avr
Post on 20-Jan-2016
122 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR) DAN PENGAMANNYA
PADA GENERATOR
AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR)
Sistem eksitasi generator sinkron, termasuk dalam hal ini adalah Automatic Voltage
Regulator (AVR) merupakan faktor penting dalam pembangkitan daya listrik arus bolak-balik.
Dalam pembangkitan energi elektrik pada generator sinkron, sistem eksitasi menentukan kualitas
daya yang dihasilkan oleh generator. Secara umum, sistem eksitasi yang ideal memenuhi kriteria
dasar sebagai berikut:
Respon yang relatif cepat
Regulasi tegangan cukup rendah (umumnya disyaratkan ≤ 5%)
Error steady state rendah
Tidak menyebabkan timbulnyaharmonisa secara berlebihan
Tidak menyebabkan terjadinya injeksi arus dc pacla jangkar
Tidak terlalu banyak membebani jangkar
Khusus untuk kriteria terakhir, pada generator-generator generasi terakhir umumnya telah
dirancang sedemikian rupa sehingga kebutuhan daya untuk eksitasi relatif sangat kecil. Pade saat
ini, hampir semua generator komersial adalah dari jenis shunt atau permanent magnet generator
(PMC). Selain itu jenis generator compound juga digunakan dalam jumlah sedikit. Sedangkan
generator dari jenis dengan brush telah ditinggalkan orang.
Eksitasi generator diperlukan untuk menimbulkan fluksi magnetik pada kutub-kutub
medan generator yang terletak pada rotor. Bila shaft rotor diputar, maka fluksi magnetik akan
memotong penghantar-penghantar armature, sehingga menimbulkan ggl (tegangan dalam) pada
jangkar (armature) yang besarnya adalah
E= c.n.ф
dimana :
E= ggl yang dibangkitkan pada jangkar
n= kecepatan putar rotor
ф = fluksi magnetik
c= konstanta mesin
Karena rotor dan stator generator dapat mengalami kejenuhan inti, maka untuk
mendapatkan penambahan ggl tertentu, penambahan arus medan yang dibutuhkan tidak
sebanding (lebih besar) daripada rasio kenaikan ggl-nya.
Pada keadaan terbebani, tegangan terminal generator akan jatuh di sebabkan oleh :
Adanya reaktansi sinkron
Adanya resistansi armature
Reaksi jangkar
Tanpa menggunakan AVR, jatuh tegangan yang terjadi akan sangat besar, sehingga
regulasi tegangan bisa mencapai 30% -40%. Karena itu sistem eksitasi adalah faktor kunci yang
menentukan kualitas daya listrik yang dihasilkan generator.
1. Komponen AVR
Gambar 4.2 Komponen-komponen dari AVR
1.1. Sensing circuit
Tegangan tiga phasa generator diberikan pada sensing circuit melewati PT dan 90R
terlebih dahulu, dan tegangan tiga phasa keluaran dari 90R diturunkan kemudian
disearahkan dengan rangkaian dioda, dan diratakan oleh rangkaian kapasitor dan resistor dan
tegangan ini dapat diatur dengan VR (Variable Resistant). Keuntungan dari sensing circuit
adalah mempunyai respon yang cepat terhadap tegangan output generator.
1.2. Comparative amplifier
Rangkaian comparative amplifier digunakan sebagai pembanding antara sensing circuit
dengan set voltage. Besar sensing voltage dengan set voltage tidak mempunyai nilai yang
sama sehingga selisih/rentang besar tegangan tersebut. Selisih tegangan disebut dengan error
voltage. Ini akan dihilangkan dengan cara memasang VR (variable resistance) pada set
voltage dan sensing voltage.
1.3. Amplifier circuit
Gambar 4.3 Rangkaian Amlifier
Aliran arus dari D11, D12, dan R34 adalah rangkaian penguat utama atau penguatan
tingkat terendah. Keluaran dari comparative amplifier dan keluaran dari over excitation
limiter (OEL) adalah tegangan negative dan dari tegangan negative kemudian pada masukan
OP201. Ketika over excitation limiter (OEL) atau minimum excitation limiter (MEL) tidak
operasi maka keluaran dari comparative amplifier dikuatkan oleh OP201 dan OP301
masukan dari OP301 dijumlahkan dengan keluaran dari dumping circuit. OP401 adalah
Amplifier untuk balance meter hubungan antara tegangan masuk dan tegangan keluaran dari
OP201 dan OP401 diperlihatkan pada bagan berikut.
1.4. Automatic manual change over and mixer circuit
Rangkaian ini disusun secara Auto-manual pemindah hubungan dan sebuah rangkaian
untuk mengontrol tegangan penguatan medan generator. Auto-manual change over and
mixer circuit pada operasi manual pengaturan tegangan penguatan medan generator
dilakukan oleh 70E, dan pada saat automatic manual change over and mixer circuit
beroperasi manual maka AVR (automatic voltage Rregulator) belum dapat beroperasi. Dan
apabila rangkaian ini pada kondisi auto maka AVR sudah dapat bekerja untuk mengatur
besar arus medan generator.
1.5. Limited circuit
Limited circuit adalah untuk penentuan pembatasan lebih dan kurang penguatan
(excitation) untuk pengaturan tegangan output pada sistem excitacy, VR125 untuk pembatas
lebih dari keluaran terminal C6 dan VR126 untuk pembatas minimal dari keluaran terminal
C6.
1.6. Phase syncronizing circuit
Unit tyristor digunakan untuk mengontrol tegangan output tyristor dengan
menggunakan sinyal kontrol yang diberikan pada gerbang tyristor dengan cara mengubah
besarnya sudut sinyal pada gerbang tyristor. Rangkaian phase sinkronisasi berfungsi untuk
mengubah sudut gerbang tyristor yang sesuai dengan tegangan output dari batas sinkronisasi
dan juga sinyal kontrol yang diberikan pada tyristor di bawah ini terdapat gambar
sinkronisasi.
1.7. MEL (Minimum Excitacy Limiter)
Gambar 4.4 Rangkaian MEL (Minimum Exitacy Limiter)
MEL (minimum eksitasi limiter) yaitu untuk mencegah terjadinya output yang
berlebihan pada generator dan adanya penambahan penguatan (excitacy) untuk
meningkatkan tegangan terminal generator pada level konstan. Rangkaian ini digunakan
untuk mendeteksi operasional dari generator yaitu dengan mendeteksi keluaran tegangan
dan arus pada generator. Rangkaian ini juga digunakan untuk membandingkan keluaran
tegangan generator dengan eksitasi minimum yang telah diseting. Rangkaian ini akan
memberikan batas sinyal pada rangkaian AVR apabila melebihi eksitasi minimum,
kemudian output dari MEL (Minimum Eksitasi Limiter) dikuatkan oleh amplifier.
2. Suplai Daya Sistem Eksitasi
Pada umumnya, suplai daya eksitasi didapat dari terminal generator. Kecuali pada
saat start, apabila tegangan sisa tidak sanggup untuk mengaktifkan AVR, maka digunakan
cara boosting atau flashing untuk menaikkan tegangan generator.
Ada bermacam cara untuk mendapatkan suplai bagi sistem eksitasi, antara lain:
2.1. Generator dengan Sikat
pada gambar 3.1 ditunjukan skema generator dengan sikat (brush).
Gambar 3.1 Generator Brush
2.2. Generator shunt standart
Pada generator shunt standart, seolah-olah terdapat dua generator, yang mana generator
satu mensuplai generator utama (main generator). Generator ini dikenal juga dengan nama
"generator brushless" karena tidak menggunakan sikat dan slip ring. Dalam hal ini arus
medan generator utama disuplai oleh generator eksitasi dan penyearah yang menempel pada
shaft rotor. Tegangan generator eksitasi sendiri diatur oleh AVR. Sedangkan masukan
umpan balik dan suplai AVR didapatkan dari armature generator utama. Dengan pengaturan
arus medan generator eksitasi secara otomatis, tegangan terminal utama dapat dijaga
konstan.
Gambar 3.2 Generator Shunt Standart
2.3. Generator shunt dengan belitan tambahan (auxiliary)
Generator ini adalah varian dari generator shunt. Jenis ini termasuk banyak digunakan.
Pada gambar 3.3 ditunjukkan skema generator jenis ini.
Gambar 3.3 Generator Shunt dengan Belitan Tambahan
Pada generator ini masukan umpan balik AVR dan suplai medan generator eksitasi
didapat dari belitan tambahan. Jenis ini disebut juga generator shunt dengan booster.
2.4. Generator dengan permanent magnet generator (PMG)
Generator jenis ini makin populer karena dengan adanya PMG kerja AVR menjadi
ringan sehingga kehandalannya lebih baik. Pada gambar 3.4 ditunjukan skema generator
dengan PMG.
Perbedaannya dengan generator jenis shunt adalah suplai medan generator eksitasi
didapat dari armature PMG. keistimewaan generator jenis ini adalah tidak perlu dilakukan
boosting ataupun flashing sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya kerusakan pada
waktu startup.
Gambar 3.4 Generator dengan PMG
2.5. Generator Compound
Generator jenis ini relatif jarang digunakan kecuali di tempat-tempat yang jauh atau
untuk penggunaan dengan persyaratan keandalan tinggi. Kelebihan generator jenis ini adalah
mampu beroperasi tanpa AVR elektronik dengan jatuh tegangan yang masih dalam batas
wajar. Leroy Somer menjamin bahwa generator-generator compound-nya masih sanggup
bekerja dalam batas regulasi 5% tanpa menggunakan AVR. Pada gambar 3.5 ditunjukkan
skema generator compound.
Belitan tambahan secara fungsional adalah berfungsi sebagai trafo tegangan. Bila
generator terbebani berat, arus beban akan meningkatkan fluksi pada trafo arus dan
menyebabkan ggl pada belitan sekunder trafo arus meningkat. Dengan demikian trafo arus
berfungsi untuk menambah tegangan eksitasi pada ssat generator berbeban berat sehingga
tegangan terminal generator dapat dijaga konstan.
Varian lain dari generator compound adalah penggunaan penyearah untuk masing-
masing belitan tambahan dan trafo arus. Penjumlahan tegangan dilakukan pada output
penyearah.
Setiap generator shunt, secara teoritis dapat diubah menjadi generator compound
dengan cara menambahkan trafo tegangan external dan trafo arus pada terminal keluaran.
Gambar 3.5 Generator Compound
3. Sistem AVR (Automatic Voltage Regulator)
Automatic Voltage Regulator atau AVR memegang peranan dalam stabilisasi tegangtan
terminal generator. Dengan AVR regulasi tegangan bisa mencapai 0.5% saja. Ada beberapa
jenis AVR yang digunakan pada generator komersial. Pada gambar 3.6 diperlihatkan
diagram blok dasar-sistem kontrol tegangan generator sinkron.
Gambar 3.6 Dasar Sistem Kontrol Tegangan
Panda generator besar (kapasitas beberapa MVA atau lebih), eksitasi biasanya disuplai
dari penyearah tiga fasa gelombang penuh dengan thyristor. Sedangkan pada generator kecil
(kira-kira 1 MVA atau kurang), suplai eksitasi diambil dari salah satu fasa saja.
AVR juga harus mampu mengatasi nonlinearitas bahan magnetik (histerisis). Tetapi
karena nonlinearitas bahan magnetik generator umumnya tidak terlalu ekstrim sehingga
masih bisa didekati dengan fungsi linear. Selain itu AVR harus rnampu rnenahan tegangan
negatif pada saat generator mengalami hubung singkat.
Akan dijelaskan metode-metode yang bisa digunakan. Pada dasarnya setiap metode bisa
digunakan untuk setiap jenis generator, npakah jenis dcngan sikat, shunt, shunt dengan
booster, PMC ataupun compound.
3.1. Penyearah Terkendali Setengah Gelombang
Metode ini adalah yang paling popular dan hingga saat ini masih banyak digunakan.
Penyearah yang digunakan adalah thyristor yang dikemudikan pada setengah periode positif
saja. Diagram AVR ini diperlihatkan pada gambar 3.7.
Gambar 3.7 AVR dengan Penyearah Thyristor
AVR jenis ini menpunyai keuntungnan:
Teknologinya telah dikenal luas
Sedangkan kelemahannya adalah:
Menginjeksi arus dc pada generator, yang mana hal ini tidak diperkenankan menurut
IEEE standard no. 519-1992
Respon relatif lambat
Karena tegangan drop pada thyristor relatif besar, rugi-rugi daya pada thyristor relatif
besar, sehingga diperlukan ruang yang agak besar untuk penempatan heat sink
AVR jenis ini dapat diterapkan untuk generator dengan sikat dan generator shunt. AVR
jenis ini memerlukan sikring pengaman untuk mencegah arus Iebih mengalir pada belitan
medan apabila terjadi kerusakan hubung singkat pada thyristor.
3.2. Series Pass Transistor Chopper
Pada prinsipnya di sini diterapkan down dc chopper atau Buck regulator. Tegangan
pada belitan medan sebanding dengan duty cycle transistor chopper. Pada gambar 3.8
ditunjukkan rangkaian daya chopper.
Gambar 3.8 Series Pass Transistor Chopper
Keunggulan AVR jenis ini adalah:
Rangkaian kontrol sederhana, jumlah komponen yang sedikit
Dengnn semakin murahnya harga transistor bipolar dan MOSFET, harga bisa
menjadi lebih niurah dibandingkan sistem dengan thrystor
Sistemnya adalah linier untuk daerah yang lebar, sehingga daerah kestabilannya
lebar dan memudahkan gain tuning serta integral tuning
Dengan menggunakan switching frekucnsi tinggi (dari beberapa ratus Hz hingga
beberapa puluh kHz) ripple arus bisa sangat rendah
Karena drop tegangan pada MOSFET atau transistor bipolar relatif rendah, rugi·rugi
juga rendah, sehingga menjadikannya efisien
Respon relatit cepat
3.3. Series Pass Linear Regulator
Pada AVR ini transistor bekerja dalam daerah linearnya. Rangkaian daya sama dengan
yang ditunjukkan pada gambar 3.8. Bedanya adalah transistor tidak berfungsi sebagai saklar
seperti pada chopper di atas, melainkan berfungsi sebagai sumber arus yang besarnya
dikontrol oleh arus basis.
Keunggtilan AVR jenis ini adalah:
Rangkaian kontrol sederhana
Dengan sumakin murahnya harga transistor bipolar dan MOSFET, harga bisa
menjndi lebih murah dibandingkan sistem dengan thrystor
Sisternnya adalah linier untuk daerah yang lebar, sehingga daerah kestabilannya
lebar dan memudahkan tuning
Ripple arus sangat rendah
Sedangkan kelemahannya adalah:
Tidak bisa digunakan untuk mensuplai daya eksitasi yang besar (maksimum hanya
sekitar 20W-30W) karena disipasi daya pada transistor cukup besar
Untuk tegangan rendah
3.4. Shunt Transistor Chopper
Pada dasarnya di sini diterapkan prinsip dc chopper yang paralel dengan beban.
Tegangan pada belitan medan sebanding dengan komplemen duty cycle transistor chopper.
Pada gambar 3.9 ditunjukkan rangkaian daya chopper.
Gambar 3.9 Shunt Transistor Chopper
Pada beban generator rendah, transistor bekerja lebih berat, Keungulan AVR jenis ini
adalah:
Rangkaian kontrol sederhana `
Ripple arus rendah
Rugi-rugi pada komponen daya transistor atau MOSFET rendah
Sedangkan lwlemaliannya adalah:
Rugi-rugi daya pada kedua resistor penibatas arus
Sistem tidak terlalu linear, tetapi masih lebih baik daripada penyearah terkendali
dengan thyristor
Untuk tegangan rendah
3.5. Shunt Linear Regulator
Topologi yang digunakan sama dengan shunt transistor chopper. Tetapi transistor yang
digunakan bekerja pada daerah linearnya, Konsep AVR ini cenderung untuk digunakan pada
generator jenis compound. Seperti juga shunt transistor chopper, AVR jenis ini cocok untuk
digunakan pada beban besar. Keunggulan AVR jenis ini adalah:
Ripple ams rendah
Sedangkan kelemahannya adalah:
Rangkaian kontrol lebih kompleks
Tidak terlalu linear
Rugi-rugi daya pada resistor pembatas arus
Rugi-rugi daya pada transistor menyebabkan keterbatasan daya eksitasi
Perlu menggunakan trafo penurun tegangan
4. Prinsip Pengaturan AVR
Ada berbagai cara pengaturan yang dapat dilakukan diantaranya: cara serie, cara paralel
atau kombinasi keduanya.
Bila tegangan listrik di analogikan sebagai permukaan air didalam tangki, sedangkan
arus listrik di analogikan sebagai aliran air, maka cara pengaturan diatas dapat digambarkan
sbb:
Gambar 3.10 Analogi Pengaturan Secara Seri
Gambar 4.1 Rangkaian Listrik Pengaturan Secara Seri
Gambar 4.2 Analogi Pengaturan Secara Paralel
Gambar 4.3 Rangkaian Listrik Pengaturan Secara Paralel
Pada gambar 3.10 & 3.11, dalam pengaturan secara serie untuk mempertahankan
tegangan keluaran (level air dalam t2) konstan, maka rheostat (katup pengatur) diatur.
Pada gambar 3.12 dan 3.13, dalam pengaturan secara paralel untuk mempertaha.nkan
tegangan keluaran (level air dalam t2) konstan, maka rheostat (katup drain) diatur.
Sedangkan cara kombinasi menggunakan gabungan kedua cara pengaturan diatas.
Selain cara-cara diatas, mempertahankan tegangan keluaran (level air di t2) dapat
dilakukan dengan cara intermitten (on off). Ketika tegangan keluaran (level air di t2) tinggi,
arus ke beban (t2) dimatikan. Sedangkan ketika tegangan keluaran (level air di t2) rendah,
arus ke beban (t2) dibuka penuh. Dengan demikian bisa didapatkan tegangan keluaran (level
air di t2) yang rata-rata konstan.
Cara ini dapat dibagi men)ad| dua, yaitu intermitten dengan frekuensi tetap dan lebar
pulsa variable atau dengan lebar pulsa tetap dengan frekuensi variable. I-ial ini dapat .
Digambarkan sbb:
Gambar 4.4 Posisi Switch pada Rangkaian Listrik
Gambar 4.5 Pengaturan dengan Frekuensi
Tetap Lebar Pulsa Variabel
Gambar 4.6 Pengaturan dengan Frekuensi
Variable dan Lebar Pulsa Tetap
Gambar 3.14 menuniukkan posisi switch dalam rangkaian listrik, switch ini bekeria
secara elektronik. Sedangkan gambar 3.15 menuniukkan pengaturan dengan frekuensi tetap
lebar pulsa variabel, sedangkan gambar 3.16, menunjukkan pengaturan dengan frekuensi
variable dan lebar pulsa tetap. Sistem pengaturan ini mempunyai efisiensi yang paling
tinggi, tetapi mempunyai kelemahan harmonisa tinggi.
Bila tegangan supply adalah ac maka pengaturan dapat dilakukan dengan silicone
control rectifier atau thyristor dengan cara penyulutan pada sudut variable atau penyulutan
pada zero crossing.
Gambar 4.7 Pengaturan dengan SCR
Penyulutan pada Sudut Variabel
Gambar 4.8 Kurve Tegangan Masukan dan Keluaran
Gambar 4.9
Pengaturan dengan SCR Penyulutan Zero Crossing
Gambar 4.10
Kurva Tcgangan Masukan dan Keluaran
Pengaturan penyulutan pada zero crossing mempunyai keuntungan pada level
harmonisanya yang lebih rendah.
Selain peralatan peralatan tersebut, masih ada beberapa ienis perangkat yang digunakan
sebagai regulator tegangan. Diantaranya moving coil regulator dan saturated current
transformer.
Gambar 4.11 Moving Coil Regulator
Pada gambar 3.20 diperlihatkan moving coil regulator, dimana winding a dan winding b
adalah gulungan identik yang dipasang secara oposisi, Sedangkan "short circuited movable
coil" dapat diposisikan mulai ujung atas winding a hingga uiung bawah winding b.
Bila movable coil berada pada winding a maka flux pada winding a akan mencapai nol
sehingga tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan.
Dengan movable coil berada ditengah maka tegangan keluaran adalah 1/2 dari tegangan
masukan, karena reaktansi winding a sama dengan reaktansi winding b. Iika movable coil
berada disisi winding b, tegangan keluaran akan nol.
Dengan menggeser posisi movable coil secara halus maka akan didapat perubahan
tegangan keluaran sesuai yang dikehendaki.
Sedang pada saturated current transformer, tegangan dc dipergunakan sebagai kontrol
untuk mengatur kejenuhan magnetik dari inti besi pada current transformer.
Gambar 4.12
Saturated Current Transformer
Ketika tegangan kontrol nol, maka setiap kenaikan arus primer akan menaikkan
tegangan keluaran dan sebaliknya. Tetapi ketika tegangan hampir jenuh, maka kenaikan arus
primer akan mengakibatkan inti besi jenuh sehingga tegangan keluaran akan turun.
Fenomena ini dapat dimanfaatkan dalam pengatuan tegangan.
5. Exciter
Exciter adalah nama generik peralatan yang dipergunakan untuk membangkitkan medan
magnetik pada generator. Jadi exciter harus mampu melayani kebutuhan perubahan medan
magnetik yang besar pada generator sesuai kebutuhan sistem. Untuk itu exciter
menggunakan "automatic volatage regulator" sehingga kebutuhan ini dapat terpenuhi.
Ditinjau dari catu dayanya, exciter dibagi meniadi 2 jenis :
I. Self powered exciter
2. Static exciter
Self powered exciter mendapatkan catu dayanya dari Permanent magnetic generator
atau seienisnya yang dipasang Pada as generator itu sendiri.
Gambar 5.1 Self Powered Exciter
Sedangkan static exciter mendapatkan catu dayanya dari luar.
Gambar 5.2 Scatic Exciter
Bila ditiniau dari cara penyaluran dayanya, exciter dibagi meniadi 2 jenis :
I. Carbon brush exciter
2. Brush less exciter
Gambar 3.23 dan 3.24 memperlihatkan carbon brush exciter, dimana daya dari AVR
disalurkan ke medan (rotor) melalui slip ring.
Pada brushless exciter, daya dari AVR disalurkan ke medan (rotor) tanpa melalui slip
ring.
Gambar 5.3 Brushless Exciter
Brushless exciter mempunyai keuntungan atas tidak diperlukannya slip ring sehingga
dapat meningkatkan keandalan operasi dan mengurangi pemeliharaan.
6. Prinsip Pengaturan AVR Untuk Exciter
Gambar 6.1
Blok Diagram Sistem Pengaturan Exciter
Comparator membandingkan output dari proses (tegangan output generator) dengan
voltage set point yang dikehendaki. Penyimpangan output generator terhadap set point akan
memberi perintah kepada voltage adjuster untuk menaikan atau menurunkan arus eksitasi.
Anticipator memberikan respon dini atas perubahan beban generator. Compensator
memberikan masukan parameter lain seperta stabilitas, suhu operasi dan sebagainya.
Sedangkan protection memberikan batasan-batasan operasi untuk tidak dilampaui.
Keluaran dari voltage adiuster diumpankan ke exciter dengan target tegangan outputi
generator yang sesuai dengan set point.
Semua ienis pengatur tegangan yang telah diielaskan di dedepan dapat dipergunakan
sebagai voltage adiuster seiauh memenuhi standar dan code yang ada.
Untuk pengatur jenis elektro mekanik memiliki kelemahan pada lambatnya response
akibat gesekan mekanis yang mempunyai "dead zone" antara 0.5% hingga 1%. Sedangkan
pengatur jenis elektronik mempunyai response/sensitivitas yang relatif lebih baik.
Untuk mengetahui tingkat kecepatan "trransient response" dari AVR dilakukan saat
"full load rejection" pada faktor daya sesuai ratingnya.
Bila AVR dapat mempertahankan tegangan termina generator dalam 16 cycles, atau kira
kira 0,32 detik untuk frekuensi kerja 50 hz, maka transient response dari AVR tersebut telah
sesuai dengan kebutuhan operasi.
Sedangkan kelas "regulation" untuk tegangan generator mengikuti rumus seperti
berikut:
(1)
dimana:
E = Tegangan generator saat beban dilepas
V = Tegangan generator saat beban penuh
Kecepatan "transit response" harus dapat diatur, karena pada generator yang paralel
pada "infinite bus" perubahan beban reaktif dari sistem harus ditanggung secara
proporsional oleh generator generator yang sedang mencatu daya ke dalam "bus". Untuk itu
koordinasi "reaktif power droop" perlu ditentukan.
Untuk mengatur tegangan bus perlu pengaturan eksitesi dari tiap generator yang
dikoordinasikan oleh dispatcher.
Jadi sebagai mesin synchron generator yang paralel pada "infinite bus" dapat
difungsikan sebagai "reactive power generator" melalui pengaturan eksitasi selama masih
berada dalam batas "capability curve" spesifik dari tiap generator.
7. Pertimbangan Pemilihan
Pemilihan jenis sistem eksitasi generator terutama mempertimbangkan faktor prediks
keandalan dan penggunaan generator. Sebagai contoh untuk aplikasi-aplikasi yang kritis
seperti rumah sakit maka faktor keandalan harus menjadi pertimbangan utama. Karena itu
penggunaan generator compound adalah pilihan terbaik walaupun dari segi biaya, paling
mahal. Untuk keperluan komersial standar, pilihan terbaik tampaknya jatuh pada generator
shunt, karena relatif tidak memerlukan perawatan seperti halnya generator dengan sikat.
Bila dilihat dari sisi AVR, maka generator dengan kebutuhan tegangan dan arus eksitasi
yang rendah akan menyebabkan AVR berumur lebih panjang karena kerja yang lebih ringan.
Tetapi perlu diperhatikan juga apabila arus eksitasi sangat tendah, dikuatirkan bahwa
demagnetisasi tidak berlangsung dengan baik karena efek histerisis. Pada generator-
generator generasi terakhir umumnya kebutuhan daya eksitasi relatif rendah. Generator
berkapasitas sekitar 300 kVA yang digunakan di kereta api mempunyai rating eksitasi paling
tinggi sebesar adalah 51Volt 0.25 Ampere. Rating sebesar ini bisa ditangani oleh kelima
jenis AVR di atas. Tetapi pemilihan jenis AVR yang akan diterapkan harus
mempertimbangkan ketersediaan dan kemudahan komponen. Bila diinginkan kesederhanaan
pada daya ekstitasi yang rendah, rnaka AVR jenis linear adalah pilihan yang baik. Tetapi
apabila disipasi daya menjadi kendala, maka AVR jenis switching adalah lebih baik. Untuk
daya eksitasi yang relatif besar dengan topologi yang sederhana dan cost yang rendah, AVR
dari jenis penyearah terkendali dapat digunakan.
8. PENGAMAN PADA AVR.
8.1. Reverse Power Relay
Reverse power biasanya digunakan untuk menjelaskan mengenai fenomena perubahan
unjuk kerja dari generator menjadi motor.
jadi dalam kejadian ini, sebuah generator yang tadinya menghasilkan daya listrik,
berubah menjadi menggunakan daya listrik, dengan kata lain generator menjadi motor
listrik. Hal ini bisa terjadi karena pada dasarnya antara generator dan motor memiliki
konstruksi yang sama dan jika:
1. generator dihubungkan paralel atau bergabung dalam suatu jaringan dengan
generator lain.
2. torsi yang dihasilkan oleh penggerak mula (prime mover, dalam hal ini misalkan
turbin uap, turbin air, atau mesin diesel) lebih kecil dari torsi yang dibutuhkan
untuk menjaga agar kecepatan rotornya berada pada kecepatan proporsionalnya
(dengan referensi frekuensi sistem).
3. terjadi kehilangan torsi dari penggerak mulanya (dengan kata lain penggerak
mulanya seperti turbin atau mesin diesel "TRIP" atau mengalami kegagalan
operasi) dan generator masih terhubung dengan jaringan. Karena masih ada
kecepatan sisa pada rotornya, sedangkan disisi statornya ada tegangan dari
jaringan, sehingga tegangan di stator menginduksi ke lilitan rotor yang berputar.
Dampak reverse power adalah sebagai berikut:
1. untuk diesel generator dapat terjadi ledakan pada ruang bakarnya karena adanya
akumulasi bahan bakar yang tak terbakar sedangkan rotor terus berputar,
2. pada gas turbin juga akan merusak gearbox nya dan
3. pada hydro plant (turbin air) akan terjadi kavitasi.
Inti dari semuanya, jika terjadi reverse power pada suatu unit pembangkit listrik adalah
terjadi kerusakan pada peralatan penggerak mulanya (prime mover) atau turbinnya. oleh
karena itu pada generator dipasang relay reverse power sebagai pengamannya, dan biasanya
interlock dengan generator CB nya.
Gambar Reverse Power Relay
Reverse power relay bekerja dengan mengukur komponen aktif arus beban, I x cos φ.
Ketika Generator beroperasi dan menghasilkan daya listrik maka komponen arus beban I
x cos φ bernilai positif, sedangkan dalam kondisi reverse power maka komponen beban
aktif I x cos φ akan berubah menjadi bernilai negatif. Dan jika nilai negatif ini melampaui
set point dari relay, maka relay reverse power akan bekerja dan beberapa saat kemudian
memerintahkan Circuit breaker untuk membuka.
Reverse Power Relay berfungsi untuk mencegah terjadinya sistem eksitasi yang
melampaui batas (loss of field), kondisi dimana generator mendapatkan tegangan dari sistem
sehingga generator akan menjadi motor sinkron yang juga berarti generator menjadi beban.
8.2. Loss of Field Relay
Meskipun gangguan pada penguat generator jarang terjadi, namun gangguan ini dapat
menyebabkan terganggunya kelangsungan kerja generator. Untuk itu pada generator perlu
dilengkapi pengaman terhadap hilang penguatan (Loss of Field Relay).
1. Penguatan hilang atau penguatan melemah (under exitation) bisa menimbulkan
pemanasan yang berlebihan pada kepala kumparan stator.
2. Penguatan hilang menyebabkan gaya mekanik pada kumparan arus searah rotor
hilang, terjadi out of step, menjadi Generator Asinkron, timbul arus pusar
berlebihan di rotor, selanjutnya rotor mengalami pemanasan berlebihan.
3. Relay penguatan hilang akan mentripkan PMT Generator
Gambar Loss of Field Relay
9. power system stabilizer
Kestabilan dinamik dalam sistem daya listrik ditentukan oleh kemampuan berbagai
komponen pembangkit dalam transfer respon terhadap perubahan beban yang terjadi.
Perubahan beban yang terjadi secara tiba-tiba dan periodik tidak dapat direspon dengan baik
oleh generator sehingga dapat mempengaruhi kestabilan dinamik sistem. Respon yang
kurang baik dapat menimbulkan osilasi frekuensi dalam periode yang lama. Hal ini akan
mengakibatkan pengurangan kekuatan transfer daya yang dapat diatasi menggunakan
peralatan tambahan yang disebut power system stabilizer (PSS).
9.1. Kosep Dasar PSS
PSS merupakan peralatan yang menghasilkan sinyal kontrol untuk diumpankan pada
sistem eksitasi. Namun pada pendekatan yang lebih baru, sinyal kontrol yang keluar dari
PSS diumpankan juga ke sisi turbin. Fungsi dasar PSS adalah menambah batas ketabilan
dengan mengatur eksitasi generator untuk membberi redaman terhadap osilasi rotor mesin
sinkron. Ketidakmampuan meredam osilasi dapat membatasi kemampuan transfer daya.
PSS terdiri dari tiga blok utama yaitu penguatan PSS, wash out dan kompensator lead-
lag. Input PSS dapat berupa frekuensi atau daya dari keluaran pembangkit dan output PSS
diinputkan pada sisi eksitasi. PSS terdiri dari tiga blok utama yaitu penguatan PSS, wash out
dan kompensator lead-lag. Input PSS dapat berupa frekuensi atau daya dari keluaran
pembangkit dan output PSS diinputkan pada sisi eksitasi.
9.2. Komponen PSS
Implementasi sebuah PSS pada sistem daya yang disambungkan melalui Vp ke port
Stabilizer adalah seperti yang ditunjukan pada gambar berikut :
Gambar Sebuah Sistem PSS pada generator ke-i
Blok diagram model PSS ditunjukan pada gambar berikut:
Gambar PSS dalam Bentuk Model Linier
Berikut penjelasan dari model matematik diatas :
1. Blok Gain
Gain berfungsi untuk mengatur besar penguatan agar diperoleh besaran torsi sesuai
dengan yang diinginkan.
2. Blok Washout
Washout filter berfungsi untuk menyediakan bias steady state output PSS yang akan
memodifikasi tegangan generator. PSS diharapkan hanya dapat merespon variasi transient
dari sinyal kecepatan rotor generator Aw dan tidak untuk sinyal DC offseet. Washout filter
bekerja sebagai high pass filter yang melewatkan semua frekuensi yang diinginkan, nilai Tw
dapat dipilih dalam range 1 sampai 2. Tetapi, jika mode interare juga ingin diredam, maka
nilai Tw harus dipilih dalam interval 10 sampai 20 blog lead/lag
leag-lag berfungsi sebagai penghasil karakteristik phase-lead yang sesuai untuk
mengkompensasi phase-lag antara masukan eksitasi dan torsi generator.
3. Limiter
Output PSS dibatasi agar aksi PSS pada AVR sesuai dengan yang diharapkan. Sebagai
contoh, pada saat terjadi pelepasan beban, AVR beraksi untuk mengurangi tegangan
terminal generator pada saat PSS menghasilkan sinyal kontrol untuk menaikkan tegangn
(karena kecepatan rotor generator bertambah besar pada sat pelepasan beban). Pada kondisi
ini sangat diperlukan untuk menonaktifkan PSS. Hal ini menunjukan pentingnya
pembatassan nilai sinyal output PSS yang dapat dilakukan oleh Blok limiter. Perlu
dipperhatikan bahwa nilai batasan negatif yang tinggi dapat mengganggu kestabilan swing
pertama. Ssecara umu, fungsi alih dari PSS dapat digambarkan dalam bentuk model linier
yaitu:
adalah sebuah faktor washout yang bekerja sebagai high-pass filter dengan
time lag . Faktor yang ada dalam kurung adalah sebuah lead compensation untuk
memperbaiki phase lag melalui sistem.
top related