perancangan sistem emergency genset pada kapal

PERANCANGAN SISTEM EMERGENCY GENSET PADA KAPAL
I. Pendahuluan
I.1. Latar Belakang
Kondisi Black Out adalah kondisi dimana
sumber
tenaga
penggerak
utama,
permesinan bantu, dan peralatan lainnya
pada kapal tidak beroperasi karena tidak
adanya pasokan listrik yang disebabkan
oleh kegagalan pada sistem kelistrikan.
Apabila Black Out terjadi pada kapal,
maka harus disiapkan sebuah sistem
kelistrikan yang mampu memasok listrik
ke peralatan-peralatan krusial pada kapal.
Untuk meningkatkan nilai keselamatan,
sistem ini dibuat aktis secara otomatis agar
kapal tidak berada dalam kondisi Black
Out dalam waktu yang lama.
I.2. Perumusan Masalah
Peralatan apa sajakah yang harus
tetap dapat digunakan pada saat
keadaan emergency/darurat?
Berapakah besarnya daya listrik
yang diperlukan pada saat kondisi
emergency/darurat?
Bagaimanakah sistem pengaktifan
emergency genset pada kapal saat
ini?
Komponen apa sajakah yang perlu
ditambahkan
pada
instalasi
kelistrikan yang telah ada pada
kapal agar sistem otomatisasi
emergency
genset
dapat
diterapkan?
I.3. Batasan Masalah
Beban listrik yang dihitung adalah
beban listrik yang hanya berasal
dari peralatan yang harus tetap
beroperasi
pada
keadaan
darurat/emergency.
yang
dilakukan
Perancangan
terbatas
pada
kapal
yang
menggunakan
genset
sebagai
sumber pasokan kebutuhan listrik
pada keadaan darurat (ESEP).
I.4. Tujuan
Untuk menentukan peralatan apa
saja yang harus tetap dapat
digunakan pada saat keadaan
emergency/darurat.
Untuk Menghitung besarnya daya
listrik yang diperlukan pada saat
kondisi emergency/darurat
Untuk merancang sebuah instalasi
kelistrikan
untuk
sistem
otomatisasi emergency genset pada
kapal.
Untuk menganalisa komponen apa
sajakah yang perlu ditambahkan
pada instalasi kelistrikan yang telah
ada pada kapal agar sistem
otomatisasi emergency genset
dapat diterapkan
II. Tinjauan Pustaka
II.1. Generator
Generator adalah mesin listrik yang
merubah energi mekanik menjadi energi
listrik dengan menggunakan prinsip
induksi magnet. Yang dimaksud dengan
prinsip induksi magnet adalah saat sebuah
konduktor digerakkan pada medan magnet
sehingga gerakan konduktor memotong
flux magnetik, maka pada konduktor akan
timbul tegangan. Sehingga listrik yg
timbul dalam siklus: positif-nol-negatif-nol
(AC). Generator DC membalik arah arus
saat tegangan negatif, menggunakan
mekanisme
cincin-belah,
sehingga
hasilnya jadi siklus: positif-nol-positif-nol
(DC). Pada kapal biasanya digunakan
generator AC atau lebih dikenal dengan
istilah alternator.
Baik pada generator DC maupun AC,
konstruksi dasarnya berupa konduktor
sebagai penghasil tegangan dan sebuah
bagian yang menghasilkan medan magnet.
Sebagai representasi dari kedua bagian
tersebut, setiap generator pasti memiliki
rotor dan stator. Rotor merupakan bagian
yang berputar dan stator merupakan bagian
yang diam. Pada generator DC, penghasil
tegangan adalah rotor sedangkan pada
generator AC, baik rotor maupun stator
dapat menghasilkan tegangan.
Untuk Generator AC dengan rotor sebagai
penghasil tegangan, konstruksi hampir
sama dengan generator DC hanya saja
tegangan
yang
dihasilkan
tidak
disearahkan dengan komutator melainkan
langsung dialirkan melalui slipring dan
arus penguat dialirkan menuju bagian
stator. Generator dengan tipe seperti ini
biasanya digunakan untuk memasok
kebutuhan listrik yang tidak besar. Untuk
generator AC dengan stator sebagai
penghasil tegangan, arus penguat dialirkan
menuju rotor sehingga saat rotor berputar,
terjadi medan putar. Keuntungan sistem ini
adalah tegangan yang dihasilkan dapat
langsung dihubungkan dengan beban
listrik dan dapat mengurangi resiko short
circuit karena tidak menggunakan slip ring
ataupun sikat arang sebagai pengalir
tegangan yang dihasilkan, karena slip sing
dan sikat arang merupakan komponen
yang sulit untuk diisolasi.
Gambar II.a : Generator AC dengan rotor
sebagai penghasil tegangan
Gambar II.b : Generator AC dengan stator
sebagai penghasil tegangan
II.2. Generator Set
Definisi
Sesuai dengan prinsip kerja generator,
yaitu mengubah energi mekanik menjadi
energi listrik, maka diperlukan penggerak
untuk memutar rotor generator. Sumber
energi mekanik ini dapat berupa turbin
uap, turbin air, ataupun motor diesel.
Gabungan antara generator dengan
penghasil energi mekaniknya disebut
dengan generator set.
Proses Starting
Emergency genset merupakan generator
cadangan yang dipergunakan hanya dalam
keadaan darurat sehingga saat kapal berada
dalam keadaan normalnya, genset akan
berada dalam keadaan stand by atau siap
diaktifkan sewaktu-waktu. Dalam keadaan
darurat, dibutuhkan proses starting genset
yang cepat agar tersedia waktu yang cukup
untuk melakukan perbaikan, pengaktifan
kembali
generator
utama
ataupun
menghubungi pelabuhan terdekat untuk
meminta bantuan pertolongan.
Berbeda dengan generator utama yang
menggunakan sistem udara bertekanan
untuk
proses
starting,
emergency
menggunakan listrik untuk proses starting.
Secara garis besar proses starting dibagi
menjadi dua yaitu :
a.
Preheating
starting switch
Regulating
switch
Battery
Dynamo
Starter 12 or
Charging
24v
control
Diagram II.a : komponen pada proses
starting genset
1.
2.
3.
4.
b. Otomatis
Proses pengaktifan ini dilakukan tanpa
perlu ada operator yang mengaktifkan
emergency genset dari panelnya. Sistem
ini akan membaca keadaan gagalnya
genset utama dengan membaca signal yang
diolah oleh sebuah komponen yang biasa
dikenal dengan genset controller. Saat
genset utama mengalami kerusakan/gagal,
genset controller akan membaca signal
tersebut dan memulai proses pengaktifan
emergency genset secara otomatis. Secara
umum proses starting genset dapat
dijelaskan melalui diagram berikut :
Glow plugs
DC
Manual
Yang dimaksud dengan manual adalah
proses starting dengan sistem listrik namun
operator
harus
menekan
tombol
pengaktifan yang terdapat pada panel
emergency genset yang biasanya terletak
terpisah dari panel genset utama. Proses
manual dengan mengengkol crankshaft
maupun camshaft dapat saja dilakukan
namun terbatas pada genset dengan
penggerak kecil karena keterbatasan
tenaga manusia.
Glow control
5.
6.
7.
Sebuah battery akan memberikan arus
listrik yang akan menutup preheating
starting switch.
Melalui glow control, glow plugs akan
menaikkan temperature pengapian
saat proses starting. Proses pre-heating
ini memakan waktu sesuai dengan
karakteristik dari engine. Proses ini
dapat dipercepat dua kali lipat dengan
menaikkan tegangan selama 50% dari
waktu total proses preheating normal.
Proses pre-heating ini merupakan
proses untuk engine mencapai putaran
pengapiannya dan temperatur tertentu.
Kedua parameter ini tergantung dari
karakteristik engine
Listrik juga akan mengaktifkan starter
yang berupa motor DC 12 atau 24 V
yang terhubung dengan flywheel
melalui sebuah magnet switch yang
terdapat di dalam starter.
Aliran listrik juga akan menutup
regulating switch yang berfungsi
mengatur fungsi berbeda dari control
otomatis tenaga darurat.
Saat regulating switch menutup, listrik
mengalir hingga tegangan dynamo dan
battery sama dan proses recharge
battery pun berlangsung.
Dinamo dapat digantikan apabila
charger otomatis battery dan sebuah
tachometer switch yang menutup pada
8.
saat putaran pembakaran tercapai,
terpasang pada genset.
Setelah kondisi preheating, genset
sudah dapat diberikan beban.
Proses starting ini dapat dilakukan
beberapa kali sesuai dengan yang
dianjurkan oleh pembuat engine atau
genset
controller.
Setelah
jumlah
maksimal starting tercapai, maka alarm
peringatan akan berhenti dan engine harus
di non-aktifkan.
II.3. Black Out/Keadaan darurat pada
kapal
Black Out adalah kondisi dimana sumber
tenaga penggerak utama, permesinan
bantu, dan peralatan lainnya pada kapal
tidak beroperasi karena tidak adanya
pasokan listrik yang disebabkan oleh
kegagalan pada sistem kelistrikan.
Penyebab gagalnya sistem kelistrikan ini
cukup banyak seperti genset utama
mengalami kerusakan, peralatan sistem
kontrol mengalami kerusakan, short
circuit, dll.
II.4.
Beban Listrik pada
darurat/emergency
keadaan
SOLAS
International Convention For The Safety
Of Life At Sea (SOLAS) memberikan
aturan mengenai instalasi kelistrikan pada
kapal untuk keselamatan kapal, ABK,
Penumpang, maupun muatan pada chapter
II-1 Construction-Structure, sub division
and stability, machinery and electrical
installations part. D.
Biro Klasifikasi Indonesia
Biro Klasifikasi Indonesia memberikan
aturan mengenai instalasi kelistrikan pada
kapal untuk keselamatan kapal, ABK,
Penumpang, maupun muatan pada Volume
IV. Rules for electrical installations.
Dari kedua peraturan diatas dapat
ditentukan peralatan yang harus tetap
beroperasi
pada
keadaan
darurat/emergency. Karena data yang
diperoleh berasal dari kapal KRI. Tanjung
Fatagar yang merupakan kapal angkut
infanteri TNI maka sebagai acuan khusus
perhitungan beban listrik pada keadaan
darurat/emergency adalah section 14.
Additional rules for passenger ship untuk
BKI dan rules 42 untuk SOLAS.
Peralatan-peralatan tersebut antara lain :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Lampu penerangan untuk daerah
peluncuran sekoci, gangway dan
tangga pada dek akomodasi, pada
kamar mesin dan engine control room,
pada ruang main switch board dan
emercency switchboard, pada ruang
steering gear, CO2 room, serta ruang
penyimpanan perlengkapan pemadam
kebakaran.
Lampu navigasi
Radio komunikasi
Sistem alarm dan deteksi kebakaran
Sistem alarm dan informasi
Peralatan navigasi
Automatic sprinkler pump
Sistem pintu kedap air
Semua perlengkapan diatas harus mampu
beroperasi selama 36 jam terkecuali pintu
kedap air yang beroperasi selama 30
menit.
III. Metodologi
III.1. Identifikasi dan perumusan
masalah
Pada
Tahap
ini
dilakukan
pengidentifikasian dan perumusan masalah
yang ada. Pada skripsi ini, permasalahan
yang
diambil
adalah
otomatisasi
emergency genset pada kapal.
III.2. Studi Literatur
Studi literatur merupakan tahap dimana
berbagai teori dasar mengenai penulisan
skripsi ini dipelajari. Beberapa teori dasar
seperti kelistrikan, rangkaian listrik dan
komponen-komponennya,
generator,
hingga berbagai regulasi dan peraturan
tentang sistem kelistrikan pada kapal
dipelajari. Tujuannya adalah agar dalam
merancang sistem otomatisasi emergency
genset pada kapal sesuai dengan teori
dasar dan berbagai peraturan.
Referensi dalam tahap ini diambil dari
buku, paper, internet, tutorial, spesifikasi
serta manual book peralatan, dan sumber
lainnya yang dapat mendukung bahasan
skripsi ini.
III.3. Pengambilan dan pengumpulan
data
Data yang diambil dan dikumpulkan pada
skripsi ini berasal dari dua sumber, yaitu
dari sebuah plant (Terminal LPG
Semarang) dan kapal milik TNI AL, KRI
Tanjung Fatagar – 974 sebagai contoh
kapal. Data yang diperoleh dari plant
adalah wiring diagram instalasi kelistrikan
pada plant tersebut yang akan coba
diterapkan pada sebuah kapal. Sedangkan
data yang diperoleh dari kapal berupa :
1.
2.
3.
Ukuran utama kapal
Spesifikasi Emergency Genset
Kebutuhan Listrik pada keadaan
darurat
III.4. Analisa data
Setelah data didapat dilakukan analisa
terhadap data tersebut. Beberapa analisa
yang
dilakukan
adalah
penentuan
perlengkapan yang tetap beroperasi pada
keadaan emergency/darurat, perhitungan
kebutuhan daya listrik pada keadaan
emergency/darurat,
pencocokkan
kebutuhan daya listrik dengan daya yang
mampu dihasilkan oleh genset, dan
pencocokkan spesifikasi komponen sistem
otomatisasi emergency genset pada plant
dengan regulasi dan peraturan mengenai
instalasi kelistrikan pada kapal.
III.5. Perancangan Sistem
Pada tahap ini dilakukan perancangan
sistem otomatisasi emergency genset. Dari
berbagai data yang telah dianalisa dapat
dibuat suatu rancangan sistem otomatisasi
dengan terlebih dahulu menentukan
berbagai komponen yang harus terdapat
dalam sistem tersebut. Perancangan ini
harus dibuat disesuaikan dengan berbagai
regulasi dan peraturan yang berlaku.
III.6. Verifikasi
Verifikasi merupakan tahap dimana
rancangan sistem yang telah dibuat di
periksa kembali, disesuaikan dengan
regulasi dan peraturan yang berlaku agar
tidak terjadi salah dalam merancang
sistem.
III.7. Kesimpulan dan Saran
Langkah terakhir dalam penyusunan tugas
akhir ini adalah membuat kesimpulan dari
keseluruhan proses yang telah dilakukan
sebelumnya serta memberikan jawaban
atas permasalahan yang ada. Selanjutnya
setelah membuat kesimpulan adalah
memberikan saran berdasarkan hasil
analisa untuk dijadikan dasar pada
penelitian selanjutnya, baik terkait secara
langsung pada skripsi ini ataupun pada
data-data dan metodologi yang nantinya
akan direferensi.
Dimana :
I = Arus Nominal (A)
IV. Pembahasan
Perhitungan
beban
darurat/emergency
I=
listrik
Berdasarkan peraturan SOLAS chapter II1 Construction-Structure, sub division and
stability, machinery and electrical
installations part. D. rules 42 dan BKI
Volume IV. Rules for electrical
installations. section 14. Additional rules
for passenger ship. Peralatan yang harus
beroperasi
pada
keadaan
darurat/emergency adalah :
1. Lampu penerangan untuk daerah
peluncuran sekoci, gangway dan
tangga pada dek akomodasi, pada
kamar mesin dan engine control room,
pada ruang main switch board dan
emercency switchboard, pada ruang
steering gear, CO2 room, serta ruang
penyimpanan perlengkapan pemadam
kebakaran.
2. Lampu navigasi
3. Radio komunikasi
4. Sistem alarm dan deteksi kebakaran
5. Sistem alarm dan informasi
6. Peralatan navigasi
7. Automatic sprinkler pump
8. Sistem pintu kedap air
V = Tegangan (Volt)
P = Daya (kW)
Cosθ = 0.8
Arus Start dapat dihitung dengan rumus :
I start = I x 3
Setelah diketahui nilai arus nominal dan
arus start, maka dapat dipilih kabel dan
busbar yang sesuai dengan membaca tabel.
Perancangan
Sistem
Emergency Genset.
Otomatisasi
Perancangan dilakukan dengan membuat
single line diagram sistem otomatisasi
emergency genset dan control diagram
circuit breaker pada rancangan yang
dibuat. Perancangan dilakukan dengan
menggunakan software Microsoft Visio
2003 yang mendukung dalam pembuatan
single line diagram dengan berbagai
lambang komponen listrik. Berikut adalah
tampilan Microsoft visio 2003 :
Pemilihan Kabel dan Busbar
Nilai arus nominal dapat diperoleh dengan
menggunakan rumus :
Untuk arus 1 phasa :
I=
Untuk arus 3 phasa
Berikut hasil perancangan dengan
Microsoft Visio 2003 :
•
•
•
V. Kesimpulan
• Besarnya beban listrik total pada
kondisi darurat/emergency adalah
160.2545 kW. Hal ini sudah
disesuaikan dengan peraturan SOLAS
chapter II-1 Construction-Structure,
sub division and stability, machinery
and electrical installations part. D.
rules 42 dan BKI Volume IV. Rules
for electrical installations. section 14.
Additional rules for passenger ship.
Untuk kapal KRI Tanjung Fatagar –
974, telah dilengkapi emergency
genset dengan daya sebesar 216 kW
sehingga mampu untuk mengatasi
beban listrik pada kondisi darurat
seperti yang telah dijelaskan pada poin
diatas.
Sesuai dengan peraturan dari BKI
bahwa sumber listrik darurat harus
berada diatas geladak menerus dan di
belakang sekat tubrukan (BKI volume
IV. Rules for electrical installation.
Section 2. Installation of electrical
equipment). Letak emergency genset
pada KRI Tanjung Fatagar - 974
berada pada dek 7 dan mampu diakses
dari dek terbuka. Namun, sistem
starting genset yang berupa sistem
elektrik, masih dalam kondisi manual
sehingga dapat mengurangi nilai
keselamatan kapal.
Berdasarkan peraturan BKI volume
IV. Rules for electrical installation.
Section 2. Installation of electrical
equipment tersebut maka dibutuhkan
sebuah sistem otomatisasi untuk
meningkatkan nilai keselamatan dan
mengurangi beban ABK. Sistem
otomatisasi tersebut terdiri dari
beberapa
komponen
utama
diantaranya :
Genset Controller
Relay-relay
Circuit Breaker
•
Indikator-indikator
Penempatan relay yang tepat sangat
berpengaruh dalam sistem otomatisasi
ini
karena
kesalahan
dalam
penempatan
relay
dapat
mengakibatkan sistem tidak berjalan,
bahkan terjadi short circuit/korslet.
Penentuan Circuit breaker, kabel, dan
busbar yang tepat juga sangat penting
untuk faktor keselamatan sistem maupun
ABK.