revisi teori kelistrikan2

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

1

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEORI KELISTRIKAN

1. Daya dan Energi.

1.1.1. Energi

Energi listrik adalah kemampuan sistem listrik untuk melakukan kerja. Satuan pengukuran energi listrik adalah Joule atau Watt jam. Disebut kerja (usaha) telah dilakukan, apabila muatan sebesar Q Coulomb berpindah melalui perbedaan tegangan V Volt.

Work = V . Q Joule

Q = I . t Coulomb

atau W = V . I . t Joule

Jadi, Energi = W = V . I . t Joule

1.1.2. Daya

Pengertian daya listrik adalah laju (rate) dari kerja yang dilakukan. Karena Joule adalah satuan kerja, maka daya di ukur dalam Joule per detik. Istilah yang lebih umum untuk satuan daya adalah Watt.

1 Watt = 1 Joule per detik

Energi atau Kerja (joule)

Sehingga Daya =

Waktu (detik)

V . I . t

P = Watt

t


2


Dengan menggunakan formula hukum Ohm dapat diperluas menjadi,

P = V . I Watt

Karena V = I . R

V2

maka P = I2 . R atau P =

R

1.1.3. Macam Macam Beban.

Sebelum membahas macam-macam daya terlebih dahulu perlu diingat kembali perbedaan antara arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Arus searah adalah arus yang arah maupun harganya tetap terhadap waktu, contohnya batere atau aki. Arus bolak-balik adalah arus yang arah dan harganya berubah-ubah terhadap waktu, lihat gambar 1.

Keluaran (output) alternator PLTU merupakan contoh arus bolak-balik. Perbedaan lain, bila dilihat pada datanya adalah arus bolak-balik mempunyai frekuensi, sementara arus searah frekuensinya tidak ada. Suatu peralatan listrik yang dialiri arus searah akan mengalami akibat yang berbeda apabila dialiri arus bolak-balik. Secara umum jenis beban dalam rangkaian listrik arus bolak-balik terdiri dari tiga, yaitu :

R (resistif)

L (induktif)

C (kapasitif)


3


a. Rangkaian Resistif ( R )

Pada rangkaian resistif, tegangan sefasa dengan arus sehingga besarnya daya P = V . I.

Kurva daya selalu berada di atas nol (positif), lihat gambar 2. Di dalam rangkaian ini berlaku hukum Ohm sebagaimana di dalam rangkai arus searah.

Gambar 1. Bentuk Arus Bolak-balik dan Arus Searah

Gambar 2. Kurva Daya Berbagi Beban


4


b. Rangkaian Induktif ( L )

Arus bolak-balik yang mengalir dalam rangkai induktif akan mengalami hambatan yang disebut reaktansi induktif. Reaktansi induktif timbul akibat sifat arus bolak-balik. Suatu konduktor atau kumparan apabila dialiri listrik akan timbul medan magnit disekelilingnya. Apabila harga dan besarnya arus tersebut berubah-ubah sebagaimana pada arus bolak-balik, maka medan magnitnya juga berubah-ubah (menguat-melemah). Perubahan ini menyebabkan garis-garis gaya magnitnya memotong konduktor sehingga timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi di konduktor. Arah ggl ini selalu melawan gerakan arus yang menimbulkan medan magnit (hukum Lenz), sehingga ggl induksi ini disebut ggl lawan. Sifat melawan arus yang menimbulkan ini disebut induktansi dan rangkaiannya disebut induktif. Contoh beban induktif adalah kumparan, motor, dan sebagainya. Di dalam rangkaian induktif bila arus naik, rangkaian menyimpan energi di dalam medan magnit. Ketika arus turun rangkaian mengeluarkan energi dari medan magnit. Oleh karena itu induktansi mempunyai pengaruh menginduksi ggl lawan atau menunda perubahan arus. Akibatnya terjadi pergeseran fasa antara tegangan dan arus, arus ketinggalan dari tegangan, lihat gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian Induktif


5


Karena induktansi menyebabkan perlawanan terhadap aliran arus, maka disebut reaktansi induktif dan diberi simbol XL. Reaktansi induktif tidak hanya tergantung pada induktansi, tetapi juga pada frekuensi pasoknya. Besarnya reaktansi induktif adalah :

XL = 2 f . L

dimana

f = Frekuensi (Hz)

L = Induktansi (Henry)

c. Rangkaian kapasitif ( C ).

Apabila di dalam rangkaian induktif bersifat menghambat perubahan arus searah, maka dalam rangkaian kapasitif, rangkaian menahan perubahan tegangan. Bila arus searah dialirkan pada rangkaian kapasitif, maka muatan listrik akan disimpan dalam kapasitor yang bersifat seperti aki. Pada mulanya arusnya tinggi dan tegangan rendah, arus makin lama makin turun karena muatan yang simpan makin banyak, dan tegangan makin lama makin tinggi hingga akhirnya sama dengan tegangan pasok. Pada saat itu pengisian berhenti. Bila kapasitor dihubungkan ke sesuatu beban atau rangkaian, maka muatan di dalam kapasitor akan keluar hingga habis atau tegangannya sama dengan nol. Tetapi bila kapasitor dihubungkan ke pasok arus bolak-balik adanya kapasitansi menyebabkan penundaan timbulnya tegangan pada saat mengisi dan saat membuang muatan, sehingga arus dan tegangan menjadi tidak sefasa, lihat gambar 4.

Gambar 4.Rangkaian Kapasitif.


6


Karena kapasitansi menyebabkan perlawanan perubahan tegangan, maka disebut reaktansi kapasitif dan diberi simbul XC dalam satuan Ohm. Besar reaktansi kapasitif,

1

XC = dimana f = frekuensi (Hz)

2 f C C = kapasitansi (f)

Mengingat sifat-sifat rangkaian terhadap arus bolak-balik seperti tersebut di atas, maka jenis dan perhitungan daya dalam arus bolak-balik berbeda dengan daya dalam arus searah. Di dalam arus searah seperti telah dijelaskan di atas,

P = V . I Watt atau P = I2 . R Watt

1.1.4. Macam-macam daya

Di dalam rangkaian arus bolak-balik ada tiga macam daya, yaitu :

Daya nyata (aktif)

Daya semu

Daya reaktif

a. Daya nyata (true power)

Daya nyata adalah daya yang dapat dilihat hasilnya dan merupakan hasil perkalian antara arus dan tegangan dengan faktor daya (Cos ), dengan satuan Watt, ditulis :

P = V . I . Cos . Watt


7


Faktor daya adalah pergeseran fasa antara arus dan tegangan. Di dalam rangkaian arus bolak-balik, beban rangkaian merupakan gabungan dari beban R, L dan C. Oleh karena itu selalu timbul perbedaan fasa antara arus dan tegangan. Besarnya sudut pergeseran fasa tergantung dari kandungan L dan C dalam rangkaian. Faktor daya atau Cos merupakan perbandingan antara hambatan R dan impedansi Z.

Bila dalam arus searah berlaku hukum Ohm untuk mencari hubungan antara, arus dan hambatan, maka dalam arus bolak-balik formula tersebut berlaku. Tetapi hambatan arus bolak-balik adalah impedansi Z. Impedansi adalah hasil penjumlahan secara aljabar dari R, XL, dan XC atau ditulis :

Z = R2 + (XL - XC)2

Sehingga besarnya arus dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm.

V

I =

Z

Daya nyata merupakan daya yang menghasilkan panas setara dengan panas yang dihasilkan peralatan tersebut bila dialiri arus searah.

b. Daya Semu (Apparent power)

Daya semu adalah daya yang mengabaikan adanya beban induktif dan beban kapasitif, atau perkalian antara arus dan tegangan dengan satuan Voltampere.

P = V . I Voltampere


8


Suatu rangkaian listrik arus bolak-balik secara teoritis tidak mungkin hanya terdiri dari beban R, sehingga arus sefasa dengan tegangan. Oleh karena itu daya ini disebut daya semu, karena dalam prakteknya kemungkinan arus sefasa dengan tegangan kecil sekali.

c. Daya Reaktif (Reaktif power)

Daya reaktif adalah daya hasil perkalian antara arus dan tegangan dengan sinus , dan satuannya adalah Voltampere reaktif (Var).

P = V . I sin Voltampere reaktif (Var)

Ini adalah daya yang tidak menghasilkan kerja (panas) atau daya yang tidak berguna (Wattless power), tetapi selalu timbul di dalam rangkaian arus bolak-balik. Daya ini tidak menghasilkan panas tetapi memerlukan arus untuk energis atau memuati rangkaian induktif atau kapasitif. Gambar 5. Menunjukkan kurva daya dalam berbagai rangkaian (resitif, induktif dan kapasitif). Hubungan diantara ketiga daya dapat membentuk suatu segitiga dan disebut segitiga daya, lihat gambar 6.

Daya semu ( S )2 = Daya nyata ( P )2 + Daya reaktif ( Q )2

S2 = P2 + Q2

Sudut antara daya nyata dengan daya semu adalah sudut , dan faktor daya juga dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara daya nyata dengan daya semu.

P

Faktor daya : Cos =

S


9


Gambar 5. Kurva Daya Rangkaian Induktif dan Kapasitif

Gambar 6. Segitiga Daya


10


2 RECTIFIER DAN INVERTER

2.1. Rectifier

Rectifier adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Gelombang AC yang berbentuk gelombang sinus hanya dapat dilihat dengan alat ukur CRO. Rangkaian rectifier banyak menggunakan transformator step down yang digunakan untuk menurunkan tegangan sesuai dengan perbandingan transformasi transformator yang digunakan. Penyearah dibedakan menjadi 2 jenis, penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh, sedangkan untuk penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi penyearah gelombang penuh dengan center tap (CT), dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dioda bridge.

2.2.1 Penyearah Setengah Gelombang

Penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah yang paling sederhana, yaitu yang terdiri dari satu dioda. Gambar 1 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang. Rangkaian penyearah setengah gelombang memperoleh masukan dari sekunder trafo yang berupa tegangan berbentuk sinus, vi = Vm Sin t (gambar 1 (b)). Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO, sedangkan harga yang tercantum pada sekunder trafo merupakan tegangan efektif yang dapat diukur dengan menggunakan volt meter. Hubungan antara tegangan puncak Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:

Veff = V rms = 1/2 Vm = 0.707 Vm


11


Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatip maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari gambar 1. Arus dioda yang mengalir melalui beban RL (i) dinyatakan dengan:

dimana:

i = im . sin t, jika 0 t p (siklus positip)

i = 0 jika p t 2p (siklus negatif)

Im = Vm/ (Rf+RL)


12


Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhingga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada gambar (c) bentuknya arus searah (satu arah) yang harga rataratanya tidak sama dengan nol seperti pada arus bolak-balik. Arus rata-rata ini (Idc untuk penyearah setengah gelombang) secara matematis dinyatakan:

Tegangan keluaran pada beban :

Vdc = Idc.RL

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti Rf bisa diabaikan, maka jika Vm = Im.RL sehingga :

Dalam perencanaan rangkaian penyearah, hal penting untuk diketahui adalah harga tegangan maksimum yang diijinkan terhadap dioda. Tegangan maksimum ini sering disebut PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari sekunder trafo berada pada dioda. PIV untuk penyearah setengah gelombang, yaitu :

Idc = Im = 0.318 Im

p

Vdc = 0.318 Im. RL

= 0.318 Vm


13


2.2.2 Penyearah gelombang penuh center tap

(a) (b)

Gambar 2 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT. Terminal sekunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D2 mendapat sinyal siklus negatip, dan sebaliknya. Dengan demikian, D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang


14


sama, maka iL menjadi satu arah. Rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus, sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang, yaitu :

Dan

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga:

Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan sekunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah:

Idc = 2 Im = 0.636 Im

p

Vdc = Idc.RL =2Im.RL

p

Vdc = 2 Vm = 0.636 Vm

p


15


2.2.3 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui gambar 3. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan positip dari siklus sinyal ac, maka :

- D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju

- D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3.

Apabila jembatan memperoleh siklus negatip, maka :

- D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju

- D1 dan D3 mati (OFF), karenamendapat bias mundur

sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4.

Dengan demikian, arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2. Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/p= 0.636 Im dan PIV masing-masing dioda adalah:


16


2.2.4 Rangkaian Rectifier Teregulasi

Tujuan dari penggunaan rectifier yang teregulasi adalah untuk mendapatkan tegangan keluaran yang konstan bila ada perubahan arus beban. Gambar 4. Asas Rectifier Teregulasi Penyearah ini menggunakan tambahan sebuah rangkaian regulator, yang berfungsi agar daya keluaran konstan. Komponen rangkaian terpadu (IC) untuk rangkaian penyerarah regulasi dapat digunakan sebagai rangkaian regulator. Dengan menggunakan IC Regulator akan berlaku Vi >Vo. Harga tegangan yang diserap oleh IC adalah sekitar Vo + 3 Volt atau (Vi >> Vo + 3 Volt).

Untuk mendapatkan Vi >>Vo, perlu ditambahan transistor dalam konfigurasi emitor dengan harga Vo < Vi jika transistor dalam kondisi jenuh.


17


2.2.5 Rangkuman 1

Rectifier merupakan peralatan elektronika yang digunakan untuk mengubah tegangan listrik AC menjadi DC. Rectifer dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu ; Rectifier setengah gelombang dan rectifier gelombang penuh, sedangkan rectifier gelombang penuh masih dibagi lagi menjadi dua jenis, yaitu Rectifier gelombang penuh dengan menggunakan CT, dan Rectifier gelombang penuh dengan menggunakan jembatan dioda. Rectifier dapat digunakan untuk keperluan catu daya pada rangkaian elektronika seperti ; HT (handy talky), televisi, Pesawat radio CB (cityzen band) dan lain-lain.

2.2. Inverter

Inverter digunakan untuk mengubah tegangan input DC menjadi tegangan AC. Keluaran inverter dapat berupa tegangan yang dapat diatur dan tegangan yang tetap. Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, cell bahan bakar, tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Tegangan output yang biasa dihasilkan adalah 120 V 60 Hz, 220 V 50 Hz, 115 V 400 Hz.

Gambar 6 Prinsip kerja Inverter


18


Prinsip Kerja Inverter Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter 20 dapat diklasifikasikan menjadi 2 macam : (1) inverter 1 fasa, (2) inverter 3 fasa. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation PWM). Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangannya, yaitu : (1) jika yang diatur tegangan input konstan disebut Voltage Fed Inverter (VFI), (2) jika yang diatur arus input konstan disebut Current Fed Inverter (CFI), dan (3) jika tegangan input yang diatur disebut Variable dc linked inverter.

2.2.6 Inverter Setengah Gelombang

Gambar 7


19


Prinsip kerja dari inverter satu fasa dapat dijelaskan dengan gambar 7-a. Ketika transistor Q1 yang hidup untuk waktu T0/2, tegangan pada beban V0 sebesar Vs/2. Jika transistor Q2 hanya hidup untuk T0/2, Vs/2 akan melewati beban. Q1 dan Q2 dirancang untuk bekerja saling bergantian. Pada gambar 7-b menunjukkan bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan arus transistor dengan beban resistif. Inverter jenis ini membutuhkan dua sumber DC, dan ketika transistor off tegangan balik pada Vs menjadi Vs/2, yaitu :

= 0,45 Vs

2) Inverter Gelombang Penuh

Gambar 8. Inverter Gelombang Penuh


20


Inverter gelombang penuh ditunjukkan pada gambar 8-a. Ketika transistor Q1 dan Q2 bekerja (ON), tegangan Vs akan mengalir ke beban tetapi Q3 dan Q4 tidak bekerja (OFF). Selanjutnya, transistor Q3 dan Q4 bekerja (ON) sedangkan Q1 dan Q2 tidak bekerja (OFF), maka pada beban akan timbul tegangan Vs. Bentuk gelombang ditunjukkan pada gambar 8-b. Tegangan output didapatkan dari persamaan :

Contoh rangkaian inverter sederhana ditunjukkan seperti Gambar 9 di bawah ini.

Gambar 9. Contoh rangkaian Inverter

d. Rangkuman 2

Inverter adalah sebuah rangkaian elektronika yang digunakan untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC. Prinsip kerja dari sebuah inverter adalah dengan menggabungkan sebuah rangkaian multivibrator yang dihubungkan dengan sebuah transformator penaik tegangan (Step Up). Inverter dapat digunakan untuk mensuplai beban dengan tegangan AC dengan daya yang disesuaikan dengan daya tegangan DC yang tersedia. Contoh penggunaan inverter dapat digunakan untuk rangkaian UPS (Uninterrupted Power Supply) untuk suplai tegangan listrik bila terjadi pemutusan listrik dari PLN dengan tiba-tiba, radio CB (Cityzen Band), SFC (Static Frequency Converter) dan lain-lain.

V 1 = 0.9 Vs


21


3 SINKRONISASI GENERATOR.

Bila dua sistem tegangan bolak-balik ( AC ) akan di paralel, maka kesamaan dari lima kondisi atau parameter berikut ini harus dipenuhi. Kondisi tersebut adalah :

1. Tegangan

2. Frekuensi

3. Perbedaan fasa (sudut fasa )

4. Urutan fasa

5. Bentuk gelombang

Dua kondisi yang terakhir merupakan konstanta yang berkaitan dengan rancang bangun dan operasinya tidak dapat dikontrol. Sedang tiga kondisi lainnya harus dikontrol agar tegangan frekuensi dan sudut fasanya sama sebelum dihubungkan. Proses ini disebut sebagai Mensinkronkan .

3.1. Prosedur Sinkronisasi Generator.

Sebelum melakukan sinkronisasi generator dengan sistem jaringan (infinite bus), pastikan bahwa :

a. Pemutus tenaga ( circuit breaker ) generator dalam keadan terbuka.

b. Pemutus tenaga sistem eksitasi generator dalam keadan terbuka.

c. Mesin berputar pada putaran nominal dengan governor pada posisi minimum.

d. Semua kondisi unit normal dan memuaskan untuk di sinkronisaikan.

e. Sistem jaringan telah bertegangan dan pemisah pada bus sudah masuk.


22


Prosedur sinkron pada generator secara manual adalah sebagi berikut :

a. Atur putaran mesin dengan kontrol governor hingga putarannya sama dengan kecepatan frekuensi sistem.

b. Periksa sistem eksitasi, kemudian masukan pemutus tenaga penguat medan ( field breaker ).

c. Naikan arus eksitasi, periksa tegangan generator bila tegangan generator mencapai normal, masukan sistem pengatur tegangan (AVR ) ke posisi auto.

d. Masukan switch synchroscope keposisi manual. Dan lihat apakah kecepatan mesin fast atau slow dibanding kecepatan sistem.

e. Atur eksitasi agar tegangan generator sama dengan tegangan sistem. Atur frekuensi dan sudut fasa dengan menggunakan kontrol governor agar synchroscope berputar perlahan kearah fast.

f. Pada saat jarum synchroscope mendekati titik nol ( jam 12 ), tekan tombol pemutus tenaga generator sehingga CB masuk pada saat jarum menunjuk titik nol. Generator telah sinkron.

g. Matikan peralatan sinkronisasi dan selektor switch.

3.2. Pengaruh Perbedaan Tegangan, Frekuensi dan sudut fasa.

Bila pada saat CB menutup, kesamaan dari mensinkronkan sirkuit generator dengan sistem tidak terpenuhi, maka akan terjadi gangguan listrik. Tingkat gangguan ini tergantung kepada perbedaan dari kondisi yang telah ditentukan.

a. Tegangan

Antara tegangan generator ( yang akan dipararel ) dengan tegangan sistem jaringan harus sama besarnya ( nilainya ). Untuk menyamakan, maka tegangan generator harus diatur, yaitu dengan mengatur arus eksitasinya. Apabila tegangan generator lebih tinggi dari tegangan sistem, maka mesin ( generator ) akan mengalami sentakan beban M Var lagging ( induktif ); artinya generator mengirim daya reaktif ke sistem. Sebaliknya bila tegangan generator lebih rendah dari pada tegangan sistem, mesin akan mengalami sentakan beban M Var Leading ( kapasitif ), artinya generator menyerap daya reaktif dari sistem.


23


b. Frekuensi

Frekuensi generator dan frekuensi sistem harus sama (match). Untuk menyamakan, maka putaran generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur katup governor ( aliran uap masuk turbin ). Jika frekuensi generator lebih tinggi dari pada frekuensi sistem, sistem akan mengalami sentakan beban MW dari mesin, artinya mesin membangkitkan MW. Sebaliknya jika generator frekuensinya lebih rendah dari pada sistem, mesin akan mengalami sentakan MW dari sistem , artinya mesin menjadi motor.

c. Perbedaan Fasa

Sudut fasa antara generator dan sistem harus sama. Untuk menyamakannya fasa generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur kecepatan generator dengan katup governor. Apabila terjadi perbedaan fasa antara generator dengan sistem akan mengakibatkan sentakan perpindahan daya antara mesin dan sistem. Hal ini mengakibatkan kondisi gangguan dan terjadinya sirkulasi arus antara mesin dan sistem yang besarnya ditentukan oleh perbedaan antara keduanya.

Di dalam penyediaan listrik, perusahaan listrik mempunyai kewajiban untuk menyediakan kualitas listrik yang stabil kepada pelanggan. Kualitas tersebut meliputi frekuensi dan tegangan yang selau konstan.

Frekuensi di Indonesia menggunakan standard 50 Hz. Variasi frekuensi sebaiknya tidak melebihi 1 % dari 50 Hz, yaitu : 49,5 - 50,5Hz atau 2970 - 3030 Rpm.

Bila ferkuensi menyimpang dari 50 Hz , maka jam listrik dan putaran motor akan berubah sehingga untuk peralatan yang presisi atau teliti perubahan ini dapat mengakibatkan terganggunya operasi alat. Batas waktu penyimpangan yang diperbolehkan dan tidak menimbulkan pengaruh adalah selama 10 detik.

Jika jumlah pembangkitan MW melebihi kebutuhan pelanggan ( konsumen ), maka kelebihan energi ini menaikan putaran rotor semua turbin generator yang terhubung ke sistem sehingga frekuensi naik. Sebaliknya bila kebutuhan beban pelanggan lebih besar dari MW yang dibangkitkan , maka semua turbin generator putarannya berkurang sehingga frekuensi nya turun .


24


Tegangan nominal untuk sistem tegangan rendah kepada pelanggan adalah 220 Volt. Variasi tegangan yang disarankan tidak melebihi 6 % dari tegangan nominalnya. Jadi untuk tegangan nominal 220 Volt rentangnya adalah 206,8~ 233,2 V. Tidak seperti frekuensi, tingkat ( level ) tegangan pada seluruh sistem tidak sama. Tegangan sistem dapat dipengaruhi oleh keadaan setempat atau lingkungan.

3.3. Sudut Fasa dan Synchroscope.

Seringkali terdapat kerancuan antara perbedaan fasa dan frekuensi. Frekuensi adalah banyaknya siklus ( sinusoida ) dalam satu detik dari suatu sirkuit listrik. Sedang perbedaan fasa adalah pergeseran sudut antara satu sirkuit dengan sirkuit listrik yang lain untuk fasa yang sama, lihat gambar.7.

Untuk dapat melihat perbedaan fasa secara grafis diperlukan instrument osiloscope. Tetapi didalam penerapannya menjadi tidak praktis untuk memasang osiloskop pada panel listrik ( alternator ). Sebagai gantinya dipasang synhroskop dan lampu untuk mengetahui perbedaan fasa ini. Didalam sinkroskop ini hanya ditunjukan keterangan slow , dan fast, serta titik atau garis yang terletak diantaranya. Apabila jarum menunjuk kearah slow, artinya fasa alternator tertinggal dibelakang fasa sistem, sedang apabila jarum menunjuk kearah fast, artinya, fasa alternator lebih cepat dari fasa sistem.

Perbedaan fasa adalah nol apabila jarum sinkroskop menunjukan titik nol ( jam 12 ) atau garis tegak diantara slow dan fast. Untuk sinkronisasi harus dilakukan pada saat jarum bergerak pelan kearah fast atau berhenti pada posisi titik nol atau mendekati titik nol antara slow dan fast. Apabila jarum berhenti tidak pada posisi titik nol, sinkronisasi tidak boleh dilakukan, karena ini berarti masih ada perbedaan fasa. Dan besarnya perbedaan fasa adalah jarak antara jarum berhenti dengan titik nol. Sinkronisasi yang dilakukan pada saat sudut fasa tidak sama dengan nol atau mendekati nol dapat mengakibatkan kerusakan pada trafo dan alternator, karenan hal ini berarti terjadi sentakan aliran arus sirkulasi dari alternator ke sistem atau dari sistem ke alternator.


25


Gambar 7. Kurva Perbedaan Fasa dan Synchroscope


26


4. EKSITASI DAN PENGATUR TEGANGAN OTOMATIS.

4.1. Eksitasi

Eksitasi adalah sistem mengalirkan pasok listrik DC untuk penguat medan rotor alternator. Dalam keadaan start atau beroperasi sendiri tegangan alternator tergantung pada besarnya arus eksitasi. Apabila arus eksitasi berubah tegangan alternator juga berubah. Tetapi alternator yang beroperasi paralel dengan sistem jaringan, tegangannya relatif konstan. Perubahan arus eksitasi tidak merubah tegangan tetapi menyebabkan berubahnya faktor kerja ( Cos ) dan daya reaktif ( Var ).

Terdapat dua cara mengalirkan arus eksitasi ke rotor alternator, yaitu :

Sistem eksitasi dengan sikat ( brus excitation )

Sistem eksitasi tanpa sikat ( brushless excitation )

4.1.1 Eksitasi dengan sikat.

Sistem eksitasi dengan sikat terdiri dari alternator DC atau alternator AC yang arusnya disearahkan yang berfungsi sebagai main eksiter, slipring, pilot eksiter atau generator frekuensi tinggi, penyearah dan pengatur tegangan otomatis. Didalam sistem ini pilot eksiter atau permanen magnet generator ( PMG ) atau HFG, medan magnetnya adalah magnet permanen. Banyaknya kutub biasanya 16, sehingga menghasilkan frekuensi 400 Hz. Keluaran dari pilot exsiter adalah AC dan dialirkan melalui penyearah. Didalam penyearah ini tegangan diubah menjadi DC dan digunakan untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama ( main exciter ). Gambar..8 memperlihatkan konfigurasi sistem eksitasi dengan sikat untuk alternator 300 MW tipikal. Didalam sistem ini eksitasi untuk alternator diproduksi melalui tiga tahap, yaitu pilot eksiter, main eksiter, dan alternator. Untuk mengalirkan arus eksiter dari main eksiter ke rotor alternator digunakan slipring dan sikat arang. Demikian pula penyaluran arus dari pilot eksiter ke main eksiter.


27


Gambar.8. Sistem Eksitasi

4.2. Eksitasi tanpa sikat.

Penggunaan sikat dan slipring untuk menyalurkan arus eksiter kerotor alternator mempunyai kelemahan, karena besarnya arus yang dapat dialirkan oleh sikat arang relatif kecil. Oleh karena itu alternator dengan kapasitas yang besar tidak mampu lagi mengalirkan arus eksitasi dengan sikat dan slipring, sehingga digunakan sitem eksitasi tanpa sikat. Sistem eksitasi tanpa sikat pada dasarnya terdiri atas komponen yang sama dengan sistem eksitasi dengan sikat, tetapi penyearah arus dilakukan dengan peralatan yang berputar ( rotary ). Gambar.9 memperlihatkan konfigurasi sitem eksitasi tanpa sikat.


28


Pengontrolan arus eksitasi tetap dilakukan pada sisi masuk eksiter utama. Keluaran dari main eksiter adalah tegangan AC tiga fasa pada sisi rotornya. Tegangan ini disearahkan didalam penyearah berputar ( rotating rectifier ) dan disalurkan ke alternator melalui poros. Jadi tidak diperlukan lagi adanya slipring dan sikat.

Gambar.9. Sistem Eksitasi Tanpa Sikat

4.3. Pengaturan Tegangan Otomatis.

Kondisi beban listrik yang selalu berubah menuntut adanya sistem pengatur beban dan tegangan yang selalu dapat mengikuti perubahan sehingga diperoleh output frekuensi dan tegangan yang stabil. Alat untuk mengontrol beban ( frekuensi ) adalah governor valve, sedang alat untuk menjaga agar tegangan tetap stabil adalah pengatur tegangan otomatis (PTO atau AVR ). Tugas utama dari AVR secara singkat sebagai berikut :

a. Mengontrol tegangan terminal generator dalam batas-batas yang ditetapkan, yang secara tidak langsung membantu mengontrol tegangan sistem.


29


b. Mengatur pembagian daya reaktif diantara mesin-mesin yang beroperasi paralel pada sistem.

c. Mengontrol arus medan untuk mejaga mesin berada dalam sinkronisme dengan sistem saat beroperasi, terutama sekali pada faktor daya satu atau leading, tergantung pada pembebanan mesin.

d. Menaikkan eksitasi medan ketika sisitem dalam keadaan terganggu untuk menjaga mesin agar selalu dalam sinkronisme dengan sistem.

Gambar .10 menunjukan sekema rangkaian pengatur tegangan otomatis sederhana. Kumparan stator PMG atau pilot eksiter memasok daya ke AC eksiter( eksiter utama ) melalui rangkaian pengatur tegangan. Besarnya daya ( arus eksitasi ) ke AC eksiter ditunjukkan oleh perbedaan antara tegangan terminal alternator dan tegangan referensi oleh balance meter. Perbedaan ini bisa berharga minus ( - ) dan ( + ).

Apabila perbedaan tersebut berharga minus, maka AVR menghasilkan sinyal boost, yaitu penambahan arus eksiter ke AC eksiter. Sebaliknya jika perbedaan itu berharga plus, maka AVR menghasilkan sinyal buck, yaitu pengurangan arus eksiter ke AC eksiter. Apabila tidak ada perbedaan antara tegangan terminal alternator dengan tegangan referensi, maka sinyal keluaran AVR menjadi nol , artinya tidak ada penambahan dan tidak ada pengurangan arus eksitasi ke AC eksiter.


30


Gambar 10. Diagram Blok AVR


31


5. KOPLING MAGNETIK DAN KAPASITAS GENERATOR.

5.1. Kopling Magnetik.

Begitu suatu generator disinkronisasikan ke sistem biasanya mesin diberi beban minimum (block load ). Hal ini dilakukan dengan menaikan kontrol governor sehingga uap mengalir lebih banyak ke turbin. Tetapi begitu ini terjadi timbul perbedaan potensial (tegangan) antara kumparan stator dan tegangan terminal generator.

Perbedaan tegangan ini menyebabkan arus mengalir dalam kumparan stator sehingga menimbulkan medan magnet yang berputar pada kecepatan sinkron (sistem). Medan magnet ini berinteraksi dengan rotor dan membentuk kopling magnet antara rotor dengan stator melintas celah udara.

Kopling magnetik ini menghasilkan suatu torsi pada rotor yang besarnya sama tetapi berlawanan dengan torsi masukan uap, sehingga kecepatan rotor tidak bertambah, tetapi terkunci pada sistem oleh kopling magnetik.

Medan magnet didalam celah udara ini dapat dibayangkan seperti pita elastik yang kekuatannya tergantung pada medan magnetik rotor dan medan magnetik yang ditimbulkan oleh aliran arus didalam konduktor-konduktor stator. Kopling magnitik ini merupakan media yang memindahkan energy mekanik menjadi energy listrik (MW). Namun harus diingat bahwa kedua medan magnet tadi berputar dalam keadaan yang sama, jadi stasioner (diam) satu sama lain.

5.1.1 Sudut Bebas.

Bagaimanapun untuk menciptakan medan magnet yang disebabkan aliran arus stator, pertama rotor harus dinaikan kecepatan sudutnya terhadap tegangan terminal sampai torsi lawan yang dihasilkan oleh kopling terimbangi torsi input. Hubungan sudut ini dikenal sebagai sudut beban atau sudut rotor, lihat gambar.11.


32


Gambar 11. Sudut Beban atau Sudut Rotor

Jika kekuatan kopling magnetik berubah karena perubahan eksitasi ( arus rotor ), arus stator atau pemasukan uap, maka akan ada suatu hubungan gerakan maju ( sudut rotor dinaikan ) atau mundur (sudut rotor berkurang ), dalam arah putaran, hingga posisi kesetimbangan yang baru dicapai. Jika kopling magnetik dibentang atau diperlemah secara berlebihan, maka kopling akhirnya akan putus dan rotor tidak lagi berada dalam sinkronisme dengan sistem. Kopling tersebut dapat terputus karena dua cara, yaitu :

1. Menjaga kekuatan magnetik sama, tetapi menaikan torsi input

2. Menjaga torsi input tetap sama tetapi mengurangi kekuatan magnetik dengan mengurangi arus rotor atau arus stator.

Bila kopling magnetik putus, maka operasi generator tidak stabil dan kondisi ini disebut sebagai ketidak stabilan (instability) generator atau beroperasi tidak sinkron (asychron) karena kecepatan rotor tidak lagi berada dalam sinkronisme dengan sistem.

Ada dua macam operasi tidak sinkron yang berbeda yaitu : penggelinciran kutub ( pole slipping ) dan benar-benar operasi tidak sinkron ( true asynchronous ).

Penggelinciran kutub adalah kondisi dimana kopling magnetik terputus karena kekuatan magnetik tidak cukup, tetapi eksitasi masih ada. Rotor akan dipercepat relatif lambat bila kopling magnetik putus pada 1200 - 1300 pertama, dan lebih cepat untuk 2300 berikutnya.


33


Kopling kemudian terbentuk lagi dan mengurangi kecepatan rotor, tetapi kekuatannya tidak cukup sehingga putus lagi dan mulai penggelinciran kutub lagi.

Pengoperasian tidak sinkron dianggap suatu kehilangan total eksitasi medan. Pada kondisi ini tidak ada pengurangan gaya terhadap putaran rotor, tetapi generator menyerap semua arus magnetisainya (MVAR) dari sistem, dan beroperasi sebagai generator induksi.

Dalam kasus lain, kondisi tersebut tidak dapat dibiarkan dan oleh karena itu pada semuanya kecuali unit-unit yang kecil, dipasang proteksi untuk mendeteksi dan mentripkan unit dari sistem. Untuk unit yang kecil menyingkronkan kembali dapat dilakukan dengan mengurangi aliran uap masuk ( governor ), dan menaikan eksitasi medan, keduanya mendorong rotor untuk kembali berada dalam sinkronisme dengan sistem.

5.2 Kurva Kemampuan Alternator.

Satu cara yang mudah untuk mempertunjukan faktor-faktor yang membatasi operasi generator adalah dengan bentuk diagram.Diagram ini disebut capability atau power chart. Pada umumnya suatu diagram capability disediakan untuk setiap generator dengan harga sesungguhnya yang diberikan oleh generator itu.

Dalam gambar.12a, ditunjukan diagram tersebut ditandai dengan faktor-faktor pembatasan masing-masing dan digambarkan hanya sebagai suatu tipe, tanpa diberikan harga sesungguhnya.

Diagram capability sesungguhnya digambarkan pada perkiraan bahwa tegangan terminal generator dipertahankan pada harga nominalnya. Jika mengoperasikan pada tegangan yang berbeda dari harga ini, maka diagram tidak dapat dipakai lagi. Dengan cara yang sama digambarkan dengan menganggap bahwa semua susunan pendingin dan parameter-parameter berada pada configurasi dan harga rancangan.


34


Gambar 12a. Diagram Kapabilitas Generator

Diagram capability generator dapat digunakan bersama dengan pengukuran MW dan MVAR untuk memperkirakan parameter-parameter seperti faktor daya, arus rotor, arus stator dan sudut motor ( beban ). Bila batas-batas pengoperasian diperjelas seperti pada gambar 12b, dapat dimengerti bahwa lingkar batas pengoperasian yang diperlihatkan pada suatu vektor meter dihasilkan dari diagram capability. Dapat ditambahkan bahwa jarak dari batas kesetabilan sesungguhnya ( practical stability limit ) ke kanan dari garis sudut rotor 750, adalah suatu garis batas keamanan yang didasarkan terutama pada tipe apa AVR yang digunakan dan kecepatan reaksinya terhadap perubahan tegangan terminal generator, dan apakah suatu sikuit Pembatas VAR ( VAR limiter ) disediakan. Jika suatu generator dioperasikan dengan AVR keluar ( AVR switched out ), yaitu dengan kontrol eksitasi manual, maka tidak ada kontrol penstabilan ketika kondisi beban berubah sehingga harus diberikan batas keamanan yang lebih luas. Diagram capabilty biasanya menunjukan dua batas kestabilan yaitu, satu untuk AVR posisi otomatis dan lainnya ketika AVR posisi manual.


35


5.3 Faktor- Faktor yang membatasi Out-Put Generator.

Dalam merancang dan membuat konstruksi suatu alternator maka pabrik menetapkan berapa kemampuan maksimum operasi kontinyu ( maximum continous rating ) dari mesin meliputi :

MW

MVA

p.f (cos )

Tegangan stator

Arus stator

Tegangan rotor

Arus stator

Perlu diingat bahwa :

MW

pf = = Cos

MVA

MVA = V. stator x I stator x 3


36


Pengoperasian alternator harus sedemikian sehingga batasaan rancangan tidak dilampaui.

Gambar 12b. Kurva Kapabilitas Generator.

Perlu diingat bahwa :

MW

1. Faktor daya = = Cos. , dimana adalah sudut fasa

MVA

2. MVA = KV stator x KA stator x 3

= KV x KA x 3

Pengoprasian generator harus sedemikian rupa, sehingga tidak satupun batas rancangan dilampaui, karena bila dilampaui akan menimbulkan kerusakan pada alternator. Ada lima batas operasional rancangan listrik dan masing-masing harus diperhatikan .


37


a. Batas Arus Rotor

Batas ini ditentukan oleh tipe dan klasifikasi isolasi kumparan rotor. Pada umumnya rotor alternator diisolasi dengan kelas B, dan ini berarti material ( bahan ) isolasi yang digunakan tahan terhadap temperatur sampai 1300C. Diatas temperatur ini isolasi kumparan memburuk karena panas sehingga memperpendek umur mesin yang akhirnya menimbulkan kerusakan. Oleh karena itu temperatur operasi normal maksimum harus dibatasi pada suatu harga yang akan mencegah menurunnya kemampuan. Kenaikan temperatur rotor maksimum sebenarnya pada alternator tertentu ditentukan oleh tipe metoda pendingin rotor dan bagaimana susunan aliran pendinginan rotor, dan juga berdasarkan pada temperatur pendingin sisi dingin yang ditetapkan (400 C ). Jika temperatur gas dingin, tekanan dan kecepatan aliran dianggap konstan pada nilai ratednya, maka temperatur rotor hanya tergantung pada besarnya arus medan ( rotor ). Arus medan maksimum yang diizinkan biasanya ditentukan oleh pabrik dan ini berhubungan dengan batas temperatur rotor maksimum yang diizinkan untuk tipe isolasi yang digunakan.

b. Batas Arus Stator

Sebagaimana dinyatakan pada rotor, arus stator dibatasi oleh temperatur maksimum yang diizinkan untuk tipe material bahan isolasi yang digunakan. Temperatur kumparan-kumparan terutama akan bergantung pada arus stator yang mengalir melalui kumparan-kumparan stator tersebut, dengan anggapan bahwa temperatur masuk pendingin kumparan stator dan laju aliran konstan.

Oleh karena itu pabrik menetapkan arus stator maksimum yang diizinkan dan ini akan berhubungan dengan temperatur maksimum yang diizinkan untuk klas isolasi yang digunakan (klas B). Jika alternator dioperasikan dengan mengalirkan arus stator harga maksimum,pada tegangan terminal generator, maka harga MVA maksimum operasi kontinyu tercapai.

c. Batas MW.

Harga MW maksimum operasi kontinyu ditentukan oleh kemampuan pembangkit uap (steam generation ) dan nilai daya kuda (HP) dari turbin ketimbang nilai generator.


38


Alternator dalam teorinya sanggup membangkitkan out put MW yang harganya sama dengan nilai MVA, dengan membuat arus pada stator sefasa dengan tegangannya, (yaitu ketika beroperasi pada faktor daya satu). Bagaimanapun, sebaiknya pembangkit daya nyata (MW) alternator juga harus mampu memasok daya reaktif (MVAR), dan oleh karena itu alternator dirancang untuk beroperasi pada faktor daya lagging (contohnya 0,85 lag).

Hal ini berarti bahwa bila arus stator maksimum mengalir, nilai out put MVA tercapai, tetapi karena out put MW adalah sama dengan MVA x Cos , maka hanya 85% dari out put MVA adalah MW (misalnya Cos = 0,85). Oleh karena itu diperlukan uap yang lebih sedikit dan daya turbin yang lebih kecil untuk memutar generator.

d. Batas Arus Rotor Minimum ( Batas Stabilitas )

Daya yang dipasok ke alternator, pada kecepatan konstan, adalah sebanding dengan torsi yang diberikan pada rotor alternator oleh turbin. Daya ini harus diimbangi oleh suatu torsi listrik yang berlawanan dari dalam generator, bila tidak rotor akan dipercepat. Jika tegangan sistem jaringan dan kondisi frekwensi dianggap konstan, maka torsi keseimbangan maksimum dimana alternator dapat menahan ditentukan oleh tingkat flux magnit yang ditimbulkan oleh arus medan rotor didalam celah udara yang memberikan kopling antara stator dan rotor. Makin kuat kopling medan magnetik, makin kuat rotor terkunci ke stator.

Jika lebih banyak uap yang dialirkan ke turbin dan karenanya torsi rotor, meningkat sehingga kopling magnetik akan direntang dan akhirnya akan terputus, menghasilkan percepatan pada rotor. Hal ini akan menyebabkan suatu gangguan listrik yang cukup besar pada sistem dan mungkin juga menyebabkan panas lebih yang tinggi pada stator dan rotor. Suatu pengurangan arus medan, tanpa pengurangan uap akan menghasilkan gangguan yang sama. Pemutusan kopling magnetik diikuti dengan kehilangan kestabilan mesin tidak dapat dihindari. Oleh karena itu alternator harus dioperasikan dengan arus rotor yang cukup untuk menjamin bahwa kopling magnetik cukup kuat untuk menjaga kestabilan alternator pada semua out put beban.


39


e. Batas Pemanasan Ujung Stator

Dengan arus stator yang tinggi pada faktor daya leading, cenderung terjadi pemanasan dari bagian-bagian ujung inti stator. Tetapi batas pemanasan ujung biasanya dicapai jika batas kestabilan dilampaui, oleh karena itu dalam operasi normal batas pemanasan ujung tidak tercapai.


40


6. TRANSFORMATOR.

Salah satu keuntungan penggunaan sistem arus bolak-balik dibanding sistem arus searah adalah tegangannya dapat diubah-ubah sehingga jatuh tegangan pada pelanggan dapat lebih mudah dikontrol. Alat untuk mengubah-ubah tegangan disebut transformator. Transformator untuk menaikan tegangan disebut step up transformer, dan untuk menurunkan tegangan disebut step down transformer.

6.1 Prinsip Kerja.

Transformator terdiri dari inti yang terbuat dari laminasi besi, kumparan primer dan kumparan silinder, lihat gambar.13

Gambar 13. Diagram Transfomator

Bila tegangan bolak-balik (V1) dihubungkan pada kumparan primer, maka timbul medan magnet (flux). Medan magnet ini mengalir dalam inti dan arahnya berubah-ubah. Kecepatan perubahan medan magnet sesuai dengan frekwensi arus bolak-balik. Kuat medan magnet ditentukan oleh besarnya arus yang mengalir dan banyaknya lilitan dalam kumparan yang dinyatakan dalam ampere lilit.

Karena kumparan primer dan sekunder terletak pada inti yang sama, maka kedua kumparan akan terpotong oleh medan magnet yang arahnya berubah-ubah, akibatnya timbul GGL pada kedua kumparan. Besarnya GGL induksi tergantung pada kuat medan magnet dan banyaknya lilitan dalam kumparan. Arah GGL induksi selalu berlawanan dengan arah arus yang


41


membangkitkannya. Jika N1 dan N2 adalah banyaknya lilitan pada kumparan primer dan sekunder, maka :

GGL induksi di primer ( E1 ) Banyaknya lilitan primer ( N1 )

=

GGL induksi di sekunder ( E2 ) Banyaknya lilitan sekunder ( N2 )

E1 N1

atau =

N2 N2

Bila kumparan sekunder dalam keadaan terbuka, tegangan terminal V2 sama dengan GGL induksi E2 . Arus primer mengalir sangat kecil karenanya GGL induksi E1 sama dengan tegangan terminal V1, tetapi arahnya berlawanan.

E1 V1 N1

Jadi : = =

E2 V2 N2

Arus primer yang sangat kecil disebut sebagai arus memagnetisasi karena adanya fluks di inti.

6.2. Tap Charger.

Pengubah sadapan (tap changing), adalah suatu cara penyetelan tegangan sekunder dengan merubah jumlah lilitan pada salah satu kumparan transformator. Pengubahan tap dapat dilakukan pada saat transformator dalam keadaan tanpa beban atau saat berbeban. Bagian yang disadap dapat dapat pada ujung fasa, ujung netral atau pada tengah-tengah kumparan.


42


Titik tap umumnya dipasang pada sisi kumparan tegangan tinggi, karena arusnya lebih rendah. Pengubah tap tanpa beban seringkali dipasang pada transformator yang bebannya konstan, tetapi dapat diubah jika perubahan beban yang tetap memerlukan penyetelan tegangan sekunder (beban dinaikan mengakibatkan penurunan tegangan sekunder). Perubahan setelan sadapan (tap setting) dapat dengan memindah dan membuat lagi sambungan berbaut atau dengan suatu saklar. Kedua cara ini hanya dilakukan pada transformator tanpa beban. Dasar pengaturan pengubahan tap tanpa beban diperlihatkan dalam diagram gambar .14.

Gambar 14. Off Load Tap Charger.

Suatu pengubah tap berbeban (on load tap charger) adalah peralatan untuk mengubah perbandingan lilitan kumparan suatu transformator yang bertegangan atau berbeban. Pada transformator generator atau transformator-transformator jaringan, alat pengubah tap ini sangat penting untuk mengendalikan variasi tegangan kepada kondisi beban berubah.

Perubahan tegangan ini harus dilakukan saat beban karenanya alat pengubah tap harus mampu untuk mengubah perbandingan lilitan tanpa mengganggu pasok tersebut. Hal ini berarti ketika mengubah posisi tap, harus dilakukan dengan membuat kontak posisi baru sebelum posisi kontak yang lama dibuka. Ini dapat menyebabkan terjadinya hubungan singkat lilitan dan arus yang besar. Oleh karena itu dicegah dengan menggunakan resistor atau reaktor. Gambar 15. Memperlihatkan pengaturan untuk mengubah tap saat berbeban tipe resistor.


43


Gambar 15. On Load Tap Charger.

Diverter (pengalih) dan saklar-saklar selektor dijalankan dengan motor melalui mekanisme penggerak yang rumit baik secara lokal ataupun remote control, tetapi dilengkapi handel untuk dioperasikan manual pada saat motor atau penggeraknya gagal bekerja. Dengan gambar 15, ditunjukan urutan pengoperasian yang terkait dalam suatu pengubah tap dari posisi 1 ke posisi 2, sebagai berikut :

1. Kotak a dan kotak b pada mulanya tertutup seperti diperlihatkan, dan arus beban diambil melalui kontak b pada saklar diverter dan saklar selektor 1.

2. Begitu sinyal pengubah tap diberikan saklar diverter bergerak kekiri, kontak b membuka dan arus beban sekarang mengalir melalui kontak a dan resistor R1.

3. Saklar diverter meneruskan gerakannya dan menutup kontak d sehingga resistor R1 dan R2 sekarang berada dalam sirkuit tap 1 dan tap 2.


44


4. Gerakan selanjutnya dari saklar diverter adalah membuka kotak a , sehingga arus beban mengalir ke tap 2 melalui resistor R2 dan akhirnya menutup kotak c, dan menghubung singkat resistor R2.

5. Jika selanjutnya dibutuhkan mengubah tap ke posisi 3, maka saklar selektor S1 dipindahkan ke tap 3 sebelum saklar diverter bekerja seperti urutan di atas, tetapi dalam arah yang terbalik.

6.3. Arus dan Daya Trafo.

Efisiensi trafo pada saat berbeban mendekati 100%, sehingga untuk memudahkan dalam perhitungan efisiensi trafo dianggap 100%. Proses transformasi tegangan pada trafo sesunguhnya mengalami kerugian, yaitu : rugi tembaga, rugi histerisis dan rugi arus pusar (Eddy current). Efisiensi trafo sesungguhnya sekitar 96 -98% untuk trafo kapasitas besar. Karena efisiensi trafo dianggap 100%, maka daya pada sisi primer sama dengan daya pada sisi sekunder.

P primer = P skunder.

V1 . I1 . Cos 1 = V2 . I2 Cos 2

Pada beban penuh faktor daya primer hampir sama dengan faktor daya sekunder, dan dalam perhitungan faktor daya tersebut dianggap sama, sehingga :

V1 . I1 = V2 . I2

V1 / V2 = I2 / .I1

Dari perbandingan di atas diketahui bahwa arus berbanding terbalik terhadap tegangan. Jadi trafo yang menaikan tegangan arusnya rendah, sedang trafo yang menurunkan tegangan arusnya lebih tinggi. Bila terminal sekunder dihubungkan ke beban, arus I2 mengalir, dan dengan berpedoman hukum Lenz, maka diketahui bahwa medan magnet yang arahnya melawan medan magnet yang telah ada sehingga melemahkan atau mengurangi kekuatan magnetnya. Akibatnya ggl di kumparan primer berkurang sehingga arus I1 bertambah, untuk mengimbangi penurunan kekuatan magnet (demagnetise) tadi. Setiap perubahan arus


45


sekunder menyebabkan perubahan arus primer yang sebanding, sampai amper tura seimbang terjadi.

I1 / I2 = N2 / N1 atau I1 . N1 = I2 . N2

atau dapat dikatakan arus berbanding terbalik terhadap banyaknya lilitan.


46


7. TRAFO PENGUKURAN.

Pengukuran tegangan dan arus yang sangat tinggi, misalnya di switch gear secara langsung dengan volt meter atau amper meter dipanel ruang kontrol adalah sangat berbahaya . demikian pula sinyal deteksi untuk proteksi tegangan tinggi tidaklah mungkin menggunakan tegangan tinggi langsung ke peralatan proteksi, karena selain sangat berbahaya terhadap manusia juga memerlukan perlatan yang sangat besar. Untuk keperluan pengukuaran dan proteksi tegangan yang relatif tinggi, disediakan trafo tegangan (VT) dan trafo arus ( CT ) yang out putnya adalah tegangan dan arus yang randah.

7.1 Transformator arus.

Konstruksi dasar dari trasformator arus (CT) diperlihatkan pada gambar 16.

Gambar 16. Transformator Arus.

Konduktor utama merupakan kumpuran primer yang menghidupkan GGL dan oleh karena itu arus yang mengalir dalam kumparan sekunder sebanding dengan aliran arus primer, standar yang bisa digunakan untuk relay- relay proteksi dan instrument adalah 5,1 dan 0,5 amper. Keluaran (Skunder) Trafo arus sirkuit tidak boleh terbuka, jika sisi primer nya sedang ada arus yang mengalir, jika sirkuitnya sekunder, maka trafo harus dihubungkan singkat.

7.2 Transformator Tegangan.


47


Transformator tegangan ada dua macam yaitu transformator tegangan belitan (Wound VT) dan transformator tegangan kapasitor (Capasitor VT) lihat gambar 17. transformator tegangan belitan pada dasarnya adalah suatu transformator daya kecil yang out put dayanya hanya sampai beberapa ratus volt amper.

Tipe ini digunakan pada tegangan sampai 150 kV, tetapi penggunaan TV tipe ini menjadi sangat mahal dan mudah rusak, kadang kadang akibat bencana alam.oleh karena itu, utuk tegangan 150 kv, dan yang lebih tinggi digunakan tipe ke dua. Trasformator tegangan kapasitor adalah suatu pembagi tegangan dengan transformator belitan kecil yang dipasang pada sisi tegangan rendah dari susunan kapasitor.

Karena transformator belitan hanya untuk melayani tegangan tegangan yang relatif rendah, maka masalah isolasi menjadi berkurang. Tegangan sekunder distandarkan pada 110 V, setara dengan tegangan phasa 63,5 V.

8. SISTEM PASOK LISTRIK.


48


Sistem PLTU memerlukan sejumlah peralatan bantu seperti pompa, fan dan sebagainya untuk dapat membangkitkan tenaga listrik. Hampir semua peralatan ini menggunakan tenaga listrik, dan sebagian peralatan bantu digerakkan dengan motor listrik.

Besarnya tenaga listrik yang diperlukan untuk menjalankan alat-alat bantu bervariasi antara sekitar 6 % untuk PLTU kecil, hingga 4 % untuk PLTU dengan kapasitas 1000 MW. Sistem yang mendistribusikan daya untuk pasok motor dan semua peralatan listrik di PLTU sering disebut sitem alat bantu listrik Suatu Pemakaian sendiri .

8.1. Sistem Pasok Alat Bantu.

Sebelum memabahas sitem pasok alat bantu, karenanya perlu mengetahui alat-alat bantu yang harus dipasok.

Alat-alat bantu station (Umum).

Alat-alat bantu listrik secara umum dapat diklasifikasikan menjadi 2 kelompok pasok daya, yaitu :

a. Alat-alat bantu penting (urgen).

Adalah yang berkaitan langsung dengan kelangsungan jalannya unit PLTU, dan bila hilang (mati) akan segera menyebabkan pengurangan keluaran unit.

Contoh alat bantu urgen antara lain adalah Compressor,FD fan, Mill (untuk PLTU batu bara) atau pompa residu (untuk PLTU minyak). Tentu saja secara rinci ada perbedaan jumlah atau jenis alat bantu yang digunakan di PLTU tergantung pabrik pembuat dan kondisi setempat.

b. Alat bantu pelayanan (service).

Adalah alat yang apabila hilang (mati) tidak akan berpengaruh pada output PLTU hingga interval waktu tertentu. Alat bantu yang termasuk dalam kelompok ini adalah unit pemurnian air, crane, atau turning gear atau alat bantu yang tidak termasuk dalam kelompok urgen.


49


Jumlah serta jenis alat bantu pelayanan ini juga berbeda antara PLTU satu dengan lainnya tergantung kapasitas unit, jarak (konfigurasi) dan sebagainya. Alat bantu yang memerlukan daya listrik yang paling besar adalah pompa air pengisi (BFP) dan pompa air pendingin (CWP).

8.1.1. Sistem Pasok Alat Bantu Station

Hal yang dapat dicatat dari skema dasar sistem pasok alat bantu station adalah, (lihat gambar.18).

Gambar 18a. Sistem Pasok Alat Bantu


50


Gambar 18b. Sistem Pasok Alat Bantu.


51


1. Alat bantu urgen dihubungkan ke unit board, dan alat bantu pelayan ke station board.

2. Station board dipasok dari dua sumber, yaitu dari luar melalui bus tegangan jaringan di switch yard dimana alternator dihubungkan atau dari alternator. Jadi alat bantu pelayanan dipasok melalui station trafo dari sistem jaringan.

3. Unit board dihubungkan ke station board melalui suatu penghubung (interconector). Bila alternator sudah sinkron ke sistem jaringan, unit board dipasok oleh alternator melalui unit transformer. Untuk keperluan start, pasok untuk alat bantu urgen dan pelayanan diambil dari station trafo.

8.2. Tegangan Pasok Alat Bantu.

Alat-alat bantu dipasok dengan tingkat tegangan yang berbeda, yaitu 11kV, 6 kV dan 415 Volt, tiga fasa dengan menggunakan trafo alat bantu (axiliary trafo). Pemilihan tegangan tergantung pada dua faktor utama :

a. Ukuran station trafo harus cukup untuk beban yang paling tinggi.

Kapasitas station trafo beban pelayanan + beban operasi satu unit + beban start satu unit (misal 52,7 MVA).

Umumnya laju arus (rate) maksimum untuk switch gear alat bantu dirancang 3000 Amp. oleh karena itu tegangan yang cocok dipilih untuk menyesuaikan persyaratan ini , karena

MVA = 3 x kV x kA

MVA 52.7

maka kV = = = 10,3 kV

3 x kA 3 x 3


52


Standart tegangan yang digunakan untuk contoh diatas dipilih 11KV.

b. Ukuran motor-motor yang dipasok

Daya sebanding dengan Volt x Ampere, oleh karena itu makin tinggi tegangan, makin berkurang arus untuk keluaran (out-put) yang sama. Maka luas penampang kumparan dapat dikurangi yang berarti ukuran fisik motor juga berkurang. Tetapi hal ini mengakibatkan perlunya menggunakan isolasi yang mampu menahan tegangan lebih tinggi. Oleh karena itu pabrik motor harus melakukan kompromi antara mengurangi jumlah tembaga untuk kumparan dan persyaratan isolasi yang lebih tinggi. Hasil kompromi terutama ditentukan oleh ekonomi (harga) untuk ukuran motor tertentu.

8.3. Sistem Pasok Darurat ( Esensial ).

Didalam sistem PLTU, motor-motor alat bantu dan sistem kelistrikan lainnya adalah sangat penting untuk keamanan manusia, unit, perlengkapan dan pengoperasiannya. Oleh karena itu harus disediakan sistem pasok khusus untuk menjamin bahwa pada saat terjadi ganguan pada pasok normal, tetap tersedia pasok untuk alat-alat bantu dan sistem kelistrikan sehingga keamanan manusia, unit dan perlengkapan lainnya tetap terlindungi.

Pada umumnya pasok khusus atau biasa disebut pasok esensial (darurat) disediakan dengan menggunakan batere yang dapat memasok, motor- motor DC (seperti pompa pelumas dan perapat), atau dapat berfungsi sebagai pasok cadangan (back up) untuk alat bantu yang biasanya dipasok DC (seperti kontrol dan proteksi, penerangan darurat, pemadam kebakaran, peralatan komunikasi dan sebagainya). Semua alat bantu ini normalnya dipasok dari panel AC melalui penyearah atau batere charges.

Dari gambar.19. Terlihat bahwa penyearah atau unit charger normalnya mempertahankan tegangan batere agar selalu konstan dan memasok alat bantu DC. Bila pasok AC gagal, maka alat bantu dipasok secara langsung dari batere. Sistem batere terpisah dipasang untuk menyediakan pasok dengan tegangan standar DC dan batere akan mempertahankan pasok DC untuk selama beberapa jam.


53


Gambar 19. Sistem Pasok Darurat.

Alat bantu lain, seperti instrumen dan kontrol komputer dan sistem alaram, yang memerlukan pasok AC harus dijamin kelangsungan pasoknya dan tidak terputus.

Sistem pasok ini ditunjukan pada gambar .20.

Sistem ini pada dasarnya terdiri dari panel DC 240V batere yang di charge dengan penyearah/ charger. Panel DC 240V memberikan pasok AC 415V tiga fasa dengan inverter ke panel distribusi AC. Dari bus 415V dapat ditranformasikan untuk menyediakan pasok AC 110V atau disearahkan lagi untuk keperluan pasok DC. Alternatif pasok ke inverter adalah dengan menggunakan motor (DC) generator set. Cara ini mempunyai keuntungan tambahan, yaitu dapat diperoleh tegangan AC tiga fasa untuk memasok panel distribusi AC. Cara lain yang lebih umum digunakan untuk penyediaan pasok darurat adalah dengan diesel generator set (gen- set). Sistem pasok ini dilengkapi dengan fasilitas kontrol otomatis yang dapat start dan stop diesel-generator ketika pasok normal terganggu.


54


Gambar 20. Sistem Pasok Darurat dengan Inverter


55


9. MOTOR.

Sebagian besar motor yang digunakan di PLTU adalah motor AC tiga fasa. Hanya beberapa buah motor yang digerakkan oleh sumber DC. Motor DC biasanya digunakan sebagai motor stand-by atau emergency untuk alat bantu yang vital (penting).

Gaya menggerakan (torsi) pada kedua jenis motor dihasilkan oleh interaksi medan magnet dari bagian yang diam dan bagian berputar. Semua motor terdiri dari bagian yang diam (disebut stator untuk motor AC dan sistem medan pada motor DC) dan bagian berputar (disebut rotor pada motor AC dan jangkar pada motor DC).

9.1. Motor Arus Searah.

Motor DC terdiri dari bagian yang diam, yaitu rangka (frame) dan sistem medan dan bagian berputar, yaitu jangkar. Lihat gambar.21.

Gambar 21.


56


Rangka terbuat dari besi tuang atau baja dan mempunyai 4 kutub menghadap jangkar. Kumparan terdiri dari sejumlah lilitan dipasang pada tiap kutub, sehingga jika arus DC mengalir sistem medan menjadi magnit dengan kutub - kutubnya.

Jangkar terbuat dari laminasi besi dan membentuk inti lingkaran dengan alur-alur disusun sepanjang permukaannya. Poros penggerak dipasang ditengah jangkar dan disangga pada tiap ujungnya oleh bantalan. Kumparan dipasang pada alur jangkar, sehingga menjadi magnet bila dialiri arus.

9.1.1. Prinsip kerja

Jika jangkar dan medan dialiri arus DC, maka keduanya menjadi magnet, sehingga akan ada gaya antara jangkar dan medan. Bila medan magnet disusun dengan arah yang sesuai, gaya antara kutub pada medan dan kutub pada jangkar akan menyebabkan jangkar berputar dan menghasilkan daya mekanik pada poros.

Untuk memasok arus kekumparan jangkar yang berputar dibutuhkan kontak geser. Selain itu juga diperlukan alat untuk merubah arus DC yang mengalir di kumparan jangkar secara kontinyu untuk menghasilkan gerakan berputar. Kedua persyaratan ini dilakukan dengan menggunakan komutator. Komutator ini berbentuk cincin yang terdiri dari segmen-segmen dan terisolasi satu sama lain dipasang pada poros jangkar. Kumparan jangkar dihubungkan ke tiap segmen komutator. Arus masuk dan meninggalkan komutator (kumparan jangkar) melalui sikat arang. Gambar. 22, menunjukan konstruksi komutator.

9.1.2. Jenis dan konstruksi

Terdapat tiga jenis motor DC, yaitu :

Motor seri

Motor shunt

Motor campuran (compound)


57


Gambar.23, menunjukan tiga macam diagram motor DC.

Gambar 22. Konstruksi komutator.


58


Gambar 23c. Motor Compound

Gambar 23c. Motor Shunt.

Gambar 23a. Motor Seri


59


9.2. Motor Arus Bolak Balik.

Motor ini biasa disebut motor induksi. Umumnya biasa bekerja dengan putaran (kecepatan) tetap dan dianggap sebagai yang paling handal.

Motor induksi terdiri dari rangka dan inti besi berlaminasi yang berbentuk alur-alur sebagai inti membentuk silinder stator. Kumparan stator tiga fasa dipasang didalam alur-alur membentuk lingkaran bagian dalam silinder stator, lihat gambar .24.

Gambar 24. Kumparan stator 3 phasa

inti rotor berlaminasi berbentuk silinder dengan alur-alur pada permukaan luar membawa konduktor atau kumparan. Rotor dan stator dipisahkan oleh celah yang lebarnya sekitar 3mm. Kumparan stator dihubungkan ke pasok utama dan terisolasi sesuai dengan tegangan yang digunakan. Rotor dapat berupa tipe rotor belitan atau rotor sangkar tupai, lihat gambar 25.


60


Gambar 25. Konstruksi Rotor

9.2.1. Prinsip kerja.

Bila kumparan stator dihubungkan kepasok AC, timbul medan magnet sebagai mana dalam motor DC. Tetapi sifat bolak-balik dari pasok AC membuat medan magnet juga berubah-ubah Susunan kumparan stator dibuat sedemikian rupa sehingga medan magnet tersebut berputar. Medan magnet ini menghubungkan (link) stator dan rotor, lihat gambar 26, sehingga menyebabkan arus terinduksi didalam kumparan rotor. Arus yang mengalir didalam rotor menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan medan magnet putar stator. Akibatnya


61


timbul gaya pada rotor yang membuatnya berputar dalam arah yang sama dengan medan magnet putar menghasilkan energi mekanik pada poros.

Gambar 26.

Kecepatan medan magnet berputar tergantung pada :

1. Frekuensi pasok AC

2. Banyaknya kutub pada kumparan stator.

Banyaknya kutub kumparan stator dapat 2, 4, 6, dan seterusnya, setiap perubahan banyaknya kutub menyebabkan percepatan rotor berubah. Kecepatan medan berputar disebut kecepatan sinkron dan dapat dihitung dengan formula berikut :


62


f x 60

Kecepatan sinkron = Rpm

P

Dimana f = frekuensi pasok listrik

p = banyak pasang kutub magnet stator

Jadi apabila suatu motor induksi mempunyai empat kutub (2 pasang) stator, maka kecepatan sinkron :

50 x 60

= 1500 Rpm

2

Kecepatan rotor motor induksi tidak pernah sama dengan kecepatan sinkron, karena bila hal ini terjadi pengaruh induksi antara medan magnet putar stator dan kumparan rotor atau gaya pada rotor akan menjadi nol. Pada kenyataannya kecepatan rotor (poros) motor induksi saat berputar tanpa beban adalah sekitar 2990 Rpm untuk motor satu pasang kutub dan sekitar 1490 Rpm untuk motor dengan dua pasang kutub. Motor induksi mengatur sendiri kecepatan dan arus yang mengalir karena kebutuhan beban. Perbedaan kecepatan antara medan putar dan rotor, menyebabkan medan magnet stator memotong rotor, sehingga timbul ggl. Karen kumparana rotor terhubung singkat, maka arus mengalir dan menghasilkan torsi. Bila beban naik, kecepatan rotor berkurang dan medan magnet stator memotong lebih banyak rotor, sehingga menginduksi arus yang lebih besar di rotor. Akibatnya torsi yang timbul naik untuk mengimbangi kenaikan beban mekanik. stator akan menarik arus lebih tinggi dari pasok.


63


9.2.2. Jenis motor induksi

Ada 2 jenis motor induksi dan hal ini dibedakan menurut jenis rotornya, yaitu :

1. Motor induksi dengan rotor sangkar

2. Motor induksi dengan rotor belitan

Motor induksi dengan rotor sangkar adalah jenis motor induksi yang banyak digunakan, karena konstruksinya lebih sederhana dan lebih murah. Motor jenis ini putarannya konstan. Rotornya terdiri dari inti dengan alur-alurnya diisi konduktor membentuk sangkar. Kedua ujung konduktor dihubung singkat dengan ring ( cincin ).

Motor induksi dengan rotor belitan, yaitu rotornya berisi kumparan 3 fasa. Ketiga ujung kumparan dihubungkan jadi satu membentuk titik bintang. Sedang tiga ujung kumparan yang lain dihubungkan keluar dengan slip ring yang dipasang pada poros.

Dari slip ring dapat dihubungkan ke resistor untuk pengaturan putaran saat start atau dihubungkan singkat melalui sikat arang. Motor jenis ini mempunyai torsi lebih besar dari jenis pertama, tapi lebih besar dan mahal.

9.3. Metode Start Motor.

Salah satu kelemahan motor induksi yaitu kecepatannya tidak dapat bervariasi kecuali dengan peralatan khusus. Tetapi kelemahan yang sangat mengganggu adalah arusnya sangat besar pada saat start. Arus start ini dapat mencapai 6 kali arus beban penuh. Usaha untuk mengurangi arus start yang tinggi terus dilakukan antara lain dengan memperbesar tahanan rotor. Tetapi pengurangan arus start harus mempertimbangkan torsi yang cukup untuk percepatan.

9.3.1. Start Motor Dengan Tahanan Luar.

Pada motor induksi dengan rotor belitan seperti gambar 27, tahanan luar dipasang atau disambungkan kerotor belitan melalui slip ring yang dipasang pada poros.


64


Motor distart dengan membuat tahanan maksimum dalam sirkuit rotor. Begitu motor naik putarannya tahanan rotor dikurangi secara berangsur-angsur hingga terhubung singkat pada ke 3 slip ring. Dalam kondisi ini daya yang dihasilkan pada rotor sama seperti pada rotor sangkar.

9.3.2. Metode start motor sangkar

Sebagaimana telah dikatakan bahwa besarnya arus start (arus mula) motor jenis rotor sangkar adalah sampai 6 kali arus beban penuh. Misalnya untuk motor 150 Hp (110 kW) , 3.3.KV. Arus beban penuh kira-kira 230 A, maka arus start yang diserap menjadi kira-kira 1150 sampai 1330 A. Oleh karena itu start langsung tidak dapat dilakukan karena arus yang besar memerlukan sumber pasok yang cukup dan diameter kabel yang besar, sehingga harus digunakan metode lain untuk menstart motor ukuran besar. Metode yang lebih umum digunakan ialah dengan menurunkan tegangan suplai dan ini dapat dicapai dengan :

Metode start bintang / delta

Metode start auto tranformator

Metode start dengan sangkar ganda

Gambar 27. Start Motor dengan Tahanan Luar.


65


a. Start dengan metode bintang / segi tiga

Pada gambar terlihat bahwa kedua ujung tiap pasa kumparan (semua ada 6 ) dibawa keluar motor dan dihubungkan pada saklar khusus yang mempunyai 3 posisi, START , OFF , RUN . Pada posisi START kumparan terhubung bintang dan pada posisi RUN kumparan terhubung delta . Dengan demikian tegangan tiap fasa waktu start adalah 1/ 3 dari tegangan pasoknya dan torsi start juga akan berkurang menjadi (1/ 3 ) 2 atau 1/3 dari torsi jika distart langsung.

Penurunan torsi start merupakan salah satu keburukan dari metode ini, selain itu pengawatan pada saklar pemindah dan pemindahan dari hubungan bintang ke segi tiga juga relatif rumit. Prosedur start motor adalah memindahkan handel saklar dari

posisi off ke posisi Start dan menunggu sesaat hingga motor berjalan dengan kecepatan operasi. Selanjutnya handel dipindahkan dengan cepat dari posisi Start melalui Off ke posisi Run. Pada beberapa instalasi, gerakan dari posisi Start ke posisi Run dilakukan secara otomatis.

b. Start dengan auto transformer.

Gambar 28, .memperlihatkan metode start dengan menggunakan auto transformator. Pasok motor diberikan melalui auto transformator dan saklar start (start switch) kumparan stator. Bila stator dihubungkan pada posisi start, maka kumparan-kumparan tersebut dipasok dengan tegangan yang diturunkan dari output (sekunder) auto transformator dan dalam posisi Run diambil langsung dari pasok. Biasanya, diatur dengan beberapa sadapan tiap fasa supaya diperoleh tegangan output yang lebih sesuai untuk diberikan kepada motor.

Gambar 28 metode start menggunakan auto transformator.


66


Pada saat motor distart, tegangan pasok diturunkan sesuai dengan perbandingan kumparan transformator sehingga arus start dan torsi berkurang sebesar kuadrat perbandingan tegangan trafo.

Arus start dengan auto transformator (Tegangan output)2

=

Arus start dengan start langsung Tegangan pasok

Keuntungan penggunaan auto trafo dibanding tipe start / delta adalah tidak diperlukan sambungan 6 kawat dan stater switch (saklar start) yang rumit.


67


10. Switchgear.

Switch gear atau peralatan penghubung adalah suatu alat yang mampu menghubungkan, menghantarkan, dan memutuskan arus listrik. Pada umumnya switchgear yang terpasang di PLTU disebut Circuit Breaker (CB) atau pemutus tenaga (PMT).

10.1. Tugas switch gear adalah sebagai berikut :

1. Menyalakan (switch on) dan mematikan (switch off) peralatan dan rangkaian listrik.

2. Mampu menghantarkan arus beban penuh

3. Mampu menahan arus start rangkaian motor

4. Mampu menahan tegangan penuh melintas kontaknya ketika terbuka

5. Mampu menahan panas aliran arus, gaya elektro magnet, dan pengaruh busur

6. Mampu menghubungkan dan memutuskan arus induktif dan atau kapasitif

7. Mampu memutuskan arus gangguan untuk mengeluarkan peralatan yang rusak, atau menahan arus gangguan sampai PMT yang lain membebaskan gangguan

8. Mampu menutup (menghubungkan) pada rangkaian yang terganggu dan segera membuka kembali

9. Contoh besarnya arus ganguan , pada tegangan 400 KV, arus normalnya 4.000 Amp; arus gangguan 50.000 Amp. PMT harus dirancang untuk mampu menahan pemutusan arus ganguan hingga tingkat tersebut. Kemampuan PMT memutuskan arus gangguan disebut Rating atau Rupturing capacity dan dengan satuan MVA. Kerja PMT yang terbesar adalah saat memutuskan arus (beban), karena pada saat itu timbul busur api akibat terputusnya arus.


68


10.2. Jenis Switchgear

Terdapat beberapa jenis PMT, tetapi secara umum dapat dikelompokan menjadi 4, sesuai dengan media peredam busur apinya.

a. PMT minyak ( OCB )

b. PMT udara ( ABB )

c. PMT gas ( GCB )

d. PMT vakum ( VCB )

PMT minyak merupakan PMT paling tua, dan digunakan untuk tegangan rendah hingga tegangan sangat tinggi. PMT udara lebih murah dan lebih aman dibanding PMT minyak. PMT ini banyak digunakan untuk tegangan rendah hingga tegangan ekstra tinggi. PMT gas merupakan PMT yang kini banyak digunakan karena bentuknya ringkas (kecil), tetapi mempunyai kapasitas tinggi dan dapat digunakan hingga tegangan ekstra tinggi. Lebih aman dan bebas pemeliharaan (free maintenance). PMT vakum biasanya digunakan untuk tegangan rendah hingga menengah. Bebas pemeliharaan dan ringkas (simple).

10.3. Konstruksi san Prinsip Kerja.

a. PMT minyak (OCB)

Kontak-kontak pada PMT minyak direndam dalam tangki. Pada PMT kapasitas rendah kontak-kontak dari ketiga fasanya ditempatkan dalam satu tangki. Pada PMT minyak kapasitas besar kontak-kontak setiap fasa ditempatkan didalam tangki terpisah, tetapi dikopel bersama, lihat gambar 29.


69


Gambar 29.

Kontak diam dan kontak gerak ditempatkan dalam suatu peralatan kontrol busur khusus, disebut explosion pot atau turbulator pot. Proses pemutusan, begitu kontak gerak mulai bergerak terpisah dari kontak diam, timbul busur api. Minyak bergerak memutuskan busur ini sehingga terbentuk gas yang menimbulkan tekanan didalam pot dan gas mengalir sebagai mana ditunjukan pada gambar 30a. Kontak gerak makin jauh dan busur api makin panjang hingga memotong vent samping. Busur ini menyebabkan minyak tetap terpisah sampai arus mendekati nol, dan tekanan gas yang ada akan mendorong busur kesamping melalui vent sehingga busur padam, lihat gambar.30b. Minyak dingin yang terdekat cenderung naik temperaturnya menyerap panas, sehingga timbul sirkulasi konveksi penggantian minyak didalam pot.


70


Gambar 30 a. Gambar 30 b.

Minyak selain memadamkan busur api juga menjadi isolasi penghalang antara komponen yang hidup (bertegangan) dan tangki metal serta kontak saat PMT terbuka.

Tangki PMT minyak berisi minyak dalam jumlah yang besar sehingga selalu ada resiko kebakaran. Oleh karena itu jenis PMT ini harus dilengkapi dengan sistem pemadam kebakaran.

b. PMT udara (ABB)

Ada dua jenis PMT udara, yaitu PMT udara alami Air break circuit breaker (ABCB) dan PMT udara bertekanan Air blash circuit breaker (ABB). ABCB hanya mempunyai kemampuan sampai tegangan menengah, sementara ABB dapat digunakan hingga untuk tegangan ekstra tinggi. Rakitan kontak dipasang didalam interrupter head terisolasi, dan pada tiap fasa dapat terdiri hingga 12 interrupter yang dipasang seri, tergantung pada tegangan kerjanya. Jika sinyal trip diberikan, udara kempa bertekanan tinggi menggerakan kontak untuk terbuka. Tetapi udara yang sama juga digunakan untuk mendinginkan dan menghembus (memadamkan) busur


71


sebelum akhirnya membuang ke atmosfir, lihat gambar.31. ABB terdiri dari dua jenis, yaitu bertekanan dan tidak bertekanan.

Gambar 31.

ABB tidak bertekanan.

ABB tidak bertekanan merupakan rancangan yang lebih dahulu. Pada ABB ini udara kerja disimpan didalam penampung (reciever) yang dipasang secara mendatar dibawah head. Interrupter head terpasang tegak di atas reciever. Bila sinyal trip diterima katup blast yang terpasang pada receiver membuka sehingga udara naik ke interrupter head dan mendorong kontak untuk membuka sekaligus memadamkan busur api. Begitu kontak utama terbuka, selanjutnya katup blast mentrip dan kontak interrupter menutup kembali. Kelemahan jenis ini adalah adanya penundaan (delay) waktu antara pembukaan katup head dan pembukaan katup interrupter head.


72


ABB bertekanan.

Didalam jenis ini seluruh bagian PMT, yaitu receiver, kolom penyangga, dan interrupter head terisi udara bertekanan. Katup pembuang (exhaust) dipasang antara kontak utama dan atmosfir untuk membuang udara penggerak dan peredam busur ke atmosfir. Setelah pembukaan, katup pembuang menutup lagi dan kontak terjaga terpisah, sementara seluruh sistem tetap bertekanan. Penutupan (closing) PMT dilakukan dengan udara bertekanan menggerakan piston untuk menutup kontak kembali.

Penurunan (kehilangan) tekanan udara yang cepat didalam PMT jenis ini, dapat menyebabkan penutupan kembali (reclosing) atau loncatan bunga api yang tidak dijamin keamanannya dengan akibat kerusakan terutama pada saat alternator shut down. Oleh karena itu dibuat sequence (urutan) setelah PMT membuka, beberapa detik kemudian lengan isolasi (pemisah) juga membuka. Gambar 32, menunjukan contoh PMT udara bertekanan.


73


Gambar 32 . PMT Udara bertekanan


74


c. PMT dengan Media Gas (GCB).

Media gas yang digunakan pada tips PMT ini adalah gas SF6 (sulphur hexafluoride) sifat-sifat gas SF6 murni ialah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada temper

revisi teori kelistrikan2

Documents