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.