

3. Spray Beading, TF-3 Bagging, Drumming

4. Soap Plant (Finishing dan Main Office)

5. Main Plant FA-2

6. Utility FA-2

7. Soap Plant (Sela dan Main Lab)

8. MCT

9. Speciallity Fat

10. Utility (RO Water, Air Comp.)

11. TF-4 dan Cooling Tower

12. Utility (TF-1, N 2 , Air Comp.)

13. Hydrogent (Caloric)

14. Main Plant FA-1

15. Fatty Alcohol-Turbo Compressor

16. Fatty Alcohol-Main Plant

17. Fatty Alcohol-Utilty / Hydrogent Jenis pembangkit yang digunakan perusahaan ini adalah PLTU, karena

pembangkit jenis ini cukup ekonomis karena bahan bakar yang digunakan tidak terlalu mahal berupa cangkang kelapa sawit dan lahan yang dibutuhkan tidak terlalu luas.

I.2 TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Untuk memberikan penjelasan secara sistematis tentang prinsip kerja dan cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) di PT. Musim Mas KIM 2 Medan.

2. Untuk mendapatkan gambaran operasional PLTU dan PLTD di lapangan dan menyesuaikannya dengan teori yang diperoleh di bangku kuliah.

I.3 MANFAAT PENULISAN TUGAS AKHIR

Laporan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi :

1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro yang ingin memperdalam wawasannya tentang Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

2. Penulis sendiri untuk menambah wawasan dan juga pengetahuan mengenal operasional PLTU dan PLTD baik secara umum maupun siklus- siklus yang terjadi pada pembangkit ini.

3. Setiap orang yang berkenan dengan penggunaan pembangkit yang efisien dan sekaligus dapat memenuhi kebutuhannya akan tenaga listrik.

I.4 BATASAN MASALAH

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:

1. Prinsip kerja dan cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik tenaga Diesel (PLTD).

2. Analisa termodinamika mengenai siklus tenaga uap Rankine.

3. Paralel generator dan daya yang dihasilkan oleh generator tersebut.

4. Tidak membahas secara detail tentang beban yang ditanggung oleh pembangkit.

I.5 METODE DAN SISTEMATIKA PENULISAN

I.5.1 Metode Penulisan

Karena Laporan Tugas Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan melalui :

1. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, majalah, media elektronik (internet), dan sebagainya.

2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari PLTU dan PLTD PT. Musim Mas KIM 2 Medan tentang prinsip kerja dan cara pengoperasian kedua pembangkit ini.

3. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan Teknik Elektro USU, mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini berlangsung.

I.5.2 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

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

2. BAB II : Bab ini berisi tinjauan siklus turbin Uap pada PLTU, generator sinkron, dan PLTD.

3. BAB III : Bab ini berisi operasional Pembangk it Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

4. BAB IV : Bab ini berisi mengenai beban yang dipikul pembangkit dan prinsip pembagian beban pembangkit.

5. BAB V : Bab ini berisikan kesimpulan dan saran-saran yang

diperoleh dari hasil pembahasan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

Sesuai dengan nama pembangkitnya, PLTU adalah suatu pembangkit tenaga listrik yang menggunakan energi bahan bakar seperti minyak residu, batubara, cangkang kelapa sawit, gas alam atau sampah untuk memanaskan uap secara berulang-ulang.

suhu

uap

boiler 2 turbin

a b entropi

(a) Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap (b) Siklus Rankine

Q+ (input)

B turbin 2 C

boiler W+

pompa kondensor W- Q-

(c) Siklus Tenaga Uap

Gambar II.1 Siklus Turbin Uap

II.1.1. Siklus Tenaga Uap

Siklus Rankine, atau siklus tenaga uap, merupakan siklus teoritis paling sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana dipergunakan pada sebuah Pusat Listrik tenaga Uap (PLTU). Gambar II.1(a) memperlihatkan skema dari Pusat Listrik Tenaga Uap yang terdiri atas komponen- komponen terpenting yaitu : boiler, turbin uap, dan kondensor. Jumlah energi masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah E m , sedangkan energi efektif yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja E k . Energi yang terbuang

melalui kondensor adalah sebesar E b . Dengan menganggap semua kerugian lainnya termasuk E b , maka dapat dikatakan bahwa berlaku :

E m =E k +E b

sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis :

Dalam gambar II.1(b), yang merupakan suatu diagram suhu-entropi bagi konstelasi menurut gambar II.1(a), luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran E k , sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang E b (entropy : besaran termodinamika yang menyertai perubahan setiap keadaan dari keadaan awal sampai keadaan akhir sistem). Luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi masukan E m . Meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin Dalam gambar II.1(b), yang merupakan suatu diagram suhu-entropi bagi konstelasi menurut gambar II.1(a), luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran E k , sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang E b (entropy : besaran termodinamika yang menyertai perubahan setiap keadaan dari keadaan awal sampai keadaan akhir sistem). Luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi masukan E m . Meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin

Dalam gambar II.1(c) adalah identik dengan gambar sebelumnya yaitu gambar II.1(a) dan II.1(b), hanya saja melalui gambar ini akan dijelaskan secara rinci mengenai kondisi termodinamika dari siklus Rankine dengan melakukan penurunan formulasi sebagai berikut :

1. Kerja pompa (A) : W pompa =h 4 –h 1 (tanda negatif menyatakan pompa menerima kerja luar).

2. Energi panas yang dimasukkan ke sistem (B) :

boiler q =h 2 –h 1

3. Kerja turbin (C) : W turbin =h 2 –h 3

4. Sistem kondensor (D) : kond q =h 4 –h 3 ( tanda negatif menyatakan panas keluar dari kondensor).

5. Panas netto yang masuk ke sistem : q net

=Q boiler +Q kondensor

6. Kerja netto (net work) yang dihasilkan sistem, W net =W turbin +W pompa

7. Efisiensi siklus : W η = net

q boiler

Keterangan : W pompa : kerja yang diperlukan untuk menggerakkan pompa (joule/kgm) W turbin : kerja yang diperlukan untuk menggerakkan turbin (joule/kgm) W net : kerja netto yang dihasilkan sistem (joule/kgm)

h 1 : entalpy air keluar dari pompa / entalpy air masuk ke boiler (joule/kgm)

h 2 : entalpy uap keluar dari boiler / entalpy uap masuk ke turbin (joule/kgm)

h 3 : entalpy uap keluar dari turbin / entalpy uap masuk ke kondensor (joule/kgm)

h 4 : entalpy air keluar dari kondensor / entalpy air masuk ke pompa (joule/kgm). q boiler : panas yang diberikan ke boiler (joule/kgm) q kond : panas yang dibuang kondensor (joule/kgm) q net : panas netto yang masuk ke turbin (joule/kgm)

(entalpy suatu sistem : penjumlahan dari energi dalam / internal energy dengan hasil kali tekanan dan volume sistem).

Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan proses pemanasan ulang. Proses pemanasan ulang ini terlihat pada Gambar II.2(a). Turbin uap terbagi dua bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah (TR). Uap yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3 dan dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan lagi ke turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut.

Luas 1-2-3-4-5-6 dari Gambar II.2(b) adalah jumlah energi yang dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi termal dari pusat tenaga listrik menjdi besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga 2 kali, dan turbin uap terbagi atas tiga bagian, yaitu bagian Teknan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan Tekanan Rendah (TR).

suhu

uap tekanan 2 tinggi

2 4 boiler

kotak turbin

1 uap tekanan air

a b entropi

(a) (b)

Gambar II.2 PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang

Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagian dari energi yang berada di dalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal demikian dilakukan dengan misalnya memanaskan air yang keluar dari kondensor dengan uap yang dipakai dari turbin sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana terlihat pada Gambar II.3(a). Lengkung suhu entropi menjadi sebagaimana tampak pada Gambar II.3(b).

suhu uap tekanan

uap tekanan tinggi 1 rendah

box turbin

1 boiler

2 Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi 4 7

(a) (b)

Gambar II.3 PLTU Dengan Siklus Regeneratif

Siklus Rankine merupakan siklus standar PLTU yang dapat digambarkan pada Diagram T-S (temperature-Entropy) seperti yang ditunjukkan pada gambar- gambar sebelumnya, atau lebih jelasnya terlihat pada gambar berikut ini.

usefull heat

100 A`` temperatur

rejected heat

-200 -273

entropy, kJ/kg K

Gambar II.4 PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S

Kondisi uap yang keluar dari boiler masuk ke dalam turbin ada pada titik

C yang merupakan uap jenuh kering (dry saturated). Diasumsikan tidak ada losses pada pipa uap boiler dengan turbin. Di turbin, uap diekspansikan secara isentropic dari titik C ke titik D.

Kondensor mengkondensasikan seluruh uap sehingga menjadi air jenuh dan prosesnya berjalan dari titik D ke titik A pada tekanan P 2 . Air yang Kondensor mengkondensasikan seluruh uap sehingga menjadi air jenuh dan prosesnya berjalan dari titik D ke titik A pada tekanan P 2 . Air yang

II.2 KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA PLTU

Keterangan Gambar II.3 :

1 : Boiler

: Pompa

2 : Drum Q 1 : Pipa-pipa Boiler

3 : Turbin Tekanan Tinggi Q 2 : Superhiter

4 : Turbin Tekanan Menengah Q 3 : Pemanas Ulang

5 : Turbin Tekanan Rendah

6 : Kondensor

7 : Pemanasan Awal

8 : Pembakaran Bahan Bakar

9 : Kipas Udara Masuk

10 : Kipas Gas Buang

11 : Generator

10 uap tekanan 1 menengah

uap tekanan rendah

uap tekanan tinggi

Gambar II.5 Komponen-komponen Utama PLTU

II.2.1 Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi

Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air

makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

Gambar II.6 Boiler

II.2.2 Turbin Uap

Turbin uap pada umumnya lebih banyak digunakan untuk memutar generator pembangkit listrik. Cara kerjanya adalah sebagai penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis Turbin uap pada umumnya lebih banyak digunakan untuk memutar generator pembangkit listrik. Cara kerjanya adalah sebagai penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis

Ditinjau dari cara kerja transfer energi uap ke poros, turbin uap dapat dibedakan atas dua tipe :

1. turbin reaksi

2. turbin impuls Apabila ditinjau dari aliran uap, turbin uap dapat diklasifikasikan atas tiga tipe, yaitu :

i. turbin aliran radial

ii. turbin aliran tangensial

iii. turbin aliran aksial

II.2.2.1 Turbin Reaksi Dirancang pertama kali oleh Hero 120 tahun sebelum masehi. Reaksi ini pancaran uap yang keluar dari nosel (nozzle) mendorong rotor sehingga berputar (gambar II.7).

II.2.2.2 Turbin Impuls Jenis turbin ini pertama kali dibuat oleh Branca pada tahun 1629, lihat gambar II.8 untuk prinsip kerjanya. Pancaran uap yang keluar dari nosel menghembus daun-daun rotor (disebut blade) sehingga rotor berputar

(a) Turbin reaksi (b) Diagram Sudu Turbin reaksi

Ket : Sudu diam (A, A 1 ,A 2 ), sudu bergerak (B, B 1 ,B 2 ) Gambar II.7 Prinsip Kerja Turbin Reaksi

(a) Turbin Buatan Branca 1629 (b) Diagram Sudu Turbin Impuls Ket : nozzle (A, AA), sudu bergerak (B 1 ,B 2 , BB 1 , BB 2 ), sudu diam (C, CC)

Gambar II.8 Prinsip Kerja Turbin Impuls

II.2.2.i Turbin Aliran Radial Turbin terdiri dari dua rotor dengan blades dipasang berselangan. Turbin aliran ini dikembangkan oleh Ljungstorm (gambar II.9). Kedua rotor berputar dengan arah saling berlawanan, dan masing-masing rotor dikopel terhadap dua generator terpisah. Arah aliran uapnya radial (tegak lurus menjauhi poros), oleh karena itu dinamakan turbin aliran radial.

II.2.2.ii Turbin Aliran Tangensial Jenis turbin ini memliki konstruksi yang kokoh akan tetapi efisiensinya sangat rendah. Pancaran uap dari nosel diarahkan untuk menghembus bucket yang dipasang melingkar pada rotor (gambar II.10). arah hembusan uap adalah tangensial (pada garis singgung putaran bucket).

II.2.2.iii Turbin Aliran Aksial Tipe ini yang paling populer dan sangat cocok untuk kapasitas besar. Turbin ini dapat merupakan tipe reaksi dan juga merupakan tipe impuls. Arah aliran uap sejajar dengan poros (gambar II.11).

Gambar II.9 Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)

Gambar II.10 Turbin Tangensial Gambar II.11 Turbin Aliran Aksial

II.2.3 Kondensor

Kondensor merupakan peralatan untuk mengembunkan kembali uap yang telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk menghemat sumber air yng ada di sekitarnya serta menkamin kemurnian air yang digunakan dalam sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun kotoran-kotoran yang dapat merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya menggunakan air dingin seperti air sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses melalui water treatment terlebih dahulu.

uap dari turbin

air pendingin dari pipa

sekat arah aliran air

pompa air pendingin

pipa

air pendingin masuk ke pipa kondensasi

air hasil

Gambar II.12 Sistem Kondensor

II.2.4 Deaerator

Fungsi deaerator adalah untuk membuang gas-gas atau udara yang tidak terkondensasi yang terbawa ke dalam air pengisi. Jenis deaerator ada yang langsung terintegrasi dengan steam drum dan ada yang terpisahkan atau tersendiri. Gas yang tidak bisa terkondensasi sifatnya merugikan yaitu menghambat perpindahan panas dan udara bisa menyebabkan korosi di bagian dalam pipa-pipa air.

Air yang telah dijernihkan maupun air yang telah jernih perlu dilunakkan dengan proses kimia. Reaksi kimia ini menimbulkan berbagai endapan yang harus disaring oleh saringan atau proses pemurnian pendahuluan. Langkah berikutnya adalah demineralisasi, yaitu suatu proses kimia untuk menghilangkan mineral- mineral yang masih terdapat dalam air. Kemudian air yang keluar dari instalasi deminearalisasi masih mengandung gas-gas oksigen dan amoniak. Untuk Air yang telah dijernihkan maupun air yang telah jernih perlu dilunakkan dengan proses kimia. Reaksi kimia ini menimbulkan berbagai endapan yang harus disaring oleh saringan atau proses pemurnian pendahuluan. Langkah berikutnya adalah demineralisasi, yaitu suatu proses kimia untuk menghilangkan mineral- mineral yang masih terdapat dalam air. Kemudian air yang keluar dari instalasi deminearalisasi masih mengandung gas-gas oksigen dan amoniak. Untuk

Gambar II.13 Deaerator

II.2.5 Pompa-pompa Pelumasan

Pompa-pompa pelumasan adalah alat bantu pelumasan oli pada sistem mesin pembangkit, di antaranya adalah :

• Pompa Pelumasan Utama Pompa ini dikopel dengan poros turbin, pompa ini berfungsi untuk memberikan

suplai pelumasan pada turbin ketika turbin telah berputar pada putaran normalnya. Selain itu, pompa pelumas utama juga mensuplai oli untuk keperluan sistem governor seperti power oil dan pilot oil.

• Pompa Pelumas Bantu (Auxiliary Oil Pump)

Pompa ini digerakkan oleh motor listrik AC dan mensuplai minyak ke turbin bila pompa minyak pelumas utama tidak dapat mensuplai misalnya ketika putaran rendah atau pada saat start turbin. Seperti pompa minyak utama, selain mensuplai sistem pelumasan, pompa ini juga untuk mensuplai power oil dan pilot oil.

II.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL

II.3.1 Komponen-komponen Utama PLTD

Gambar II.14 Komponen-komponen Utama PLTD

Keterangan gambar :

1 : mesin diesel

10 : tangki udara start

2 : generator

11 : kompresor

3 : saringan udara

12 : tangki air

4 : peredam kebisingan

13 : pompa air

5 : tangki bahan bakar harian

14 : menara pendingin

6 : tangki bahan bakar

15 : suplesi air

7 : pompa bahan bakar

16 : pendingin minyak pelumas

8 : saringan bahan bakar

17 : tangki minyak pelumas

9 : pompa injeksi bahan bakar

18 : pompa minyak pelumas

19 : pembersih minyak pelumas

II.3.2 Prinsip Kerja Mesin Diesel Pembangkit Listrik tenaga Diesel atau PLTD adalah suatu stasiun pembangkit tenaga, di mana sebagai penggerak mulanya adalah sebuah mesin diesel yang mendapat energi dari bahan bakar cair yang dikenal sebagai minyak solar, dan merubah energi tersebut menjadi energi mekanik dan dikopel dengan sebuah generator untuk mengubah energi mekanik dari mesin diesel menjadi energi listrik.

Kebanyakan mesin diesel siklus operasinya empat langkah, karena lebih efisien dibandingkan dengan mesin dua langkah. Diesel mendapatkan daya dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder mesin atau dengan kata lain proses kerja ini ini disebut siklus Otto yang ditemukan oleh insinyur jerman bernama Otto pada tahun 1876. pembakaran bahan bakar tersebut menghasilkan kenaikan temperatur dan tekanan di dalam silinder mesin. Dan tahanan yang dibangkitkan mendorong piston yang terdapat pada silinder mesin.

Daya mekanik yang dibangkitkan, diteruskan ke batang engkol (connecting rod), yang dipasang pada poros engkol (crank shaft) untuk meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.

udara & bahan

gas buang bakar masuk

batang penghubung

poros engkol

tangan engkol

(4) Langkah pemasukan dan

pembuangan penghisapan

kompresi

ekspansi & kerja

Gambar II.15 Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah

Pada sebuah mesin yang mempergunakan siklus percikan kompresi tidak dipergunakan busi. Percikan terjadi karena suhu tinggi disebabkan oleh kompresi udara yang tinggi di silinder. Gambar II.16 memperlihatkan suatu siklus teoritis dan actual untuk jenis mesin yang demikian.

ekspansi

3 4 4 awal injeksi

3 kompresi

masuk & keluar

(a) (b) (c)

Gambar II.16 Siklus Percikan Kompresi

Proses yang terjadi dalam mesin diesel ini adalah sebagai berikut : 1-2 : kompresi isentropic 2-3 : penambahan panas pada volume konstan

3-4 : penambahan panas pada tekanan konstan 4-5 : ekspansi isentropik

5-1 : pembuangan panas pada volume konstan Mesin ini sering disebut juga motor diesel sesuai dengan nama dari pembuatnya, yaitu seorang Jerman yang bernama Diesel. Pada mesin ini penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Efisiensi termal dari motor diesel adalah sebagai berikut :

 V 2 

di mana : Q 2-3 = energi yang ditambahkan pada keadaan 2-3, Q 3-4 = energi yang ditambahkan pada keadaan 3-4, Q 5-1 = energi yang dibuang pada keadaan 5-1,

V 5 = volume pada keadaan 5,

V 2 = volume pada keadaan 2, k

= rasio panas spesifik = 1,3 – 1,4 untuk udara. Gambar II.16(a) memperlihatkan diagram Tekanan-Volume (P-V) untuk keadaan teoritis, sedangkan gambar II.16(b) memperlihatkan untuk suatu siklus yang sebenarnya bagi sebuah motor diesel.

II.4 GENERATOR SINKRON

II.4.1 Umum

Generator sinkron merupakan komponen penting untuk pembangkitan daya tiga fasa dalam suatu pembangkit listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik.

Konversi energi mekanik menjadi energi lisrtrik secara besar-besaran praktis hanya dilakukan dengan generator sinkron. Hal ini dikarenakan generator sinkron sebagai mesin pembangkit dapat dibuat untuk pembangkit tenaga listrik berkapasitas besar dan dapat diparalelkan dengan generator lain maupun infinite bus dalam suatu sistem interkoneksi.

Sebuah generator sinrkon standar utamanya terdiri dari sebuah rotor yang dimagnetisasi oleh arus medan DC dan sebuah stator dengan belitan tiga fasa AC. Istilah mesin sinkron didasarkan pada kenyataan bahwa rotor berputar secara sinkron dengan medan putaran magnettik stator.

II.4.2 Komponen Utama Generator Sinkron

Generator sinkron merupakan generator yang paling umum digunakan dalam pembangkitan energi listrik boloak-balik. Konstrtuksi generator sinkron dapat dilihat pada gambar II.17.

Gambar II.17 Generator Sinkron

Komponen terpenting dari generator sinkron terdiri dua bagian utama yaitu stator dan rotor.

1. Stator Stator terdiri dari tiga komponen utama :

a. Rangka Stator Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga jangkar generator, yang terbuat dari besi tuang dan dilengkapi dengan slot-slot (parit) sebagai tempat melekatnya kumparan jangkar. Rangka stator memilki celah yang berfungsi sebagai ventilasi udara, sehingga udara dapat keluar masuk dalam inti stator sebagai pendingin.

b. Inti Stator Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic khusus yang terpasang ke rangka stator. Laminasi-laminasi diisolasi satu sama lain dan mempunyai jarak antara laminasi yang memungkinkan udara pendingin lewat. Di sekeliling inti terdapat slot-slot tempat melekatkan konduktor / belitan jangkar.

c. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar merupakan kumparan tempat timbulnya ggl induksi, sehingga melalui terminal output kumparan jangkar, yang merupakan terminal output generator, diperoleh energi listrik yang siap untuk disalurkan.

2. Rotor Rotor terdiri dari tiga komponen utama, yaitu :

a. Slip Ring Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring. Slip ring ini kemudian dihubungkan ke sumber DC daya luar melalui sikat (brush) yang ditempatkan menempel pada slip ring. Sikat ini merupakan batang grafit yang terbuat dari senyawa karbon yang bersifat konduktif dan memiliki koefisien gaya gesekan yang sangat rendah.

b. Kumparan Rotor (medan) Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan medan ini ditempatkan di bagian rotor dari generator. Kumparan ini mendapatkan arus searah dari sumber eksitasi tertentu.

c. Poros Rotor Poros rotor merupakan tempat peletakan kumparan medan, di mana pada poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor sehingga penempatan kumparan medan dapat diatur sesuai dengan rancangan yang dikehendaki.

II.4.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Suatu mesin listrik (generator atau motor) akan berfungsi bila memiliki :

1. kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet;

2. kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor-konduktor yang terletak pada alur-alur jangkar; dan

3. celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet

Untuk menghasilkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan maka fluks magnetic yang memotong kumparan harus berubah. Dengan kata lain ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung penghantar atau kumparan adalah sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut, yang dirumuskan oleh :

d (cos )

= – NBA

dt

Laju perubahan fluks magnetik ini bisa disebabkan oleh salah satu perubahan berikut :

1. perubahan luas bidang kumparan A (B dan θ tetap)

2. perubahan besar induksi magnetik B(A dan θ tetap)

3. perubahan sudut θ antara arah B dan dengan arah normal bidang

Khusus untuk generator, timbulnya ggl induks i disebabkan oleh perubahan sudut θ antara B dan arah normal bidang. Inilah yang mendasari bagaimana generator sinkron dapat menghasilkan energi listrik.

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut :

1. Kumparan medan yang diletakkan di rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus yang mengalir melalui kumparan medan akan menimbulkan fluks magnetik yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.

2. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopeldengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar dengan kecepatan tertentu sesuai dengan diharapkan.

3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Dengan demikian, kumparan jangkar yang terletak di stator akan dilingkupi oleh fluks magnetik yang berubah- ubah besarnya setiap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik terhadap yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-uung kumparan tersebut. Untuk generator sinkron tiga fasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan

jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 120 0 satu sma lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan siap dioperasikan untuk menghasilkan energi

listrik.

II.4.4 Sistem Penguatan (Exiter) Generator Sinkron

Sistem penguatan generator sinkron terus mengalami perkembangan seiring dengan penigkatan kapasitas generator itu sendiri. Pada generator sinkron, arus medan yang diperlukan untuk membangkitkan medan magnet rotor disuplai dari sumber daya DC tertentu. Karena kumparan medan terletak pada rotor yang berputar, maka diperlukan perancangan khusus untuk membentuk rangkaian sumber daya DC terhadap kumparan medan.

a. DC Exicter

Prinsip DC exicter ini adalah pengkopelan poros secara mekanis dari suatu generator sinkron dengan sebuah generator arus searah untuk mensuplai arus searah pada belitan medan di rotornya diperlihatkan pada gambar II.16.

generator generator DC sinkron

Gambar II.18 Generator Sinkron yang menerima arus penguat medan dari Generator DC

Dari gambar di atas terlihat bahwa pada generator sinkron tersebut antara generator utama dan generator DC sebagai pensuplai arus medan pada belitan medannya dikopel secara langsung dengan shaft pada masing-masing generator.

b. Brushless Exicter

Brushless Exicter (exicter tanpa sikat) diaplikasikan pada mesin sinkron, di mana suplai arus searah ke belitan medan dilaksanakan tanpa melalui sikat. Biasanya arus searah yang disuplai ke belitan medan berasal dari generator arus bolak-balik yang memiliki shaft yang sama dengan generator utama. Output dari generator bolak-balik (exicter) ini dikonversikan menjadi arus searah dengan penyearah yang diletakkan pada bagian shaft ataupun pada bagian dalam dari rotor generator sinkron. sistem kerjanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

generator sinkron kumparan jangkar

exicter

penyearah tiga fasa

exicter

kumparan medan generator utama

rotor

kumparan medan exicter output tiga fasa

stator

kumparan jangkar generator utama

input tiga fasa (arus rendah)

Gambar II.19 Sistem Brushless Exictation

Pada gambar di atas terlihat bahwa untuk menghindari adanya kontak geser pada bagian rotor generator sinkron, maka exicter-nya dirancang sedemikian sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung disampaikan ke Pada gambar di atas terlihat bahwa untuk menghindari adanya kontak geser pada bagian rotor generator sinkron, maka exicter-nya dirancang sedemikian sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung disampaikan ke

Arus medan pada generator sinkron langsung dikontrol oleh arus yang mengalir pada medan exicter, dan dalam hal ini exicter berfungsi sebagai suatu power amplifier. Dioda penyearah yang dipergunakan dirancang sedemikian rupa sehingga mampu bertahan melawan daya sentrifugal yang dirasakannya.

c. Permanent Magnet Generator (PMG)

Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang berputar agar generator tersebut dapat menghasilkan tegangan pada statornya. Medan magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor adalah dengan magnet permanen yang dilekatkan pada shaft dari generator tersebut. Generator yang menggunakan magnet permanen sebagai eksitasinya disebut dengan Permanent Magnet Generator (PMG).

Biasanya PMG ini dipergunakan pada mesin-mesin berkapasitas kecil saja. Hal ini disebabkan karena kesulitandalam mencegah efek magnet permanen yang dapat menarik benda-benda logam di sekitarnya, sehingga sulit dalam perawatan dan pemasangannya. Selain itu PMG biasanya dipergunakan sebagai pilot exiciter yang mensuplai arus medan pada bagian rotor suatu generator sinkron sehingga generator tersebut dapat men-starting sendiri.

Pada suatu generator besar biasanya mempergunakan paduan dari sistem brushless excitation yang dilengkapi PMG. Hal ini dimaksudkan agar sistem eksitasi dari generator sama sekali tidak tergantung dari sumber daya listrik dari luar mesin itu. Bentuk skematik dari sistem ini digambarkan sebagai berikut.

pilot exciter

exicter

penyearah

generator sinkron

tiga fasa

medan pilot

kumparan jangkar

exicter

exicter

kumparan medan generator utama

rotor magnet permanen

kumparan jangkar

penyearah tiga fasa

I F output tiga fasa

pilot exiciter

stator

kumparan jangkar

kumparan medan

generator utama

exicter

Gambar II.20 Generator dengan Sistem Brushless Excitation dan PMG

Terlihat pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat magnet permanen, kumparan jangkar exicter, kumparan utama medan dari generator. Hal ini memungkinkan generator tersebut untuk tidak menggunakan slip ring dan sikat dalam pengoperasiannya secara keseluruhan sehingga lebih efektif dan efisien.

II.4.5 Proteksi Pada Generator Sinkron

Sistem proteksi generator sinkron terbagi ke dalam dua jenis, yaitu : - proteksi stator

- proteksi rotor Proteksi stator meliputi proteksi tegangan lebih, proteksi arus lebih,

proteksi impedansi, proteksi stator terhadap gangguan tanah, proteksi arus diferensial, proteksi terhadap cairan yang masuk ke generator.

Proteksi rotor meliputi pembatas sudut beban, proteksi underexcitation, proteksi beban tidak seimbang, proteksi rotor terhadap gangguan tanah. Umumnya sistem proteksi juga terbagi menjadi proteksi mekanik dan proteksi elektrik.

1. proteksi tegangan lebih

Di dalam generator biasanya sudah dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis (AVR), yang akan mengatur kestabilan tegangan keluarannya. Namun demikian untuk mengantisipasi kalau pengatur tegangan otomatis tidak bekerja, maka relai tegangan lebih digunakan sebagai pengaman. Relai tegangan lebih (Over Voltage Relay) yang digunakan dilengkapi dengan piranti tunda waktu (time delay) agar diperoleh selektivitas yang memadai, khususnya untuk koordinasi dengan karakteristik pengatur tegangan otomatis. Relai tegangan lebih digunakan pada generator-generator yang mempunyai kapasitas sekitar 10 MVA keatas dengan tegangan kerja 6 KV atau lebih.

2. proteksi arus lebih

Relai arus lebih digunakan sebagai pengaman generator, terutama terhadap gangguan-gangguan didepan pemutus tenaga (PMT) generator, baik antar fase maupun gangguan fase ketanah. Penyetelan tunda waktu dari relai harus mempertimbangkan kemampuan generator untuk bertahan terhadap kondisi Relai arus lebih digunakan sebagai pengaman generator, terutama terhadap gangguan-gangguan didepan pemutus tenaga (PMT) generator, baik antar fase maupun gangguan fase ketanah. Penyetelan tunda waktu dari relai harus mempertimbangkan kemampuan generator untuk bertahan terhadap kondisi

3. proteksi stator terhadap hubungan tanah

Pengaman ini digunakan untuk mendeteksi adanya gangguan-gangguan stator hubung tanah pada generator yang dihubungkan dengan transformator tenaga. Relai ini dapat mendeteksi gangguan-gangguan tanah sampai 95% dari kumparan generator. Sedangkan dengan peralatan kompensasi khusus dapat mendeteksi sampai 100% dari kumparan generator. Adanya gangguan hubung tanah pada stator harus segera diatasi, sebab gangguan ini dapat menimbulkan panas yang berlebihan, kerusakan laminasi alur generator bahkan kebakaran. Oleh karena itu, jika terjadi gangguan seperti itu: pemutus generator, pemutus arus penguat medan, dan penggerak awal harus secepatnya dimatikan.

4. proteksi arus diferensial

Relai diferensial digunakan untuk mengamankan generator dari kerusakan akibat adanya gangguan internal pada kumparan stator. Dua unit transformator arus (CT) Relai diferensial digunakan untuk mengamankan generator dari kerusakan akibat adanya gangguan internal pada kumparan stator. Dua unit transformator arus (CT)

II.4.6 OPERASI PARALEL GENERATOR

Operasi paralel pusat-pusat tenaga listrik pada asasnya merupakan perluasan bekerja paralel satu generator dengan generator lain, dengan tambahan resistansi dan reaktansi saluran-saluran interkoneksi. Proses menghubungkan paralel satu generator dengan generator lain dinamakan sinkronisasi.

1. Syarat-Syarat Operasi Paralel Generator

Dalam melakukan sinkronisasi, generator yang akan diparalelkan harus memenuhi syarat-syarat operasi paralel, di antaranya adalah sebagai berikut :

1. tegangan apitan dari generator yang akan diparalelkan harus sama dengan tegangan di jaringan

2. frekuensi generator harus sama dengan frekuensi jaringan

3. sudut fasa dari fasa-fasa yang dihubungkan satu sama lain harus sama besar

4. urutan fasa kedua generator harus sama atau urutan fasa generator yang akan diparalelkan harus sama dengan jaringan.

2. Dua Generator Bekerja Paralel

Umpamakan dua generator G 1 dan G 2 yang bekerja paralel sebagaimana terlihat pada Gambar II.8. Masing-masing generator memiliki impedansi Z 1 dan Z 2 yang terdiri atas resistansi R 1 dan R 2 serta X 1 dan X 2 . Gaya gerak listrik E yang

diinduksikan dalam masing-masing mesin adalah E 1 dan E 2 .

Gambar II.21 Dua Generator Bekerja Paralel

Gambar II.21a Reaktansi Diabaikan

Gambar II.21b Resistansi Diabaikan

Misalkan kini suatu keadaan khusus di mana dari kedua mesin reaktansinya dapat diabaikan. Dalam keadaan demikian kedua ggl E 1 dan E 2

memiliki selisih fasa sekitar 180 0 (Gambar II.8a), dan resultan E r hampir tegak lurus pada E 1 dan E 2 . Besar arus sinkronisasi dinyatakan dengan rumus :

I sy =

Misalkan kini kedua mesin hanya memiliki reaktansi mendekati nol. Arus sinkronisasi I s kan tegak lurus terhadap ggl E r atau sefasa dengan ggl salah satu mesin, misalkan E 2 (Gambar II.8b). Dalam hal ini mesin 2 akan memberi daya nyata kepada mesin 1, agar mesin ini dapat berjalan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa untuk memungkinkan generator beroperasi paralel, adanya reaktansi mutlak diperlukan.

Bilamana dua generator berada dalam keadaan sinkronisasi penuh maka kedua ggl yang diinduksikan adalah sama dan berbeda fasa 180 0 , sebagaimana

terlihat pada Gambar II.9a, dan tidak terdapat arus mengalir dalam rangkaian setempat. Bilamana kedua ggl sama besarnya tapi berbeda fasa tidak tepat 180 0 ,

maka resultan ggl E r bergerak di dalam rangkaian setempat dan mengakibatkan mengalirnya apa yang dikenal sebagai arus sinkronisasi.

(a) Sinkronisasi Penuh (b) Sinkronisasi Tidak Penuh

Gambar II.22 Arus Sinkronisasi

Misalkan perbedaan fasa antara kedua ggl sebesar α dan E 1 =E 2 = E, maka resultan ggl E r adalah :

Pendekatan di atas berlaku jika sudut α memilki nilai yang kecil sekali. Besar sinkronisasi I s adalah :

dengan catatan bahwa I s tertinggal fasa sebesar θ, di mana :

 X s = arc tg   X s = arc tg 

tertinggal fasa 90 0 dengan gerak listrik resultan E

Dalam keadaan di atas mesin 1 memberi daya sebesar E 1 I s cos Φ 1 sedangkan mesin 2 menerima daya sebesar E 2 I s cos Φ 2 . Karena daya yang dipasok mesin 1 adalah sama dengan daya diterima mesin-mesin ditambah rugi- rugi, maka berlaku :

E 1 I s cos Φ 1 =E 2 I s cos Φ 2 + rugi-rugi

Daya yang dipasok mesin 1 dinamakan daya sinkronisasi dan dinyatakan dengan rumus :

dan Φ 1 kecil sekali, maka :

Untuk daya sinkronisasi sistem tiga fasa dengan demikian adalah :

P s3 = α

Bilamana T s merupakan torsi sinkronisasi (berdimensi newton meter) maka daya sinkronisasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut :

di mana :

120 f

n s : kecepatan putar sinkron =

f : frekuensi p

: jumlah kutub Misalkan kembali dua generator yang memiliki ggl tepat sefasa (relatif

terhadap beban luar), akan tetapi besaran E 1 dan E 2 tidak sama (E 1 lebih besar dari

E 2 ). Resultan E r adalah sebesar E 1 –E 2 dan bertindak di dalam rangkaian setempat dan menyebabkan terjadinya arus sinkronisasi I s di dalam rangkaian lokal. Arus

sinkronisasi I 0 s ini terbelakang fasa pada E r atau E 1 sebesar 90 . Sebaliknya E 2 tertinggal fasa 90 0 pada I

s , sebagaimana terlihat pada Gambar II.10. Dengan demikian arus sinkronisasi memiliki efek demagnetisasi pada mesin pertama, sehingga menghasilkan penurunan E 1 serta efek demagnetisasi pada mesin kedua dan mengakibatkan peningkatan E 2 . Dengan demikian perbedaan antara E 1 dan E 2 diperkecil dan kondisi stabil diperoleh kembali.

Gambar II.23 Efek Tegangan Yang Tidak Sama

Misalkan dua mesin dengan karakteristik kecepatan-beban yang tepat sama yang bekerja paralel dengan suatu tegangan apitan bersama sebesar V dan dengan beban impedansi sebesar Z. Misalkan selanjutnya ggl dari mesin 1 dan

mesin 2 sebesar E 1 dan E 2 sedangkan impedansi fasa masing-masing Z 1 dan Z 2 . Tegangan apitan mesin 1 adalah :

V =E 1 –I 1 Z 1 , dan

tegangan apitan mesin 2 adalah :

V =E 2 –I 2 Z 2 Z 1

Gambar II.24 Pembagian Beban Antara Dua Generator

Juga berlaku :

V = I Z = (I 1 +I 2 )Z

Dari persamaan-persamaan di atas diperoleh :

, dan

selanjutnya dapat diperoleh pula :

II.4.7 JENIS OPERASI PARALEL GENERATOR