jurnal konversi 1

Sugeng A Karim, Analisis Generator dan Motor Sinkron Sebagai Pembangkit Daya Reaktif Sistem

31

= V .IÐf (2)ANALISIS GENERATOR DAN MOTOR SINKRON SEBAGAI PEMBANGKIT DAYA REAKTIF SISTEM

(Drs. Sugeng A. Karim, MT)

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus penguatan (excited current) terhadap generator dan motor sinkron. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode analisis diagram vektor.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1). Akibat arus penguat yang berlebihan (over excited)mengakibatkan generator sinkron membangkitkan daya reaktif induktif, (2). Akibat arus penguat

tertentu sehingga didapatkan faktor daya 1.0 mengakibatkan generator sinkron tidak membangkitkan daya reaktif

, (3). Akibat arus penguat yang berkurang (under excited) mengakibatkan generator sinkron membangkitkan daya reaktif kapasitif, (4). Akibat arus penguat yang berkurang (under excited) mengakibatkan motor sinkron menyerap daya reaktif, dan (5). Akibat arus penguat yang berlebihan (over excited) mengakibatkan motor sinkron menyerap daya reaktif negatif atau dapat juga dikatakan bahwa motor sinkron tersebut membangkitkan daya reaktif.

Kata kunci (keyword) : Generator dan motor sinkron, daya reaktif, dan arus penguat (excited current)

Daya listrik dapat diuraikan menjadi 2 (dua) komponen daya, yaitu daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAR). Daya reaktif dikenal juga 2 macam, yaitu daya reaktif induktif (daya reaktif lagging) dan daya reaktif kapasitif (daya reaktif leading), dengan tanda masing-masing berlawanan. Daya dalam bentuk kompleks (S)didefinisikan sebagai berikut :

Persamaan (2) di atas menyatakan bahwa daya kompleks S besarnya VI dengan sudut f merupakan sudut fase antara I terhadap V, dengan satuan kVA.

S = V .I .e jf

= Ve j (q +f ) .Ie - jq

= V .I * (3)

Gambar 1. Diagram vektor daya kompleks

S = P + jQS = V .I .Cosf + jV .I .Sinf

(1)

Untuk beban yang bersifat beban induktif, arus beban merupakan arus reaktif lagging, yaitu I (arus) terbelakang dari V (tegangan).

= V .I (Cos f + = V .I .e jf

MEDIA ELEKTRIK, Volume 2 Nomor 2, Desember 2007

32

jV .I .Sin f )

Gambar 2. Diagram vektor beban induktif

Dari Gambar 2 dapat kita lihat sebagai berikut :

penambahan sumber daya reaktif dekat beban, akan diperoleh keuntungan-keuntungan.

S = P + jQ = V .I *

Dimana :S = daya semu, kVAP = daya aktif (V.I.Cos Ø), kWQ = daya reaktif (V.I. Sin Ø), kVAR V = tegangan, kVI = arus ( I conjugate), Ampere

(4)

Oleh karena itu Q = V.I. Sin Ø, untuk beban induktif adalah positif (arus terbelakang dari tegangan), maka dianggap bahwa beban reaktif menyerap daya reaktif Q. Untuk beban yang bersifat reaktif kapasitif (arus terdahulu dari tegangan), Q = V.I. Sin Ø adalah negative, maka juga dapat dianggap bahwa beban reaktif kapasitif menyerap daya reaktif Q yang negative atau juga dapat dikatakan bahwa beban yang bersifat reaktif kapasitif (kapasitor atau beban kapasitif) membangkitkan daya reaktif Q yang positif, disebut juga sumber daya reaktif.

Gambar 3. Diagram vektor beban kapasitif

Untuk beban yang merupakan beban induktif dan kapasitif, maka bagian yang kapasitif akan membangkitkan daya reaktif untuk bagian yang induktif. Pada sistem tenaga listrik yang juga melayani beban-beban yang bersifat induktif, dimana beban-beban induktif ini akan menyerap daya reaktif dari sistem. Dengan bertambahnya beban, yang pada umumnya beban-beban tersebut, misalnya lampu TL (Tube Lamp), motor- motor listrik dan lain-lain, bersifat beban induktif,,maka kebutuhan daya reaktif semakin besar pula. Hal ini disebabkan karena daya reaktif diperlukan untuk menghasilkan medan magnit bagi keperluan magnetisasi dari beban-beban tersebut. Pada jaringan listrik dengan beban induktif,

Gambar 4. Single line diagram sistem dengan daya kompleks

Pada sumber pembangkit, daya yang disediakan untuk beban sebelum pemasangan sumber daya reaktif tambahan Qc misalnya kapasitor, maka daya S = P+jQ sepenuhnya harus dibangkitkan oleh sumber pembangkit. Dengan penambahan sumber daya reaktif , daya reaktif yang sepenuhnya harus disediakn oleh pembangkit, seluruhnya atau sebagian disupply oleh sumber tambahan tersebut. Dari Gambar 4 dapat dilihat sebagai berikut :

a. Sebelum penambahan sumber daya reaktif tambahan Qc, maka :Q beban = Q pembangkit

b. Setelah penambahan sumber daya reaktif tambahan Qc, maka :Q beban = Q pembangkit + Qc

Dengan demikian daya reaktif yang disupplai oleh sumber pembangkit akan lebih kecil, sehingga faktor dayanya akan lebih baik. Dari keseluruhan sistem dapat dilihat bahwa penambahan sumber daya reaktif tambahan akan memperbaiki faktor daya beban.

Gambar 5. Diagram Vektor Beban Induktif Sebelum dan Setelah Penambahan Sumber Daya Reaktif Tambahan.


33

Beban pada Gambar 5 di atas dengan faktor daya Cos Ø1 akan menyerap daya reaktif

Persamaan umum generator sinkron sebagai berikut :

kVAR1. Akibat pemasangan kapasitor CkVAR, maka daya reaktif kVAR1 menjadi lebih kecil (kVAR2) yang menyebabkan sudut Ø2 lebih kecil (lebih baik). Membaiknya faktor daya ini, daya

Sedangkan,

Dimana:

E = V .I ( Ra

+E = Cnf '

jX s ) (1)

(2)

yang melalui jaringan pada KW yang tetap akanlebih kecil. Sehingga arus yang mengalir padajaringan akan lebih kecil pula. Dengan demikian rugi daya P = I2 . R dan jatuh tegangan ∆V= I (R+jX) akan semakin kecil sehingga daya dan tegangan yang sampai kebeban akan naik (lebih baik).

Gambar 6. Single line diagram sistem pengaliran arus

Naiknya tegangan dan membesarnya daya pada beban akibat penambahan sumber daya reaktif tambahan akan menyebabkan kapasitas dari beban menjadi lebih baik, dibanding sebelum penambahan sumber daya reaktif tambahan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Generator dan motor sinkron dapat membangkitkan daya reaktif dengan mengatur besar arus penguatnya.

E = Tegangan yang terinduksi pada kumparan jangkar statorV = Tegangan jepit generator sinkronI = Arus bebanRa = Tahanan generator sinkronXs = Reaktansi sinkron yang terdiri dari reaktansi

pemagnetan (Xm) dan reaktansi fluksbocor (Xa).

C = Konstanta mesin sinkronn = Putaran sinkronǾ = Fluks yang dihasilkan oleh arus penguat

Gambar 7(a) menunjukkan diagram vektor generator sinkron yang mempunyai faktor daya (power factor) lagging yaitu arus terbelakang dari tegangan, sehingga generator akan membangkitkan daya reaktif induktif. Dari persamaan (2) menunjukkan bahwa tegangan (E) dapat berubah dengan merubah besar fluks (Ǿ) yang merupakan hasil dari arus penguat (If). Pada Gambar 8 dapat terlihat diagram vekor generator sinkron untuk masing-masing faktor daya, baik itu faktor daya lagging (terbelakang), faktor daya 1,0 maupun faktor daya leading (mendahului).

(a)

(b)

(a)

(c)

(b)Gambar 7. Generator sinkron, (a). Rangkaian

listrik, (b) diagram vektor

MEDIA ELEKTRIK, Volume 2 Nomor 2, Desember 2007

34

Gambar 8. Diagram vektor generator sinkron untuk : (a). Faktor daya lagging (over excited), (b). Faktor daya 1,0 (c). Faktor daya leading (under excited)

Gambar 8(a) menunjukkan bahwa faktor daya lagging, ini diakibatkan oleh arus penguat yang berlebihan (over excited) sehingga menyebabkan arus akan terbelakang dari tegangan yang mengakibatkan generator sinkron membangkitkan daya reaktif induktif. Gambar8(b) menunjukkan faktor daya 1.0, ini diakibatkan oleh besarnya arus penguat tertentu sehingga didapatkan faktor daya 1.0 yang menyebabkan generator tidak dapat membangkitkan daya reaktif, dan Gambar 8(c) menunjukkan faktor daya leading, ini diakibatkan oleh arus penguat yang berkurang (under excited) sehingga menyebabkan arus akan mendahului dari tegangan yang mengakibatkan generator sinkron membangkitkan daya reaktif kapasitif.

Motor sinkron dapat juga membangkitkan daya reaktif dengan mengatur arus penguatnya.

(faktor daya lagging) yang mengakibatkan motor sinkron menyerap daya reaktif. Sedangkan Gambar 9b menunjukkan bahwa faktor daya 1,0 yang menyebabkan motor sinkron tidak menyerap dan tidak membangkitkan daya reaktif, serta Gambar 9(c) menunjukkan bahwa faktor daya leading (arus terdahulu dari tegangan) atau dengan kata lain akibat arus penguat yang berlebih (over excited), sehingga mengakibatkan motor sinkron menyerap daya reaktif negatif atau dapat juga dikatakan bahwa motor sinkron tersebut membangkitkan daya reaktif.

(a)

(a)

(b)

(b)

Gambar 9. (a) Rangkaian motor sinkron, (b) Diagram vektornya

Persamaan umum motor sinkron :E = V - I ( Ra + jX s )

Dimana : E = cnf '

Seperti pada generator sinkron, dengan mengatur arus penguat yaitu menaikkan atau menurunkan, akan didapatkan faktor daya yang berlainan. Di bawah ini dapat dilihat diagram vektor untuk masing-masing faktor daya lagging (arus terbelakang dari tegangan), faktor daya 1,0 dan faktor daya leading (arus terdahulu dari tegangan) Ra diabaikan. Gambar 9(a) menunjukkan bahwa faktor daya lagging (arus terbelakang dari tegangan) atau dengan kata lain akibat arus penguat yang berkurang (under excited) menyebabkan arus terbelakang dari tegangan

(c)

Gambar 10. Diagram vektor motor sinkron untuk : (a)Faktor daya lagging (under excited), (b) dan (c)Faktor daya leading (over excited)

Sebagai contoh dapat dilihat di bawah ini, bahwa motor sinkron yang mempunyai penguatan lebih (over excited) dapat memperbaiki faktor daya. Misalnya suatu kelompok beban yang terdiri dari alat pemanas, motor induksi (asinkron) dan motor sinkron seperti diperlihatkan pada Gambar 11a di bawah ini. Motor sinkron yang diharapkan dapat memperbaiki faktor daya diberi penguatan lebih (over excited) sehingga akan membangkitkan daya reaktif. Gambar 11.a terlihat beban-beban terdiri dari :a. Pemanas dengan daya = 50 KVA

Faktor daya = 1.0


35

b. Motor induksi (asinkron) dengan daya

= 225 kVAFaktor daya = 0.8 lagging

c. Motor sinkron dengan daya = 75 KVA Faktor daya = 0.8 leading

Disini terlihat pada Gambar 11b bahwa :a. Daya aktif pemanas = 50 x 1.0 = 50 x Cos 0o

= 50 KWDaya reaktif pemanas = 50 x Sin 0o =

0 b. Daya aktif motor induksi (asinkron)= 225 x 0.8 = 225 x Cos 36.87o

= 180 KWDaya reaktif motor induksi (asinkron)

= 225 x Sin 36.87o

= 135 KVAR laggingc. Daya aktif motor sinkron

= 75 x 0.8 = 75 x Cos 36.87o

= 60 KW Daya reaktif motor sinkron

= 75 x Sin 37.87o

= 45 KVAR leading

Gambar 11. Pengaruh motor sinkron penguatan lebih (over excited) untuk perbaikan faktor daya.

Sehingga terlihat pada Gambar 5c didapatkan penjumlahan vektor yang menghasilkan sebagai berikut :- Daya aktif = 290 kW- Daya reaktif = 90 kVAR (lagging)- Daya semu = 303 kVA- Faktor daya = 0.957 (lagging)

Perlu juga diketahui dari hasil di atas bahwa generator dan motor sinkron sebagai pembangkit daya reaktif, yang kemampuannya dibatasi oleh thermal ratings dari stator dan rotor serta output dari penguatnya (excited-nya).

SIMPULAN1. Motor sinkron dapat memperbaiki faktor daya

diberi penguatan lebih (over excited) sehingga akan membangkitkan daya reaktif.

2. Akibat arus penguat yang berlebihan (over excited) mengakibatkan generator sinkron membangkitkan daya reaktif induktif, dan sebaliknya jika diberi arus penguat berkurang (under excited) generator sinkronmembangkitkan daya reaktif kapasitif.

DAFTAR PUSTAKAA. Arismunandar. 1972. Teknik Tenaga Listrik.

PT. Pranadnya Paramita Jakarta.Djoko Achyanto. 1986. Mesin – mesin Listrik.

Edisi keeempatHanapi Gunawan. 1988. Mesin dan Rangkaian

Listrik. Edisi ke enam.J.D. Edwards. 1986. Electrical Machines. Second

EditionStevenson Willam D. 1994. Element of Power

System Analysis. Second Edition.

jurnal konversi 1

Documents