rancang bangun simulasi otomasi catu daya darurat tanpa terputus

SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
RANCANG BANGUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA
DARURAT TANPA TERPUTUS
IGNATIUS AGUS PURBHADI, M.KHOIRI
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir Nasional
Abstrak
RANCANG BANHUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA DARURAT TANPA TERPUTUS.
Telah dibuat simulasi dari otomasi penyediaan catu daya darurat tanpa terputus ke beban. Pembuatan
simulasi ini bertujuan untuk membantu mahasiswa elektromekanik dalam praktikum penyediaan catu daya
darurat secara otomatis. Simulasi ini terdiri dari dua bagian utama yaitu sistem penyalaan genset dan
sistem interlock antara genset dan PLN. Motor dc digunakan sebagai penghasil daya mekanik yang
dibutuhkan untuk penyalaan genset. Kontaktor magnet digunakan dalam pembuatan sistem interlock. Hasil
dari pengujian menunjukkan bahwa pada tegangan input 110 volt dan waktu kerja selama 2 detik
menghasilkan daya mekanik yang paling efisien dalam penyalaan genset. Pengujian pada sistem interlock
dapat diketahui bahwa PLN dan genset tidak dapat memasok energi listrik ke beban secara bersamaan.
Kata kunci : genset, sistem interlock, motor dc, kontaktor magnet.
Abstract
SIMULATION OF AUTOMATION EMERGENCY POWER SUPPLY WITHOUT
INTERRUPTED. The simulation of automation emergency power supply to load without interrupted had
been made. This simulation was made to help electromechanic student lab work especially for automation
emergency power supply lab work. The simulation composed two main systems, those are genset ignition
system and interlock system between genset and PLN. Motor dc was used as mechanic power source which
its required to ignite genset. Magnet contactors were used in interlock system. From the experiment result,
showed with 110 V input voltage and 2 seconds working time yielding the most efficient mechanic force to
ignite genset. From the interlock system trial was known that if PLN and genset didn’t supply electrical
energy at the same time.
Key words: Genset, interlock system, motor dc, magnet contactor.
PENDAHULUAN
Instalasi listrik untuk intalasi peralatan
nuklir baik untuk penelitian , kedokteran
maupun
operasional,
seperti
peralatan
radiografi, alat perekam medis, merupakan
peralatan yang sangat vital (beban penting) dan
saat beroperasi harus dijaga kontinyuitas daya
yang mencatunya. Pemadaman listrik yang
tiba-tiba saat peralatan instalasi penting
beroperasi akan berdampak negatif bagi
keselamatan pengguna, operator maupun
peralatan itu sendiri.
Selain peralatan nuklir, instalasi suatu
pabrik atau instansi yang besar kebutuhannya
akan energi listrik juga akan meningkat.
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
277
Akibatnya semakin besar pula energi listrik
yang harus di bangkitkan melalui generator
listrik. Sehingga dibutuhkan suatu unit
pembangkit listrik berskala besar untuk
menjamin tersedianya pasokan listrik ke pabrikpabrik atau instansi tersebut. Didalam perihal
pendistribusian listrik dari pembangkit listrik ke
pemakai listrik ditunjuk Perusahaan Listrik
Negara (PLN) sebagai satu-satunya institusi
resmi pemerintah yang mengkoordinasikan
pendistribusian energi listrik dari pembangkit
listrik ke konsumen. Namun pembangkit tenaga
listrik maupun PLN tidak selalu dapat
memyuplai energi listrik secara kontinyu ke
pemakai listrik atau komsumen. Hal ini
dikarenakan adanya kemungkinan kerusakan
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
dalam sistem pembangkit listrik maupun dalam
pendistribusiannya. Sehingga ketika pasokan
listrik dari PLN terhenti maka pabrik-pabrik
ataupun
instansi
membutuhkan
suatu
pembangkit cadangan ataupun darurat untuk
menjamin berlangsungnya operasi produksi.
Pembangkit cadangan ini berupa seperangkat
sistem generator yang lebih dikenal dengan
Generator Set (genset).
Pengalihan pemasok energi listrik dari
PLN ke genset atau sebaliknya harus dilakukan
dengan seefektif dan seefisien mungkin.
Beberapa peralatan seperti komputer sistem
utama, peralatan operasi, mesin-mesin produksi
utama ,yang selanjutnya disebut beban penting,
diharuskan mendapatkan pasokan listrik secara
kontinyu. Ini dikarenakan ketika terjadi
pemutusan kepada peralatan tersebut walaupun
hanya sesaat akan mengakibatkan hilangnya
data atau mengacaukan keseluruhan sistem
produksi.
Berdasarkan hal yang demikian,
penulis mempunyai keinginan untuk
melakukan pembuatan simulasi sistem catu
daya darurat. Maka penulis mengangkat
judul Rancang Bangun Simulasi Otomasi
Catu Daya Darurat Tanpa Terputus.
Adapun rancang bangun ini akan digunakan
sebagai modul praktikum mahasiswa
STTN-BATAN. Dalam pembuatan simulasi
ini akan dirancang sebuah sistem penyalaan
genset dan sistem interlock yang akan
menjamin beban penting agar selalu
mendapat pasokan listrik.
Generator AC ( Alternator)
Alternator adalah mesin pengubah tenaga
mekanik menjadi tenaga listrik, khususnya
tenaga lisrik arus bolak balik(alternating
current) dan dapat disebut juga generator ac.
Besarnya tegangan yang dihasilkan alternator
adalah(2) :
E o  cn
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
(1)
278
di mana,
Eo
: tegangan output alternator (volt)
c
: kontanta mesin
ø
: besarnya fluks magnet (weber)
n
: putaran rotor (rpm)
besarnya ø yang dihasilkan bergantung
pada:
1. Kawat pengahantar diam, jumlah garisgaris gaya medan magnet/flux yang
mengenainya diubah.
2. Jumlah garis gaya/flux tetap, kawat
hantaran digerakkan sehingga mengalami
perubahan flux yang mengenainya.
Oleh karena itu pada prinsip kerja
generator ada 3 hal pokok, yaitu:
1. Flux magnet dari kutub magnet.
2. Kawat hamparan tempat timbulnya ggl.
3. Gerakan relatip antara medan magnet
terhadap kawat hantaran.
Pada prinsipnya alternator sama halnya
dengan motor sinkron 3 fasa dimana medan
magnet/fluxnya adalah bukan dari induksi
karena adanya medan putar tetapi medan
magnet
dari
kumparan
electromagnet.
Perbedaan alternator dengan motor terdapat
pada statornya, stator pada motor adalah tempat
medan putar sedangkan pada alternator
statornya merupakan tempat timbulnya ggl.
Ada 2 macam alternator dilihat dari cara
membangkitan tegangannya, yaitu(3):
a) Rotating-armature Alternator, alternator ini
mempunyai konstruksi yang sama dengan
generator dc yang mana armature berputar
dalam sebuah medan magnet stasioner.
Pada generator dc, ggl dibangkitkan dalam
belitan armature dan dikonversikan dari ac
ke dc dengan menggunakan komutator
(sebagai penyearah). Pada alternator,
tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah
menjadi dc dan diteruskan kepada beban
dengan menggunakan slip ring seperti pada
gambar 1. Armature yang bergerak dapat
dijumpai pada alternator untuk daya rendah
dan umumnya tidak digunakan untuk daya
listrik dalam jumlah besar.
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
Gambar 1. Rotating-armature Alternator
b) Rotating-field
Alternator,
Armature
stasioner, atau stator, pada alternator jenis
ini mempunyai belitan yang dipotong oleh
medan putar (rotating magnetic field) yang
dihasilkan rotor (armature). Pada gambar 2
terlihat tegangan yang dibangkitkan pada
stator sebagai hasil dari aksi potong ini
adalah tegangan ac yang akan dikirimkan
kepada beban.
Gambar 2. Rotating-field Alternator
Motor Bakar Bensin
Motor bakar bensin adalah motor yang
sumber tenaganya diperoleh dari hasil
pembakaran gas di dalam ruang bakar. Di mana
gas pembakarannya berasal dari hasil campuran
bensin dengan udara dalam suatu perbadingan
tertentu, sehingga gas tersebut dapat terbakar
dengan mudah sekali dalam ruang bakar,
apabila timbul loncatan bunga api listrik
tegangan tinggi pada elektroda busi(4).
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
279
Tenaga yang dihasilkan oleh motor
berasal dari adanya pembakaran gas di dalam
ruang bakar, karena adanya pembakaran
tersebut, maka timbulah panas. Dan panas ini
mengakibatkan gas yang telah terbakar
mengembang,
karena
pembakaran
dan
pengembangan ini terjadi di dalam ruang bakar
yang sempit dan tertutup (tidak bocor) di mana
bagian atas samping kiri kanan dari ruang bakar
adalah statis/tidak bisa bergerak, sedangkan
yang dinamis/yang bisa bergerak hanya bagian
bawah, yakni piston, sehingga dengan
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
sendirinya piston akan terdorong ke bawah oleh
gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada
saat piston terdorong ke bawah ini, membawa
tenaga yang sangat dahsyat. Dan tenaga inilah
yang dimaksud dengan tenaga motor bakar.
Sistem penyalaan motor bakar terbagi 2
macam:
1. Sistem battery adalah motor bakar yang
pengapiannya menggunakan arus listrik
direct current (DC) dari accu.
2. Sistem magneto adalah motor bakar yang
pengapiannya menggunakan arus listrik AC
dari generator.
Keuntungan motor dc antara lain adalah
mempunyai momen kakas (torsi) awal yang
besar dan relatif lebih mudah mengatur
kecepatan putaran.
Hubungan
antara
kopel
elektromagnetik dengan daya mekanik di motor
dc adalah:
Motor DC
Ea
Ia
T
Wm
n
Motor direct current (DC) adalah suatu
mesin yang mengubah tenaga listrik arus searah
menjadi tenaga gerak atau mekanik, dimana
tenaga gerak tersebut berupa putaran daripada
motor. Besarnya putaran motor dc dapat
ditentukan sebagai berikut:
U  I a Ra
n
C
(2)
di mana,
n
: putaran motor (rpm)
U
: tegangan input (volt)
Ia
: arus jangkar (ampere)
Ra
: tahanan jangkar (ohm)

: fluks magnet (weber)
C
: konstanta
(3)
Atau dengan rumus,
(4)
di mana,
Pin
Pout
η
: daya input (watt)
: daya output (watt)
: effisiensi motor
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
(6)
: tegangan induksi (volt)
: arus jangkar (ampere)
: torsi/kopel (kilogram-meter)
: kecepatan sudut (rad\sekon)
: putaran (rpm)
Untuk
menghitung
energi
digunakan pada motor dc adalah:
W  Pin t
yang
(7)
di mana,
: energi yang digunakan motor dc
(joule)
: daya input motor dc (watt)
: selang waktu (detik)
METODE PENELITIAN
di mana,
Pin
: daya input (watt)
U
: tegangan input (volt)
I
: arus input (ampere)
Pout

2n
60
(5)
di mana,
Pin
t
masuk pada motor dc adalah:
Pin 
Wm 
W
Sedangkan untuk menghitung daya yang
Pin  UI
E a I a  T Wm
280
Pembuatan simulasi catudaya darurat
ini dilakukan dengan menggunakan genset ATS
dengan daya 600 watt tegangan keluaran 220
volt dengan penggerak mesin bensin 2 langkah,
yang di kopel dengan roda gila dan motor DC
Pasific Scientific yang memiliki daya 0,5 HP
dengan rpm 1750 pada tegangan 180 volt DC
yang berfungsi sebagai motor starter yang
mendapatkan sumber tegangan dari UPS
melalui regulator tegangan arus searah. UPS ini
selain sebagai tenaga starter juga untuk
mensuply beban penting saat proses
interkoneksi berlangsung.
Langkah langkah yang dilakukan dalam
proses pembuatan simulasi daya darurat dimulai
dengan mendesain, merakit dan menginstalasi
sistem otomasisasi hingga pengujian sistem.
Diagram alir penelitian dapat dilihat pada
gambar 3.
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
Gambar 3. Diagram Alir Penelitian
Tabel 1. Alat dan bahan
No
1
Nama Bahan
Genset
Merek
ATS
Spesifikasi
Daya keluaran 600 W
Daya keluaran max 800W
Tegangan keluaran 220 V
2
Motor DC
Pasific Scientific
Daya ½ HP n 1750 rpm
Tegangan 180 V
Arus nominal 2.76 A
3
4
Roda gila
UPS
Prolink
Diameter 26 cm
Daya max 1200 VA
Tegangan keluaran 220 V
Backup time ± 15 menit
5
Kontaktor magnit dan
kontaktor bantu
Mitsubishi
Tegangan kerja 220V/AC
6
Timer
Omron
Tegangan kerja 220V/AC
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
281
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
(NO) pada kontaktor 1 akan berubah
menjadi Normally Close (NC). Begitu juga
sebaliknya kontak-kontak NC pada
kontaktor 1 akan berubah menjadi NO. Hal
ini membuat beban biasa dan UPS akan
menerima pasokan listrik dari PLN.
Diagram sistem utama, diagram sistem
kontrol, dan diagram pengawatan dapat
dilihat pada gambar 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah dilakukan pengistalasian dan
dilakukan pengujian terhadap rangkaian, sistem
interlock dapat bekerta dengan baik. Cara kerja
dari sistem utama dan sistem kontrol adalah
sebagai berikut :
a) Pada saat PLN terhubung
Saklar 1 (S1) ditutup dan saklar 2 (S2)
ditutup maka kontaktor 1 akan menerima
catu daya. Kontak-kontak Normally Open
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. Sistem utama (a), sistem kontrol (b), dan pengawatan (c)
b) Pada saat PLN terputus
Ketika S1 terbuka maka catu daya ke
kontaktor 1 akan terputus sehingga kontakkontaknya akan kembali ke posisi semula.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
282
Ini mengakibatkan pasokan listrik daya ke
beban biasa dan UPS akan terhenti,
sementara beban penting tetap menerima
pasokan listrik dari UPS. Kontaktor 1 akan
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
menjadi NC, hal ini akan membuat coil dari
kontaktor 2 akan mendapat catu daya dari
UPS. Dengan bekerjanya kontaktor 2 maka
kontak-kontak NO akan berubah menjadi
NC dan juga sebaliknya. Dengan
menutupnya K2 maka UPS akan mencatu
motor dc. pada saat ini timer, dimana telah
diatur untuk bekerja selama 2 detik, juga
mendapat catu daya dari UPS.
a.
c) Pada saat PLN terhubung kembali.
Saat beban beroperasi menggunakan genset,
kemudian listrik PLN hidup, maka
kontaktor akan bekerja sesuai urutan.
Pertama K3 akan membuka kemudian
selang 1/100 detik disusul K1 akan
menutup, sehingga beban penting maupun
beban biasa akan terpasok oleh PLN
sedangkan Genset mati secara otomatis.
Tampak depan
b. Tampak samping kanan
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri
283
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL V
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009
ISSN 1978-0176
c. Tampak samping kiri
Gambar 5. Simulasi Catu Daya Darurat
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah
dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Beban penting akan selalu mendapatkan
energi listrik saat PLN padam.
2. Selama proses interlock, beban biasa akan
mengalami pemadaman selama ± 8 detik.
3. Motor DC sebagai starter genset
mendapatkan daya yang paling efisien pada
tegangan 110 volt DC dalam waktu selama
2 detik mampu menghidupkan genset.
DAFTAR PUSTAKA
1.
APRILAWATI, HIDAYAH., Perancangan
Instalasi Genset Di Pt Aichi Tex Indonesia,
Politeknik Negeri Bandung, Bandung.
2.
ZUHAL., 1986, Dasar Tenaga Listrik, Itb,
Bandung.
3.
UNILANET.UNILA.AC.ID, 27-11-2008
4.
TEISERAN, EMANUEL., 1999,
Motor, Liberty, Yogyakarta.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
Teknik
284
Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri