electrical battery and charger risha

DESKRIPSI

BATTERY AND CHARGERS

Baterai atau accumulator adalah suatu peralatan listrik yang dapat menyimpan dan

mengeluarkan energi listrik melalui proses kimia (elektrolisa). Baterai dapat terdiri dari

susunan beberapa sel atau hanya satu sel dan tiap sel terdiri dari elektroda positif (+),

elektroda negatif (-) dan elektrolit. Elektrolit yang digunakan tergantung dari pabrik yang

memproduksinya. Keistimewaan dari baterai adalah bila energi listrik sudah habis atau

kosong, maka energinya dapat diisi kembali, sedangkan energi listrik yang dapat disimpan

dalam baterai adalah arus searah.

Konstruksi baterai

Baterai terdiri dari beberapa bagian yaitu :

Sel : Terdiri dari elektroda positif (+) disebut anoda dan

elektroda negatif (-) disebut katoda.

Elektrolit : Cairan baik berupa Asam sulfat (H2SO4)

maupun potasium hydrokside (KOH). Penggunaan Asam

sulfat maupun potasium hydrokside tergantung dari

karakteristik baterainya.

Container : Tempat elektrolit dan elektroda positif (+) dan

negatif (-). Setiap satu sel maupun beberapa sel mempunyai

satu container.

Karakteristik Baterai

a. Baterai timah hitam (Load-Acid storage baterai)

Baterai dengan tegangan 125 Volt terdiri dari 58 sel

Ukuran baterai lebih besar bila dibandingkan dengan baterai alkali ; sehinga

memerlukan ruangan yang lebih besar.

Berat jenis (specific grafity ) elektrolitnya tergantung dari keadaan pengisian

(Charge)

Suhu elektrolit sangat mempengaruhi terhadap nilai berat jenis elektrolit ,

semakin tinggi suhu elektrolit semakin rendah nilai berat jenisnya dan

sebaliknya.

Harga berat jenis elektrolit tergantung dari tipe baterai dan pabriknya.

Umurnya dapat mencapai 7 sampai 8 tahun

Tegangan terminal = 2 Volt

Tegangan pengisian (charge) :

Pengisian terapung (permanen floating) : 2,18 Volt

Pengisian secara cepat : 2,25 Volt

Pengisian dengan harga tertinggi : 2,37 Volt

Tegangan tertinggi pada akhir pengisian : 2,7 Volt

Tegangan pengosongan (discharge) tanpa rectifier: 2,0 - 1,8 Volt

Tegangan terendah setelah pengosongan : Lebih besar dari 1,8 Volt

b. Baterai Alkali (Alkaline Storage Battery)

Suatu baterai dengan tegangan 125 volt terdiri dari 92 sel

Berat jenis (spesifik grafity) dari elektrolinya tidak tergantung dari keadaan

pengisian, jadi praktis tetap

Umurnya dapat mencapai 10 tahun atau lebih

Tegangan nominal : 1,2 Volt

Tegangan pengisian (Charger) :

Pengisian secara terapung (Permanent floating) : 1,40 - 142 Volt

Pengisian secara cepat : 1,45 Volt

Pengisian dengan harga tinggi : 1,50 - 1,65 Volt

Tegangan pengosongan (discharge) tanpa rectifier : 1,30 - 1,25 Volt

(dalam keadaan normal 10 jam)

Penggunaan Baterai

Penggunaan baterai di Pembangkit Tenaga Listrik adalah sebagai sumber daya

mandiri ( indenpedent) Untuk berbagai peralatan diantaranya.

Untuk tegangan kontrol dan rele proteksi

Penerangan darurat

Motor-moptor arus searah

Sistem telekomunikasi

Tanda-tanda isyarat ( Signalling and alarm).

Penggunaan tegangan searah dalam operasi normal PLTU. Tidak sepenuhnya diambil

dari baterai, sebagaian diambil langsung dari tegangan bolak-balik yang di searahkan.

Namun dalam operasi yang abnormal ( tergangu ) atau tegangan bolak-balik hilang dan

peralatan pengisian baterai ( baterai charging).ganguan, maka dalam kondisi tersebut

tegangan arus searah dari baterai harus siap /mampu melayani untuk keperluan membuka

circuit breaker (CB) dan menjalankan motor / pompa pelumas dan sebagainya. Oleh karena

itu peranan baterai atau tersediannya tegangan searah sangat penting. Untuk memperoleh

unjuk kerja dan umur yang optimal, maka baterai harus dipelihara secara memadai .

Type dan Standard dari Baterai

a. Baterai Asam - Timah

Elektrolitnya : Asam sulfat ( H2SO4)

Elektrodanya :

Anoda : Timah peroxide (PbO2)

Katoda : Timah murni ( Pb )

Tegangan nominal per sel : 2.0 Vol

Tegangan tertinggi setelah pengisian : 2,7 Volt

Tegangan terendah setelah pengosongan : 1,8 Volt

b. Baterai Basa ( Alkali )

Elektrolitnya : Potasium hydroxide ( KOH)

Elektrodanya :

Anoda : Incomplate nickelis - Hydroxide ( NiOOH)

Katoda : Cadmium ( Ca )

Tegangan nominal per sel : 1.2 Volt

Tegangan tertinggi setelah pengisian : 1,65 Volt

Tegangan terendah setelah pengosongan : 1,25 Volt

Rangkaian Baterai

1. Hubungan seri

Berhubung terbatasnya tegangan per sel baterai yaitu jenis baterai asam 2,0

Volt dan jenis baterai basa 1,2 Volt maka untuk mendapat tegangan kerja dari

peralatan yang pada umumnya di Pembangkit Tenaga Listrik adalah 110 Vdc atau 220

Vdc , maka perlu merangkai beberapa baterai secara hubungan serie, sehingga didapat

tegangan keluaran baterai sesuai dengan tegangan kerja peralatan. Apabila

menggunakan baterai asam dengan tegangan 2,0 Volt maka untuk mendapatkan

tegangan keluaran baterai sebesar 110 Vdc, perlu menghubungkan secara seri

sebanyak 55 sel baterai dan bila tegangan keluaran yang diinginkan sebesar 220 Vdc,

maka baterai diseri sebanyak 110 sel. Pada hubungan seri dari baterai, dimana Vdc

sama dengan penjumlahan tegangan dari masing sel baterai sedangkan kapasitas

baterai dalam amperejam adalah tetap.

2. Hubungan Paralel

Pada umumnya menghubungkan paralel setiap sel baterai jarang ditemukan

pada Pusat Pembangkit Listrik, tetapi menghubungkan paralel yang terdiri dari

beberapa group baterai (satu group merupakan hubungan seri dari beberapa baterai )

banyak dilakukan dengan tujuan sebagai berikut.

Untuk menaikan kapasitas baterai yaitu ampere jam .

Untuk keandalan pasok arus searah yang disuplai dari baterai, sehingga apabila

salah satu mengalami gangguan, group yang lain akan berfungsi sebagai back up

atau beberapa group baterai secara bersama memasok kebeban.

Meningkatnya kebutuhan beban DC.

Kapasitas Baterai

Kapasitas suatu baterai adalah menyatakan besar arus listrik (ampere) baterai yang

dapat dialirkan ke suatu rangkaian luar (beban), dalam jangka waktu tertentu (jam), untuk

memberikan tegangan tertentu. Kapasitas baterai dalam ampere jam (Ah) dinyatakan sebagai

berikut :

C = I x t

dimana : C = Kapasitas baterai dalam ampere-jam (Ah)

I = Besar arus yang mengalir (A)

t = Waktu (jam)

Kapasitas baterai ditentukan oleh bahan, Banyaknya material aktif dan elektronnya

yang digunakan. Pada baterai asam timah, kapasitas (Ah) yang tersedia adalah selama 8 atau

10 jam. Sedangkan baterai basa (alkali nickel-cadmiun) umumnya kapasitas baterai

dinyatakan dalam C5 atau C10 (5 atau 10 jam). Untuk meningkat kapasitas baterai, dalam

penggunaannya, maka pada Pusat Tenaga Listrik dengan menghubungkan paralel antara 1

group baterai dengan group lainnya.

Macam-Macam Sistem Pengisian Baterai (Chargers)

1. Cycle Charging

Pengisian dengan cara Cycle Charging digunakan untuk mengisi kembali

baterai setelah mengalami proses pengosongan sebagian atau proses pengosongan

secara normal. Pengisian secara ini biasanya dibutuhkan waktu antara 5 samapai 10

jam. Arus yang dibutuhkan untuk pengisian. Cara ini adalah antara 20 - 25 A setiap

100 Ah dari kapasitas, dengan metode pengisian arus tetap. Besar arus pengisian ini

dikurangi secara perlahan-lahan sampai akhir pengisian yaitu kira-kira 80 - 85 %. Bila

sudah penuh, pengisiandihentikan. Biasanya secara otomatis. Cara ini umum dipakai

pada baterai diesel.

2. Boost Dan Quick Charging

Pengisian dengan cara boost dan quick charging adalah untuk pengisian

baterai yang dipakai di pabrik-pabrik, juga untuk baterai diesel, dimana diperlukan

tambahan pengisian dalam periode yang singkat misalnya pada jam-jam istirahat.

Pengisian cara ini cukup untuk pelayanan satu hari. Cara ini juga digunakan pada

baterai mobil yang tersambung dengan dinamo pengisi baterai sehingga selalu

pengisian penuh. Arus yang diberikan kebaterai tidak boleh melebihi harga ampere

jamnya. Untuk menjaga pengisian yang berlebihan dan arus yang terlalu besar,

biasanya alat pengisi ini dilengkapi dengan automatic out - off, yang dapat

menghentikan pengisian pada waktu baterai mencapai suhu tinggi.

3. Floating Charging

Alat pengisi baterai ini direncanakan untuk menjaga tegangan dari baterai

yang tersambung ke beban tetap konstan. Besarnya tegangan yang diberikan untuk

mengatasi kerugian dalam baterai dan menjaga baterai selalu dalam keadaan

pengisian penuh (full charge) adalah tetap untuk :

Baterai timah-hitam : 2,18 Volt/sel

Baterai alkali : 1,40 - 1,42 Volt/sel

Pada saat baterai diisi, secara otomatis arus yang besar mengalir ke baterai

untuk mengembalikan keadaan pengisian penuh. Oleh karena itu tegangan dari alat

pengisi baterai harus dijaga, harus mempunyai tegangan out-put minimum yang

cukup untuk pengisian arus tinggi sebesar 1,52 Volt/sel untuk baterai alkali dan 2,37

Volt/sel untuk baterai timah hitam.

4. Equalizing Charging

Dalam sel-sel dari suatu baterai yang beropersi dengan “floating charging”

akan selalu terjadi sedikit perbedaan dalam kondisi kimia antara sel yang satu dengan

sel lainnya. Hal ini akan mengakibatkan beberapa sel akan mencapai pengisian penuh

dan berakibat menurunnya kapasitas baterai. Keadaan dimana terdapat perbedaan

kondisi kimia ini disebut “out off balance”.

5. Trickle Charging

Pengisian dengan cara trickle charging adalah pengisian baterai dengan arus

konstan. Besarnya arus konstan dipilih untuk mendapatkan arus rata-rata yang

dibutuhkan untuk mengisi baterai sampai penuh (full-charge) dan ditambah arus

kompensasi untuk melayani beban. Pada umumnya trickle charging digunakan pada

baterai yang tidak terlalu sering terjadi proses pengosongan seperti pada mesin

stationer yang besar dan starting turbin. Setelah terjadi pengosongan, maka diperlukan

pengisian dengan arus tinggi (higth-rate charge), untuk mengembalikan kapasitas

baterai penuh.

DETAIL DESIGN

Sistem Penyimpanan Energi Baterai

Baterai pada PLTU 2 x 300 MW Gunung Megang, Muara Enim ini digunakan sebagai

penyimpanan cadangan sumber listrik. Baterai yang sering digunakan adalah baterai liquid

nikel cadmium (NiCd). Pemeliharaan baterai aki yang paling penting adalah:

Pemantauan besarnya tegangan listrikBerat jenis elektrolit

Kebersihan ruangan storage

Ventilasi ruangan storage

Pengecekan ketinggian air accu

Kapasitas baterai dinyatakan dalam Ampere hours, dimana Ah = kuat arus (Ampere)

x waktu (hour). Artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah arus (Ampere) secara

rata-rata dalam jangka waktu tertentu, sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun

(dropvoltage) yaitu sebesar 1,75 V (tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V). Misal, baterai

12V, 75 Ah. Secara sederhana berarti baterai ini mampu memberikan kuat arus sebesar 75

Ampere dalam satu jam, artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt dan dapat

menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam

(Watt = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A).

Langkah-langkah Pengukuran Kapasitas baterai

1. Menghitung nilai total kebutuhan daya (kW) dan kebutuhan energi (kWh) dari

beban yang akan dipasok oleh baterai tersebut.

2. Menentukan seberapa lama baterai akan digunakan untuk memasok beban (waktu

charge dan discharge). Sebaiknya baterai tidak mengalami discharge melebihi

50% dari kapasitas total nya. Kapasitas AH yang tertulis pada suatu baterai,

biasanya merupakan kapasitas baterai dengan waktu discharge selama 20 jam,

secara sederhana berarti pada baterai berkapasitas 100 AH, akan memasok arus

sebesar 5 A selama 20 jam.

3. Menentukan besarnya kapasitas Ah maksimum yang dapat digunakan

berdasarkan waktu discharge nya. Kapasitas maksimum yang dapat

digunakan dari suatu baterai dalam berbagai waktu discharge dapat dilihat

pada tabel berikut ini:

Kapasitas Baterai (%) Durasi Discharge (jam)

100 20

83 10

87 8

75 6

70 5

60 3

50 2

40 1

4. Menentukan Depth of Discharge dari baterai yang akan digunakan. Depth of

Discharge (DOD) adalah suatu ketentuan yang membatasi tingkat kedalaman

discharge maksimum yang dapat diberlakukan pada baterai. Pengaturan DOD

berperan dalam menjaga usia pakai (life time) dari baterai tersebut. Semakin

dalam DOD yang diberlakukan pada suatu baterai, maka semakin pendek pula

usia pakai dari baterai tersebut.

Depth of Discharge (DOD) Usia Baterai dalam Cycle

10% 6200

20% 5200

30% 4400

40% 3700

50% 3000

60% 2400

70% 2000

5. Menentukan jumlah unit baterai yang akan digunakan berdasarkan analisis beban,

frekuensi charge-discharge baterai, DOD, serta efisiensi dari sisi ekonomis.

Analisis Beban

Jenis Beban yang digunakan dari PLTU 2 x 300 MW Gunung Megang, Muara Enim

ini diasumsikan merupakan kebutuhan rumah tangga, industry kecil dan industry menengah

di sekitar daerah Gunung Megang, Sumatera Selatan selama satu hari (24 jam) yang besarnya

adalah perkalian dari beban auxiliary 5MW x 24 jam = 120 MWh dengan rating tegangan

sistem 220 V. Untuk menghitung kapasitas (Ah) dari baterai, dilakukan perhitungan sebagai

berikut:

PAC = VRMS × IRMS × Power Factor, Dan

EAC = VRMS × IRMS × Power Factor × t

Dengan:

PAC = Kebutuhan Daya Konsumen (Watt)

EAC = Kebutuhan Energi Konsumen (Wh)

VRMS = Tengangan Sistem ( 220 V)

IRMS = Arus listrik yang disupplai (Ah)

Power Factor = Faktor daya beban (0,85)

t = Waktu (Jam)

Nilai Amper Hour (24 jam)

Perlu dihitung pula adanya nilai efisiensi kerja pada inverter diasumsikan sebesar

90%, sehingga kapasitas baterai yang disiapkan harus ditambah sebesar 10% dari nilai Ah

yang telah didapat sebelum nya. Perhitungan nya sebagai berikut:

Nilai Amper Hour Baterai = 641.711 + (10% ×641.711)

= 705.882 Ah

Sesuai dengan ketentuan penggunaan deep cycle battery yang hanya di-discharge

sedalam 50% dari kapasitas totalnya, maka nilai Ah yang didapat kita kalikan 2. Jadi

kapasitas minimal yang harus dimiliki oleh baterai adalah sebesar 1411.764 Ah.

Jumlah Baterai yang diperlukan

Baterai dari GS PS-2860 memiliki rating tegangan 6V dan kapasitas sebesar 2860 Ah.

Untuk mendapat tegangan yang sesuai dengan tegangan sistem (220 V), maka jumlah baterai

yang harus dirangkai secara seri adalah:

= 36.67 ~ 37 buah baterai

Jadi apabila kita menggunakan baterai bertegangan 6V, maka jumlah baterai yang harus kita

rangkai secara seri adalah sebanyak 37 baterai.

Battery Model GS PS - 2860

Design Floating Life 10 years

Capacity (25°C) 24hr (119A, 5.85V)

10hr (238A, 5.80V)

5hr (396A, 5.77V)

1hr (1438A, 5.67V)

Capacity (25°C) 2860 AH 2300 AH 1980 AH 1438 AH

Dimension length width height total height

325mm 430mm 995mm 826mm

Approx, Weight Without Electrolyte

219kg

Price USD1480

Self Discharge 3% of capacity declined permonth at (25°C)

Capacity Affected By Temp (20hrs)

40°C 25°C 0°C -15°C

102% 100% 85% 65%

Charge Voltage (25°C)

cycle use float use

6.3V - 6.5V (-5mV/°C), max curret 600A

6.25V - 6.45V (-3.3mV/°C)

GS PS-2450 memiliki rating tegangan 4V dan kapasitas sebesar 2450 Ah. Untuk

mendapat tegangan yang sesuai dengan tegangan sistem (220 V), maka jumlah baterai yang

harus dirangkai secara seri adalah:

= 55 Baterai



Battery Model GS PS - 2450


Capacity (25°C) 24hr (102.08A, 3.85V)

10hr (167.2A, 3.80V)

5hr (244.4A, 3.76V)

1hr (1100A, 3.58V)



308mm 450mm 800mm 814mm


160kg

Price USD1150



40°C 25°C 0°C -15°C

102% 100% 85% 65%


cycle use float use


4.25V - 4.45V (-3.3mV/°C)

GS EF-3000 memiliki rating tegangan 2V dan kapasitas sebesar 3000 Ah. Untuk

mendapat tegangan yang sesuai dengan tegangan sistem (220 V), maka jumlah baterai yang

harus dirangkai secara seri adalah:

= 110 Baterai



Battery Model GS EF – 3000


Capacity (25°C) 24hr (150A, 1.8V)

10hr (300A, 1.80V)

5hr (504A, 1.77V)

1hr (1488A, 1.67V)



576mm 212mm 771mm 826mm


179kg

Price USD915



40°C 25°C 0°C -15°C

102% 100% 85% 65%


cycle use float use


2.25V - 2.27V (-3.3mV/°C)

Penambahan air accu dapat dilakukan kapan saja apabila level ketinggian air accu terlihat

dibawah batas minimum nya.

Tipe baterai

GP PS - 2860 GS PS - 2450 GS EF - 3000

Kapasitas air accu 65 lt 57 lt 61 lt

Frekuensi penggantian air accu 2 tahun 2 tahun 2 tahun

Frekuensi penambahan air accu 3 bulan 4 bulan 3 bulan

Volume air accu yang ditambahkan kesetiap unitnya

3 lt 3 lt 3 lt

electrical battery and charger risha

Documents