MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK

SISTEM EKSITASI GENERATOR DENGAN MENGGUNAKAN AVR

(AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR) di PLTU PACITAN

Dennis Hasnan Z¹, Ir. Agung Nugroho M,Kom²

¹Mahasiswa dan ²Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Jl. Prof. Sudarto S.H Tembalang, Semarang

Abstrak – Sistem eksitasi adalah sistem mengalirnya pasokan listrik arus searah sebagai

penguatan pada generator listrik, sehingga menghasilkan tenaga listrik dan besar tegangan

keluaran bergantung pada besarnya arus eksitasi. Pada sistem pengaturan modern, eksitasi

memegang peranan penting dalam mengendalikan kestabilan suatu pembangkit karena apabila

terjadi fluktuasi beban maka eksitasi sebagai pengendali akan berfungsi mengontrol keluaran

generator seperti tegangan, arus dan faktor daya dengan cara mengatur kembali besaran-besaran

input guna mencapai titik keseimbangan baru.

Bila arus eksitasi naik maka daya reaktif yang disalurkan generator ke sistem akan naik

sebaliknya bila turun maka daya reaktif yang disalurkan akan berkurang. Jika arus eksitasi yang

diberikan terlalu kecil, aliran daya reaktif akan berbalik dari sistem menuju ke generator

sehingga generator menyerap daya reaktif dari sistem. Keadaan ini sangat berbahaya karena

akan menyebabkan pemanasan berlebihan pada stator.AVR (Automatic Voltage Regulator )tipe

GES-3320 ini merupakan jenis sistem eksitasi dengan menggunakan sikat dimana arus eksitasi

untuk mengatur besar kecilnya daya reaktif diperoleh dari sikat. , generator, GES-3320.

Kata Kunci : eksitasi, avr, generator

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Listrik merupakan bentuk energi

sekunder yang paling praktis

penggunaannya oleh manusia, dimana

listrik dihasilkan dari proses konversi

energi sumber energi primer seperti,

potensial air,energi angin, minyak bumi,

batubara.

Pembangkitan energi listrik

dihasilkan oleh sebuah generator.

Generator menghasilkan energi listrik

karena terdapat arus eksitasi yang

mengeksitasi rotor generator. Tegangan

yang dihasilkan oleh generator akan

senantiasa berubah karena beban yang

terus berfluktuasi. Untuk menjaga agar

tegangan tetap konstan dalam nilai yang

diijinkan, maka dibutuhkan alat yang

disebut dengan AVR. AVR bertujuan

mengatur besarnya arus eksitasi yang

dipasok ke generator. Dan besarnya arus

eksitasi berbanding lurus dengan

besarnya tegangan tang diproduksi oleh

generator. Maka dari itu, untuk

mengatur tegangan keluaran generator,

dibutuhkan AVR untuk mengatur besar

eksitasi yang diperlukan generator.

Tipe AVR yang digunakan di PLTU

Pacitan adalah AVR GES-3320. AVR

tersebut merupakan sistem eksitasi

modern yang digunakan untuk mengatur

besar kecilnya arus eksitasi pada

generator sinkron 3 fasa secara otomatis.

1.2 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan laporan

kerja praktek ini adalah :

1. Mengetahui sistem kerja

Pembangkit Listrik Tenaga Uap

(PLTU).

2. Mengetahui bagian-bagian dari

AVR.

3. Mempelajari prinsip kerja dari

sistem eksitasi dengan sikat

(brushless excitation) dengan

menggunakan AVR pada generator.

1.3 Pembatasan Masalah Dalam penyusunan laporan kerja

praktek ini, pembahasan hanya dibatasi

pada masalah pembangkitan, khususnya

pada pembahasan tentang Sistem

Penguatan dengan Sikat (Brush

Excitation) pada generator dan tidak

membahas sistem kontrol pada AVR

(Automatic Voltage Regulator).

II. DASAR TEORI

Sistem eksitasi adalah sistem

mengalirnya pasokan listrik arus searah

sebagai penguatan pada generator listrik,

sehingga menghasilkan tenaga listrik

dan besar tegangan keluaran bergantung

pada besarnya arus eksitasi. Sistem

eksitasi pada generator listrik terdiri dari

2 macam, yaitu:

2.1. Sistem eksitasi dengan sikat(brush

excitation) Sistem eksitasi menggunakan sikat,

sumber tenaga listrik berasal dari

sumber listrik yang berasal dari

generator arus searah (DC) atau

generator arus bolak balik (AC) yang

disearahkan terlebih dahulu dengan

menggunakan rectifier. Jika

menggunakan sumber listrik yang

berasal dari generator AC atau

menggunakan Permanent Magnet

Generator (PMG) medan magnetnya

adalah magnet permanen. Dalam lemari

penyearah, tegangan listrik arus bolak

balik diubah ataudi searahkan menjadi

tegangan arus searah untuk mengontrol

kumparan medan exciter utama (main

exciter). Untuk mengalirkan arus

eksitasi dari main eksiter ke rotor

generator menggunakan slip ring dan

sikat arang, demikian juga penyaluran

arus yang berasal dari pilot exciter ke

main exciter.

Gambar 1 Sistem eksitasi dengan sikat

(Brush excitation)

2.2. Sistem eksitasi tanpa sikat

(brushless excitation) Penggunaan sikat atau slip ring

untuk menyalurkan arus eksitasi ke rotor

generator mempunyai kelemahan karena

besarnya arus yang mampu dialirkan

pada sikat arang relatif kecil. Untuk

mengatasi keterbatasan sikat arang, pada

generator pembangkit menggunakan

sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat

(brushless excitation).

Keuntungan sistem eksitasi tanpa

menggunakan sikat (brushless

excitation), antara lain adalah:

Energi yang diperlukan untuk

eksitasi diperoleh dari poros utama

(main shaft), sehingga keandalannya

tinggi.

Biaya perawatan berkurang karena

pada sistem eksitasi tanpa sikat

(brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.

Pada sistem eksitasi tanpa sikat

(brushless excitation) tidak terjadi

kerusakan isolasi karena melekatnya

debu karbon pada farnish akibat sikat arang.

Mengurangi kerusakan (trouble)

akibat udara buruk (bad atmosphere)

sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup.

Selama operasi tidak diperlukan

pengganti sikat, sehingga

meningkatkan keandalan operasi

dapat berlangsung kontinu pada waktu yang lama.

Pemutus medan generator

(Generator field breaker), field

generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi.

Biaya pondasi berkurang, sebab

aliran udara dan bus exciter atau kabel tidak memerlukan pondasi.

Gambar 2 Sistem eksitasi tanpa sikat

(Brushless Excitation)

III. Modul GES-3320

3.1 Gambaran Umum GES-3320

GES-3320 merupakan sistem

eksitasi generator yang regulator-nya

termasuk jenis Integrated Pesonal

Computer (IPC) yang banyak digunakan

pada komputer kontrol industri. Dalam

kebanyakan proyek, sistem eksitasi ini

menggunakan eksitasi sumber tegangan

dengan penyearah terkontrol shunt.

Gambar 4 Diagram skematik exciter

sumber tegangan menggunakan penyearah

terkontrol shunt

Dalam sistem eksitasi statis ini

(eksitasi shunt atau eksitasi sendiri),

tenaga eksitasi diambil dari terminal

generator. Arus medan dari mesin

sinkron mengalir melalui transformator

eksitasi, penyearah tenaga, dan pemutus

medan. Transformer eksitasi berfungsi

untuk menyesuaikan tegangan generator

dengan tegangan masukan yang

disyaratkan untuk penyearah tenaga, dan

memberikan isolasi elektrik antara

terminal mesin dan kumparan medan.

Tegangan sekunder transformator

eksitasi didesain sedemikian rupa

sehingga tegangan keluaran konverter

sesuai dengan batas tertinggi tegangan

DC. Untuk membangkitkan eksitasi,

peralatan medan sesaat disuplai dari

sumber AC atau suplai medan sesaat DC.

Konverter tenaga (SCR), dikontrol oleh

AVR, dan disuplai oleh transformator

eksitasi yang terhubung ke terminal

generator, suplai secara kontinu dan arus

eksitasi yang masuk ke medan generator

melalui pemutus medan (FCB) besarnya

dapat diubah-ubah.

3.2 Penggambaran Fungsi

1. Struktur sistem Sistem eksitasi sebagian besar

tersusun oleh lima komponen sebagai

berikut:

Komponen suplai tenaga eksitasi:

transformator eksitasi (TE)

Komponen Kontrol: automatic voltage regulator (AVR)

Komponen tenaga: penyearah

tenaga jembatan (SCR)

Komponen medan sesaat dan

deeksitasi: lemari pemutus medan

(FCB)

Komponen proteksi tegangan lebih: lemari proteksi (PRC)

2. Rangkaian utama Tegangan terminal generator dan

daya reaktif diubah oleh arus eksitasi

yang disuplai oleh penyearah. AVR

mengontrol keluaran penyearah.

Transformator eksitasi (TE)

Dalam sistem eksitasi tipe GES-

3320, TE adalah sumber tenaga eksitasi,

dan mengisolasi peralatan eksitasi dari

terminal generator secara elektrik. Sisi

tegangan tinggi dihubungkan dengan

terminal generator dan sisi tegangan

rendah dihubungkan dengan sisi AC

penyearah.

Kapasitas dan rasio transformasi

ditentukan menurut karakteristik eksitasi

generator. Agar dapat memenuhi operasi

generator yang disyaratkan.

Penyearah Tenaga (SCR)

Penyearah tenaga mengubah suplai

tenaga AC yang disalurkan oleh

transformator eksitasi ke suplai tenaga

DC dan menyalurkannya ke rangkaian

medan magnet generator. Sesuai dengan

nilai arus medan, beberapa penyearah

jembatan beroperasi secara paralel untuk

membagi arus medan secara bersama.

Ketika suatu lengan tertentu ada

gangguan, penyearah jembatan dapat

menyediakan arus medan yang stabil

untuk generator. Parameter generator

dan tipe SCR menentukan jumlah

jembatan paralel dan arus keluaran tiap

jembatan. Secara umum, ketika satu

jembatan keluar dari operasi,

perlengkapan eksitasi masih dapat

memenuhi keluaran nominal generator.

Dalam beberapa proyek, ketika satu

jembatan keluar dari operasi,

perlengkapan eksitasi masih dapat

memenuhi gangguan eksitasi generator.

Penyearah dikontrol oleh AVR. AVR

mengatur keluarannya untuk mngubah

arus eksitasi dan dengan demikian

mengatur tegangan terminal generator

dan daya reaktif generator.

Pada penyearah tenaga didalamnya

termasuk komponen berikut:

Penyearah tenaga jembatan

Penguat pulsa dan deteksi

Rangkaian proteksi RC

Sistem kipas pendingin paksa

Modul komunikasi serial

Pemantauan dan indikasi

Diagram skematik penyearah tenaga

ditunjukan sebagai berikut:

Gambar 6 Diagram skematik penyearah

terkontrol penuh 3 fasa

Elemen V1-V6 adalah SCR. Tidak

ada banyak elemen yang dipasang

secara seri atau secara paralel agar

supaya mengurangi gangguan.

Rangkaian proteksi RC yang

dihubungkan pada kedua sisi dari tiap

SCR dapat menyerap tegangan lebih

komutasi dan tegangan puncak. Sebuah

fuse kecepatan tinggi dihubungkan

dengan tiap SCR secara seri agar supaya

melindungi elemen SCR. Tiga tranduser

(T51-T53) ditempatkan pada sisi tenaga

AC. Sinyal yang berasal dari tranduser-

tranduser ini akan digunakan untuk

mendeteksi keadaan konduksi dari SCR.

Pemutus rangkaian medan (FCB)

FCB terletak antara kumparan

medan dan penyearah jembatan.

Keluaran DC dari penyearah jembatan

mengalir ke kumparan medan generator.

Itu merupakan bagian penting rangkaian

deeksitasi. Dibawah kondisi genting, itu

dapat dipisahkan secara cepat dan

mentransfer energi medan ke resistor

pelepasan untuk menjamin keamanan

generator.

3. Automatic Voltage Regulator

(AVR) AVR tipe GES-3320 terletak di

bagian dalam lemari pengatur. AVR

berfungsi untuk pengaturan sinyal,

kontrol dan kalkulasi, dan keluaran

sinyal. Komputer menampung semua

jenis simulasi dan nilai switching,

kemudian menghitung dan

melatihsemua jenis simulasi dan nilai

switching untuk mengontrol keluaran

SCR dan untuk mengatur sistem eksitasi.

AVR seri GES-3320 merupakan jenis

channel ganda struktur bertingkat. Ada

dua set hardware terpisah secara paralel

yang dihubungkan satu sama lain dan

juga bekerja secara bebas. Dua channel

bekerja secara paralel dan menjadi warm

standby satu sama lain. Kedua channel

dapat mendiagnosis sendiri dan

mendiagnosis satu sama lain,

menindaklanjuti, berkomunikasi, dan

berpindah satu sama lain.

4. Perintah kontrol

Bagian ini memperkenalkan

perintah kontrol jarak jauh (dari pusat

kontrol) sistem eksitasi.

a. Excitation on

Ketika perintah Exc. ON diterima,

sistem eksitasi akan berusaha menaikan

arus medan secara otomatis, sampai titik

yang disyaratkan. Regulator akan

melaksanakan langkah berikut secara

berurutan:

Menghidupkan kipas pendingin dalam lemari penyearah

Memancarkan pulsa pemicuan

Menghidupkan rangkaian medan sesaat (field flashing)

Menaikan secara otomatis tegangan ke titik preset

b. Excitation off Ketika perintah ekcitation off

diterima, regulator akan melaksanakan

program pelepasan medan. Pelepasan

balik akan digunakan untuk kondisi

normal. Pemutus medan ditambah

resistor pelepasan akan melepas

(membuang) energi yang tersimpan di

dalam kumparan medan.

c. Operasi pemutus medan Itu termasuk perintah Field Breaker

On dan Field Breaker Trip.

d. Penyetelan mode pengaturan

AVR dapat bekerja dalam 4 mode

pengaturan: mode tegangan terminal

konstan (auto mode), mode arus medan

konstan (manual mode), mode daya

reaktif konstan, dan mode faktor daya

konstan. Keadaan normal (default

setting) adalah mode tegangan terminal

konstan (auto mode).

Secara prinsip, empat mode

pengaturan dapat mengalami perubahan

selama operasi. Ketika mode regulasi

diubah, tegangan terminal dan daya

reaktif tidak berfluktuasi dengan jelas.

Tapi kasus berikut merupakan

perkecualian:

Ketika suatu gangguan terjadi

dibawah mode tegangan terminal

konstan, mode pengaturan akan

berubah ke mode arus medan

konstan. Sebelum gangguan di-reset,

perubahan dari mode arus medan

konstan ketiga mode lainnya tidak

diperbolehkan.

Ketika generator beroperasi dalam

kondisi tidak berbeban, perubahan

dari mode tegangan terminal

konstan atau mode arus medan

konstan ke mode daya reaktif

konstan atau mode faktor daya

konstan tidak diperbolehkan.

Selama pemutus generator utama

menutup (on line), perubahan ini

tidak diperbolehkan.

Catatan: mode arus medan konstan

(manual mode) hanya mengatur arus

medan, dan dibawah mode ini

sebagian besar fungsi pembatas

tidak aktif. Oleh karena itu, ketika

pengaturan disetel ke mode arus

medan konstan (manual mode),

operator seharusnya memantau

mesin dengan teliti.

e. Set point rise/Set point lower Perintah set point rise atau set point

lower dapat menaikan atau menurunkan

nilai titik kerja.

Dibawah mode tegangan terminal

konstan, perintah set point rise atau set

point lower akan mengubah nilai titik

kerja dari tegangan terminal generator.

Dibawah kondisi generator tidak

berbeban, operasi ini akan mengubah

tegangan terminal. Dibawah kondisi

generator berbeban, operasi ini akan

mengubah daya reaktif. Ketika suatu

fungsi pembatas aktif, perintah set point

rise atau set point lower tidak akan

efektif.

Dibawah mode daya reaktif konstan

dan mode faktor daya konstan, perintah

set point riseatau set point lower akan

mengubah daya reaktif dan faktor daya.

Dibawah mode arus medan konstan,

perintah set point riseatau set point

lower akan mengubah nilai titik kerja

arus medan. Dibawah kondisi generator

tidak berbeban, operasi ini akan

mengubah tegangan terminal. Dibawah

kondisi generator berbeban, operasi ini

akan mengubah daya reaktif.

Catatan: mode arus medan konstan

konstan (manual mode) hanya mengatur

arus medan, dan dibawah mode ini

sebagian besar fungsi pembatas tidak

aktif. Itu tidak aman untuk bekerja

dibawah manual mode untuk waktu

yang lama.

Ketika nilai titik kerja mencapai

maksimum atau minimum, perintah set

point rise atau set point lower tidak akan

efektif.

IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan Dari uraian tersebut diatas dapat

diambil beberapa kesimpulan

diantaranya:

1. Energi eksitasi generator didapat

dari poros utama sehingga

keandalannya tinggi. 2. Biaya perawatan sistem eksitasi

dengan sikat relatif tinggi karena

adanya sikat, komutator dan slip

ring.

3. Nilai arus eksitasi harus dijaga agar

selalu sesuai dengan arus dasar pada

sistem eksitasi sehingga kestabilan

sistem secara keseluruhan tetap stabil.

4. Sistem eksitasi yang baik memiliki

respon yang cepat manakala terjadi

gangguan internal maupun eksternal

yang mempengaruhi kinerja

generator.

4.2 Saran

1. Sistem eksitasi dapat digantikan

dengan menggunakan sistem

eksitasi tanpa sikat (brushless

excitation) yang tentunya akan

meningkatkan keandalan sistem

secara keseluruhan.

2. Pada sistem eksitasi dengan sikat

maka perawatan sikat harus menjadi

perhatian utama demi menjaga

kontinuitas pasokan energi listrik

yang stabil.

DAFTAR PUSTAKA

[1.] Keman, Ismuranto, Pengenalan

Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Batubara, Surabaya, 2005.

[2.] Saadat, Hadi, “Power System

Analysis”, Mc Graw Hill Inc,

Singapore, 1999.

[3.] Sulasno, Ir., Dasar Teknik

Konservasi Energi Listrik dan

Sistem Pengaturan, Badan Penerbit

Universitas Diponegoro, Semarang,

2004.

[4.] ………….., Tutorial Teknik Listrik,

Artikel dan Software Teknik, Dunia

Listrik, Nopember 2009.

[5.] ……………., “Manual Excitation

Operation”, Dongfang Electrical

Machinery Co.Ltd., 2005.

[6.] …………….,, “Manual Excitation

Maintenance”, Dongfang Electrical

Machinery Co.Ltd., 2005.

[7.] ……………., “Manual Electrical

Operation”, Dongfang Electrical

Machinery Co.Ltd., 2006.

[8.] ……………., Manual Excitation

Hardware, Dongfang Electrical

Machinery Co.Ltd., 2005.

BIODATA PENULIS Dennis Hasnan

Zulfialda lahir di

Bamjarnegara 18 Juli

1992. Menempuh

pendidikan dasar di

SD Muhammadiyah

IV Banjarnegara.

Melanjutkan ke SMP

N 1 Banjarnegara dan

pendidikan tingkat atas di SMA N 1

Banajarnegara dan sekarang di jurusan

Teknik Elektro Universitas Diponegoro

Semarang, konsentrasi Ketenagaan

Listrik.

Semarang, Maret 2014

Mengetahui,

Dosen pembimbing

Ir. Agung Nugroho, M.Kom. NIP. 195901051987031002