Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Reaktor Nuk6rPRSG Tahun 2016

ISBN 976-602-6423-00-9

EV ALUASI RIPPLE TEGANGAN PADA PENYEARAH GELOMBANG BTUllDAN BTU31 RSG GA. SIW ABESSY

Koes Indrakoesoemal), Adin Sudirmanl), Edison!)!)PRSG, BATAN, Tangerang Selatan, Indonesia

Email: koes@batan.go.id

ABSTRAKEVALUASI RIPPLE TEGANGAN PADA PENYEARAH GELOMBANG BTUll DAN BTU31.

Penyearah gelombang (rectifier) adalah bagian dari eatu daya (power supply) yang berfungsi untukmengubah sinyal tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Direct Curr:mt). Komponenutama dalam penyearah gelombang adalah diode yang dikonfigurasikan seeara forward bias. Penyearahgelombang (rectifier) pada RSG-GAS masuk dalam system eatu daya DC tak putus bagi catu daya SistemKeselamatan Reaktor (RPS). Tiga (3) redunda~~i RPS masing-masing dieatu dengan tegangan DC ± 2().V'­Pada makalah ini akan dievaluasi riak (ripple) tegangan pada Rect!fier BTUII dan BTU3I, dimanagelombang ripple ini adalah suatu gelombang AC pada output rectifier yang menyertai gelombang DC. Sejakawal dioperasikan pada tahunI987 sampai saat ini, belum dilakukan pengukuran ulang untuk nilai rippletegangan, untuk itu dilakukan pengukuran rippie tegangan pada rectifier redundansi I (BTUII) danredundansi 3 (BTU3I). Diperoleh hasil Vr = 353,55 mV pada BTUll dan V;= 360 mV pada BTU31 dan darispesifikasi modul rectifier D 380 G 26, ripple tegangan (Vr) dibatasi maksimum 2% dari 29 V, yaitu 0,58 V= 580 mV tanpa batere, sehingga ripple pada BTUII dan BTU31 masih di bawah nilai spesifikasinya

Kata kunci : Ripple, rectifier, system keselamatan reaktor

ABSTRACT

EVALUATION OF RIPPLE VOLTAGE ON THE RECTIFIER BTUll AND BTU31. Rectifier is a part ofthe power supply which isfunction to change the signal AC voltage (Alternating Current) into a DC voltage(D:rect Current). The main componellts of rectifier ;<; diode to forward biased configllred-Rectifier in theRSG-GAS belonging to the no-break DC supply for Reactor Protection System (RPS). Each of three (3)redundancy RPS fed with a DC voltage of ± 29 V. Iii this paper will be evaluated ripple voltage at RectifierBTU11 and BTU31, in which the ripple wave are AC wavefonn that accompanies the onset ~fwave DC.B1Vll an.1 HTU 31 has been operated since 1987 until now, and have not repeated measurements forvoltage ripple values. The measurement oj the voltage ripple has been done on rectijier redundancy 1(BTUlI) and redundancy 3 (BTU31). The results obtained Vr = 353,55 mV at BTUI1 and Vr = 360 mVatBIV3I and from rectifier module spec!fication D 380 G 26, ripple voltage (Vr) is a maximum of 2% ~f29 Vor 0,58 V = 580 mV withOut batteries, so that ripple on BTUII and BTU3I still below the value oj thespecification.

Key words: /Upp/e,"'t!ctifier, rellc/vr protectivn system

PENDAHULUAN

Arus searah atau Direct Current (DC)adalah jenis arus yang arahnya unidirectional terhadap muatan listrik. Arus DCdiproduksi oleh baterai, termokopel, sel surya danMesin listrik DC. Arus DC dapat mengalir melaluikonduktor seperti kawat, tapi juga dapat mengalirmelalui semikonduktor, isolator, atau bahkanmelalui ruang hampa seperti dalam elektron ataubeam ion. Arus l!strik mengalir dalam arah yangkonstan.

Catu tegangan di RSG GA. Siwabessyterbagi menjadi 2 (dua), yaitu eatu tegangan bolak

75

balik (AC) dan eatu tegangan searah (DC).Pembangkit arus DC pada RSG GA. Siwabessymenggunakan positive rectifier yang terdiri dari 3pembangkit, yaitu BTUll, BTU21, dan BTU3I,sedangkan negative rectifier adalah BTU12, BTU22,dan BTU32. Rectifier dilengkapi dengan fasilitasmonitoring dan pengaman, yang terdiri dari eatutegangan 380/220 V (50 Hz), thyristors, teganganDC, keluaran arus DC, rangkaian batc,e, dan fuses.Rangkaian batere, masing-masing terdiri dari 13buah batere untuk keluaran eatu daya positif daneatu daya negatif

Catu daya AC melalui sisi sekundertransformator akan menjadi masukan bagi rectifier 3

Evaluasi Ripple Tegangan. ...(Koes I, dkk)

RECTIFIER

AC INPUT

TRANSFORMER

FILTER

,311

-.. ClOt

v.

V••••V..sin <i>t

Gambar 2. Penyearah setengnh gelomb:mg

DC OUTPUTCambar 1. Bagian Utama Penyearah Gelombang

Penyearah setengah gelombang (half waverectifer) hanya menggunclcan I buah diode sebagaikomponen utama dalam menyearahkan gelombangAC (lihat Gambar 2). Prinsip kerja dari penyearahsetengah gelombang ini adalah mengambil sisishIyal positif dari gelombang AC dari transfo:mator.Pada saat transformator memberikan output sisipositif dari gelombang AC maka diode daiamkeadaan forward bias sehingga sisi positif darigelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saattrllnsf0rmator memberikan sinyal sisi negatifgelombang AC maka dioda dalam posisi reversebias, sehingga sinyal sisi negatif tegangaTl ACtersebut ditahan atau tidak dilewatkan seperti terlihatpada Gambar 3.

Pada dasarnya konsep penyearahgelombang dibagi dalam 2 jenis yaitu, Penyearahsetengah gelombang dan penyearah gelombangpenuh.Penyearah Setengah Gelombang (Half Waverectifier)

phasa gelombang penuh (three-phase jull-wave)yan~ akan merubah gelombang AC menjadi DC.Agar gelombang tegangan menjadi gelombang DCyang lebih linier/rata maka dilengkapi dengan filterL-C. Filter L-C digunakan untuk mengurangi- riak(ripple). Gelombang ripple timbul sebagai akibattidak sempumanya keluaran rectifier, sehinggabentuk gelombang yang seharusnya linier/searahmasih mengikutkan bentuk gelombang AC.

Rectifier BTUII dan BTU31 pada RSGGA Siwabessy merupakan dua dari 3 redundansiyang digunakan sebagai eatu tegangan ~C 29 Volt.Salah satu kriteria masih berfungsi dengan baikrectifier ini adalah nilai tegangan ripple tidakmelebihi 2% dari nilai output rectifier tanpa batere.

Spesifikasi Rectifier BTUII dan BTU31adalah' sarna serta tegangan ripplenya dibatasi 2%dari nilai tegangan output rectifier 29 V. Tujuanpenulisan makalah ini adalah untuk mengetahuitegangan ripple, dimana nilai tegangan ripple tidakboleh melebihi 0,58 V = 580 mV agar beban-bebanDC pada keselamatan reaktor tidak mengalamikerusakan sebagai akibat tingginya gelombangripple yang timbul.

Pengukuran tegangan ripple dilakukansetelah terle:bih dahulu batere sebagai eatu daya DCdilepas dan titik peTlgukuran adalah output rectifier.Alat ukur yang digunakan adalah Handheld DigitalOscilloscope SHSJ062.

TEORI

Penyearah geiombang (rectifier) adalahsuatu rangkaian yang mengubah tegangan bolak­balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Terdapatbeberapa jenis rangkaian penyearah, yang masing­masing jenis memberikan hasil yang berbeda-bedaterhadap bentuk tegangan DC yang kehlar.Perbandiugan antara tegangan DC yang keluarterhadap tegangan AC yang ikut serta pada hasiloutput-nya, dinamakan faktor ripple (riaki>.Komponen utama dalam penyearah gelombangadalah diode yang dikonfigurasikan secara forwardbias. Dalam sebuah eatu daya tegangan rendah,sebelum tegangan AC tersebut diubah menjaditegangan DC maka tegangan AC tersebut perluditurunkan menggunakan transformator penuruntegangan (step-down).

Ada 3 bagian utama ualam penyearahgelombang pada suatu eatu daya y~itu, penuruntegangan (transformer), penyearahgelombanglrectifier (diode) dan filter (kapasitor)yang digambarkan dalam blok diagram berikut.

Gambar 3. Sinyal keluaran penyearah setengah gelombang

76

Prosiding Seminar NasionaJ TeknoJogi dan Aplikasi Reaktor NuklirPRSG Tahun 2016

Formulasi yang digunakan pada penyearah setengahgelombang seperti terlih2t pada persamaan (1).

1/m

Va')g = 'ilR

Penyearah Gelombang Penuh (Full waveRectifier)

Penyearah gelombang penuh dapat dibuatdengan 2 macam yaitu, menggunakan 4 diode dan 2diode. Untuk membuat penyearah gelombang penuhdengan 4 diode menggunakan transformator non-CTseperti terlihat pada gambar berikut :

Gltmbar 4. Penyearah gelomuang penuh 4 diode

Prinsip kerja dari penyearah gelombangpenuh dengan 4 r!iode seperti pada Gambar. 4dil11ulai pada S(l::tt output transformator memberikanlevel tegangan sisi posit if. maka Dl, D4 pada posisiforward bias dan D2, D3 pad a posisi reverse biassehingga level tegangan sisi puncak po~;tif tersebutakan di leawatkan-melalui Dl ke D4.-Kemudian­

pada saat output transformator memberikan leveltegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pac<lposisi forward bias dan D 1, D2 pad a posisi reversebias sehingan level tegangan sisi negatif tersebutdialirkan melalui D2, D4. Sinyal keluaran dapatdilihat pada Gambar 5.

VrV..sln tilt

V.

ISBN 976-602-6423-00-9

Gambar 6. Penyearah gelo:nb.mg penuh 2 dioda

Prinsip kerja rangkaian·c penyearahgelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat bekerjakarena menggunakan transformator dengan CT.Transformator dengan CT seperti pada Gambar 6dapat memberikan output tegangan AC pada keduaterminal output sekl.1nder terhadap terminal CTdengan level tegangan yang berbeda fasa 180°. Padasaat terminal output transformator pada D 1m~mberikan sinyal puncak positif maka terminaloutput pada D2 memberikan sinyal puncak negatif,pada kondisi ini D 1 pada posisi forward dan D2pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positifdilewatkan melalui D 1. Kemudian pad~ saatterminal output transformator pada Dl memberihnsinyal puncak negatif maka terminal output pada D2memberikan sinyai puncak positif, pada kondisi iniD 1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward.Sehingga sinyal puncak posit if dilewatkan melaluiD2 (lihat Gambar 7).

V •••V...sin tilt

V.

Gambar 7. Sinyal keluaran peny~.ah gelombang penuh 2dioda

Gambar 5. Sinyal keluaran penyearah gelombang peuuh 4dioda

Penyearah gelombang dengan 2 diodemenggunakan tranformator dengan CT (CenterTap). Rangkaian penyearah gelombang penuhdengan 2 diode dapat dilihat pada Gambar 6 :

Formulasi pada penyelU'ah gelombang penuh seperti- .. terlihat pada persarllaan (2).

2FmVa.vq = ._-

iT

Penyearah Dilengkapi Filter Kapasitor

77

Evaluasi Ripple Tegangan. ...{Koes I, dkk)

Resultant OutDUl WaveformGambar 8. Penyearah gelombang p"nuh .• diode dengan

kapasitor

Agar tegangan penyearahan gelombang AClebih rata dan menjadi tegangan DC maka dipasangfilter kapasitor pada bagian keluaran rangkaianpenyearah seperti terlihat pada Gambar 8.

Fungsi kapasitor pada Gambar 8 adalahuntuk menekan ripple yang terjadi dari prosespenyearahan gelombang AC. Se!elah dipasangkapasitor filter maka keluaran dari rangkaianpenyearah gelombang penuh ini akan menjaditegangan DC yang dapat diformulasikan seperti

-' persamaan (3) :

BridgeRectifier

V" de = 2V ma.1";r

Untuk nilai riple tegangan dapat dirumuskan sepertipersamaan (4) :

r ILoad

'iRlplE = fCSistem Pembangkit DC ± 29 V RSG GASiwabessy

Catu daya tak putus bagi systemkeselamatan reactor dan Instrumentasi dan Kontrol

yang terkait dengan system keselamatan di disain 3redundansi, masing-masing mempunyai tegangankeluaran ±29 V. Masing-masing system terdiri darirectifier dan batere yang beroperasi secara paraleldan dihubi.mgkan dengan busbar distribusi teganganDC BWE, BWF, dan BWG. Lihat Gambar 9.

Spesifikasi rectifier positif BTUII danBTUJ 1 adalah sebagai berikut :p]

Tegangan input 380 V dengan netralFrekuensi 50 Hz

Daya input 58 kV AKonsumsi arus 86 AArus DC nominal 1250 A ± 2%

Tegangan ripple (V mtS) maksimum 2%dari 29 V tanpa batereRange temperature lingkungan _5°Cs.d +40 °c

OV

·v

-,II Load,IJIf '-

c

+ -

SmOO4hing

Capacitor-;q,.,.;" C' Ch'~,,~:: t. "';:""""'f';"" .••.'--- ...,., -- ~ - ~ _""'I{ V/'\/ \/ \/ \'"

I \1 \/ \/ \~0",1 V V V--L

78

Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Reaktor NuklirPRSG Tahun 2016

BUS BAR

ISBN 976-602-6423-00-9

II}I\ IGSOO1

~I20l'I

BHT01 :VA

II 1M

3IWIII;3.4'E.II.jCHz

®[IIIOOA ,_. ..__ ,

I i SRV10 :, ,

: G :, ,

ll00A: ', ', :, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,

I!IIM: IVi~... __ . .. J

II 'WGSoo1I

811T~:VA

411Y

SHS

®[I161M

I i·;v;":

_ .. _ ~1I00A! fG '~i

SHC

SHF

kapasnor

II}I\ 168001

1I)t\' IGSOO

SR5E

PT.PLN

kapasnor

eeu;y COIIIROlROOIL

Gambar 9. Diagram segarls distribusi daya RSG-GAS

79

TATA KERJA

Pengukuran ripple pada BTUII danBTU31 dilakukan setelah terlebih dahulu chargingke batere dilepaskan, sehingga beban-beban DC

Evaluasi Ripple Tegangan. ...(Koes I, dkk)

murni dipasok dari rectifier BTUlI (lihat Gambar10). Titik pengukuran diambil dari output rectifierBTUII dan BTU31 serta gelombang yang timbuldiukur menggunakan Handheld Digital OscilloscopeSHSI062.

Gambar 10. Diagram segarb BTUll

BASIL DAN PEMBAUASA.~

Rectifier BTUll dan BTU31 adalahpenyearah dari gelombang AC ke gelombang DC.Penyearah ini mempunyai output tegangan 29 Volt.Beban-beban yang dipasok adalah beban DC padaSistem Pengaman Reaktor (RPS) dengan tegangan24 Volt.

t:elayakan rectifier masih berfungsi denganbaik, salah satunya adalah besarnya riak (ripple)tegangan pada output rectifier. Semakin besar rippletegangan menunjukkan adanya gangguan padarectifier, sehingga dapat mengakibatkan rusaknyabeban-beban DC karena input yang seharusnya linierditerima oleh beban akan mengikutkan gelombangsinusoidal.

Hasi\ pengukurall ripple tegangan dapatdilihat pada Gambar II dan 12.

80

Gambar 11. Gelombang ripple tegangan BTU11

Presiding Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Reaktor NuklirPRSG Tahun 2016

Gambar 12. Gelombang ripple ugangan BTU31

Pada Gb. 11 menunjukkan timbulnyagelombang tegangan ripple AC saat pengukuranoutput rec;tifier dengan beban DC. Dengan posisipada channell, yaitu 500 mY/diy, gelombang yangtimbul adalah Vpp = 1000 mY, sehingga Vr dapatdihitung: VpI...J2= 500/...J2 = 353,55 mY, sedangkanpada Gb. 12 adalah hasH pengukuran teganganripple BTU31, dimana setting pada channell adalah1 Volt/diy, dan gelombang yang timbul mempunyaiVpp= 2 Volt, ripple tegangannya adalah 360 mVolt.

Pada pengukuran gelombang DC, bentukgelombang tidak linier sempuma dikarenakanadanya gelombang ripple seperti di atas. LihatGambar 13 dan 14.

Gambar 13. Gelombang DC BTUll

81

ISBN 976-602-6423-00-9

Gambar 14. GelombangDC BTU31

Pada Gambar 13 nilai tegangan terbaca 29Volt, dimana channell adalah 10 V/div, sedangkanpada Gambar 14 terbaca 28,80 Volt. Sehingga darispesitikasi bahwa outpur rectifier 29 Volt masihmemenuhi syarat.

Spesifikasi rectifier dipersyaratkan bahwategangan ripple adalah maksimum 2% dari 29 Volttanpa batere, yaitu tegangan ripple tidak boleh lebihbesar dari 0,58 Volt = 580 mY. BTUll dengantegangan ripple 353,55 mVolt dan BTU31 adalah360 mVolt, masih di bawah tegangan ripplemaksimum yang dipersyaratkan, sehingga ke duarectifier tersebut masih l~yak untuk dipergunakan.

KESIMPULAN

Tegangan ripple yang timbul pada BTUlladalah 353,55 mVolt dan BTU31 adalah 360 mVolt,dimana nilai-nilai tersebut masih di bawah darispesifikasi yang dipersyaratkan, yaitu maksimum2% dari 29 Volt = 0,58 V atau 580 mVolt. Dengandemikian BTUlI dan BTU31 masih layakdigunakan sebagai penyearah gelombang AC padabeban-beban DC di Sistem Pengaman Reaktor sertatidak menimbulkan gangguan pada SystemPengaman Reaktor.

DAFTAR PUSTAKA

[1] System Description, DC-Generating System ±26 V, BTU, MPR30

[2] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik danElektronika Daya, PT Gramedia Pustaka Utama,Jakarta, 1995.