84 pengoperasian motor induksi sebagai generator untuk

Pengoperasian Motor Induksi Sebagai Generator untuk Pembangkit……………………………….…….…..Mahalla
PENGOPERASIAN MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR UNTUK
PEMBANGKITAN LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO (PLTMH)
Mahalla1
1
Dosen Jurusan Teknik Elektro Politenik Negeri Lhokseumawe
Email:
ABSTRAK
Penggunaan motor induksi sebagai generator tak sinkron (IMAG) pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh) telah banyak dioperasikan untuk kapasitas kecil, yaitu dibawah 100 Kw. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui kinerja IMAG pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMh). Pertimbangan menggunaan
IMAG adalah karena kemampuannya untuk menghasilkan listrik dari variabel kecepatan serta kecepatan konstan
penggerak mula, biaya yang murah, perawatan yang mudah, tidak memerlukan sumber dc untuk eksitasi, perbaikan
kinerja karena impedansi transient yang rendah, perlindungan alami terhadap hubung singkat, banyak terdapat
dipasaran. Evaluasi kinerja dari IMAG pada sistem PLTMh perlu dilakukan, yaitu analisis stabilitas tegangan dan
frekuensi dan analisis beban harian. Berdasarkan analisis sistem secara umum, effisiensi total IMAG adalah 47,38
% dan posisi ruang turbin dan IMAG masih jauh dari area banjir, sehingga tinggi jatuh (head) dapat ditingkatkan
1 meter menjadi 2,21 meter, hal ini dapat meningkatkan daya potensial dan daya terbangkit sebesar 82,56 %
Berdasarkan analisa beban harian, perubahan beban utama mempengaruhi perubahan tegangan dan frekuensi
output dari IMAG, hal ini disebabkan karena pengontrol beban yang ada sekarang tidak bisa bekerja dengan baik
untuk mengalihkan perubahan beban utama ke beban semu (ballast load). Salah satu metode yang bisa dilakukan
untuk mengontrol tegangan dan frekuensi, adalah dengan mengatur beban (dummy load).
Kata kunci: PLTMh, generator asinkron, kestabilan, tegangan, frekuensi
I.
tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran
maupun ketinggiannya dari istalasi maka semakin
besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk
menghasilkan energi listrik.
Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan
kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu
daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang
memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah
volume aliran air persatuan waktu (flow capacity)
sedangan beda ketingglan daerah aliran sampai ke
instalasi dikenal dengan istilah head.
Mikrohidro memiliki tiga komponen utama
yaitu air (sumber energi), turbin dan generator. Air
yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan
clan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi
(rumah turbin). Di rumah instalasi air tersebut akan
menumbuk turbin dimana turbin sendiri, dipastikan
akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya
menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros
turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian
ditransmisikan ke generator dengan mengunakan
kopling. Dari generator akan dihaslikan energi listrik
yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik
sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan
lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses
Mikrohidro merubah energi aliran dan ketinggian air
menjadt energi listrik [6].
Terdapat sebuah peningkatan kebutuhan
suplai daya ke daerah-daerah pedesaan di sejumlah
negara, sebagian untuk mendukung industri-industri,
dan sebagian untuk menyediakan penerangan di
malam hari. Kemampuan pemerintah yang terhalang
PENDAHULUAN
Energi air merupakan salah satu sumber
energi terbarukan yang sudah dikembangkan menjadi
energi listrik. Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMh) cocok diterapkan di daerah
terpencil karena selain ekonomis, teknologi PLTMh
juga ramah lingkungan bila dibandingkan dengan
pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD). Untuk
pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMh)
dengan skala kecil, penggunaan generator induksi
sangat
tepat karena harga
unitnya murah,
konstuksinya kuat dan sederhana, mudah dalam
pengoperasiannya
dan
memerlukan sedikit
perawatan.
Di sisi lain penggunaan generator induksi
sebagai pembangkit listrik dapat mengakibatkan
resiko
terhadap kestabilan sistem pembangkit,
khususnya kestabilan tegangan dan frekwensi. Hal
ini sesuai dengan karakteristik dari generator
induksi dimana apabila terjadi perubahan beban dan
putaran maka akan diikuti oleh perubahan tegangan
dan frekwensi,
sehingga
sistem pembangkit
dikatakan tidak stabil.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh)
Mikrohidro adalah istilah yang digunakan
untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan
energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan
sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik
adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian
84
Pengoperasian Motor Induksi Sebagai Generator untuk Pembangkit……………………………….…….…..Mahalla
oleh biaya yang tinggi dari perluasan jaringan listrik,
sering membuat Mikro Hidro memberikan sebuah
alternatif ekonomi ke dalam jaringan. Ini karena
Skema Mikro Hidro yang mandiri menghemat biaya
dari jaringan transmisi, dan karena skema perluasan
jaringan sering memerlukan biaya peralatan dan
pegawai yang mahal. Dalam kontrak, Skema
Mikrohidro dapat didisain dan dibangun oleh pegawai
lokal dan organisasi yang lebih kecil dengan
mengikuti peraturan yang lebih longgar dan
menggunakan teknologi lokal seperti untuk pekerjaan
irigasi tradisional atau mesin-mesin buatan lokal.
Pendekatan ini dikenal sebagai Pendekatan Lokal.
Gambar 1, menunjukkan betapa ada perbedaan yang
berarti antara biaya pembuatan dengan listrik yang
dihasilkan.
mengharuskan pada kecepatan sinkronnya. Dengan
demikian, jika daya yang dibangkitkan tidak
mensyaratkan frekwensi dan tegangan tetap maka
generator dapat dioperasikan stand alone, atau
terisolasi.
Pada saat generator induksi dioperasikan,
diperlukan daya mekanis untuk memutar rotornya
searah dengan arah medan putar melebihi kecepatan
sinkronnya dan sumber daya reaktif untuk memenuhi
kebutuhan arus eksitasinya. Kebutuhan daya reaktif
dapat diperoleh dari jala-jala atau dari suatu
kapasitor. Tanpa adanya daya reaktif, generator
induksi tidak menghasilkan tegangan. Jika generator
induksi terhubung dengan jala – jala, maka kebutuhan
daya reaktif diambil dari jala–jala. Namun, bila
generator induksi tidak tehubung dengan jala–jala,
atau berdiri sendiri maka kebutuhan daya reaktif
dapat disediakan dari suatu unit kapasitor. Kapasitor
tersebut dihubungkan paralel dengan terminal
keluaran generator. Kapasitor yang terpasang harus
mampu memberikan daya reaktif yang dibutuhkan
untuk menghasilkan fluksi di celah udara,sehingga
distator akan terbangkit tegangan induksi sebesar E1.
Tegangan E1 ini akan mengakibatkan arus mengalir
ke kapasitor sebesar I1. Dengan adanya arus sebesar
I1 akan menambah jumlah fluksi dicelah
udara,sehingga tegangan distator menjadi E2.
Tegangan E2 akan mengakibatkan mengalir arus
kekapasitor sebesar I2 yang menyebabkan fluksi
bertambah dan tegangan yang dibangkitkan juga akan
meningkat. Proses ini terjadi sampai mencapai titik
keseimbangan E=Vc, seperti pada gambar dibawah
ini [2].
Gambar 1 Skala Ekonomi dari Mikro-Hidro[6]
IMAG (Induction Motor as Asynchrounous
Generator)
IMAG adalah motor induksi yang bekerja
sebagai generator asinkron. Untuk menghasilkan
energi listrik dapat digunakan berbagai cara, salah
satu cara yang paling umum digunakan adalah
mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Energi mekanik dari penggerak mula digunakan
untuk memutar generator. Generator inilah yang
selanjutnya mengubah energi mekanik menjadi energi
listrik. Pada umumnya generator yang dipakai adalah
jenis generator sinkron. Karena generator tersebut
lebih stabil saat terjadinya perubahan beban. Namun
pada pembangkit terbarukan dengan kapasitas yang
kecil kebanyakan menggunakan IMAG atau
generator induksi. Alasan
mengapa digunakan
generator induksi adalah karena generator induksi ini
memiliki keunggulan dari segi harga dan
perawatannya selain itu kontruksinya yang sederhana
rotor tanpa sikat (rotor sangkar), tidak memakai
penguatan dc [3], [4].
Generator induksi atau generator asinkron
sering digunakan untuk
mencukupi suplai daya
tambahan untuk beban di daerah terpencil dimana
layanan saluran transmisinya terbatas. Dengan segala
keunggulan yang disebutkan diatas adalah pilihan
yang tepat untuk menggunakan generator asinkron.
Penggunaan generator induksi pada system PLTMh
dimana kincir air yang memutar generator tidak
Gambar 0 Proses pembangkitan Tegangan[2]
Kapasitas kapasitor yang dipasang sangat
menentukan terbangkitnya tegangan atau tidak. Untuk
terbangkitnya tegangan generator induksi kapasitas
kapasitor yang dipasang harus lebih besar dari
kapasitas kapasitor minimum yang diperlukan untuk
proses eksitasi. Jika kapasitas kapasitor yang
dipasang lebih kecil dari kapasitas kapasitor
minimum
yang diperlukan, maka tegangan
pembangkitan tidak akan berhasil. Besarnya nilai
kapasitor dapat dihitung dengan persamaan 1
dibawah ini [1],[5]:
85
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 10 Nomor 2, September 2013: hal. 84-88
C = Q / 2πf.

Sedikit perawatan (tidak(2.1)
perlu kontak geser
listrik)
 Memiliki proteksi (jika terdapat korsleting tau
kelebihan beban, secara otomatis menghentikan
eksitasi)
 Penggunaannya mudah
Kerugian:
 Memerlukan energi magnetis luar, memerlukan
peralatan tambahan untuk bekerja di listrik
pedesaan.
 Kurang efisien, di bawah daya nominal
 Massa putaran yang rendah-inersia kurang, lebih
berisiko untuk melebihi kecepatan normal
 Sifat pembangkit yang sensitif pada beban
(diperlukan pengontrol elektronik tambahan jika
beban tidak konstan).
(2.2)
 Kehilangan magnetisme residual saat mengalami
hubung singkat atau kelebihan beban ( tidak
dapat menyala dengan sendirinya).
………………………………….(1)
dengan:
V= tegangan, (volt),
f = frekuensi, (Hz)
Q= daya reaktif yang dikompensasi
Karena generator induksi dapat melakukan
eksitasi sendiri maka generator tersebut dinamakan
generator induksi penguatan sendiri. Mesin induksi
yang beroperasi sebagai generator ini bekerja dengan
slip yang lebih kecil dari nol (s<0), atau negatif.
Kalau slip positif maka akan bekerja sebagai motor,
sedangkan kondisi pengereman slip sama dengan 1.
Besarnya slip dinyatakan dengan persamaan 2
dibawah ini:
s 
ns  nr
………………………………(2)
ns
dengan:
s : Slip
nS : kecepatan medan putar, rpm
nR : kecepatan putar rotor, rpm
ns 
III. METODE PENELITIAN
120 f
p
Objek penelitian ini adalah
sistem
(2.3)
Pembangkit listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh).
Penelitian yang dilakukan pada PLTMh ini mencakup
tentang kinerja sistem PLTMh, dalam hal ini adalah
kinerja dari IMAG atau generator induksi yang
merupakan generator yang digunakan sebagai
PLTMh. Penelitian ini untuk mengetahui kinerja
generator induksi yang digunakan pada PLTMh yang
menyangkut dengan stabilitas tegangan
dan
frekwensi pada saat ini.
dengan:
f : frekuensi sumber daya, Hz
p : jumlah kutub.
Kurva karakteristik mesin induksi adalah seperti
gambau dibawah ini:
Data Penelitian
1.
Data Generator Induksi (IMAG)
Generator yang digunakan pada PLTMh adalah
jenis generator Induksi/asinkron yang terdiri dari
2 (unit) dengan spesifikasi masing-masing unit
adalah seperti pada tabel 1 dibawah ini:
Tabel 1. Spesifikasi Generator Induksi
Gambar 3 Kurva karakteristik mesin iduksi [1]
No
Uraian
Data
Perbandingan keuntungan dan kerugian dari
generator asinkron dapat dipergunakan sebagai bahan
pertimbangan dalam pemilihan jenis generator yang
digunakan pada suatu PLTMH, keuntungan dan
kerugian dari generator asinkron adalah [6]:
Keuntungan:
 Mudah dipasang di semua jenis pembangkit
listrik
 Biayanya rendah (dibandingkan generator
sinkron lainnya dengan nilai pembangkit listrik
yang sama)
 Rangkaiannya sederhana dan kuat
 Tidak memerlukan eksitasi DC
 Tidak memerlukan sinkronisasi saat dipasang ke
jaringan
1
2
3
4
200
1425
50
30
5
Massa
Putaran
Frekuensi
Daya
Maksi
mum
Tegangan
6
Arus
7
8
Kutub
Daya Input
Maksimum
86
Satuan Keteranga
n
Kg
Rpm
Hz
Kilo
Wat
t
Volt
Delta;
Star
220;
38
0
99; 57,3
Ampere
4
40
Buah
HP
Delta;
Star
-
Pengoperasian Motor Induksi Sebagai Generator untuk Pembangkit……………………………….…….…..Mahalla
2.
Data Beban
Data beban diperoleh dengan melakukan
pengamatan peralatan yang
terhubung ke
PLTMh beserta operasi hariannya.
Tabel 3 Data tegangan dan frekuensi pada hari Kamis
Waktu
(Jam)
06.00
07.00
08.00
09.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
00.00
01.00
02.00
03.00
04.00
05.00
Tabel 2. Beban Listrik PLTMh CokroTulung
No
Jenis Beban
Spesifikasi
Jumlah
1
Pompa
untuk
mengisi kolam
1.5 Kw, 3.7 A,
380 V
8
2
24 watt
3
4
Lampu
hemat
energy
Kulkas
Sound System
350 watt
250 watt
4
1
5
Rumah Penduduk
900 watt
4
6
Lampu Mushalla
18 watt
3
7
Pompa
mainan
waterboom
 Pompa 1
5.5 Hp, 15 A,
220/380 V, pf:
0.82.
0.75 Kw, 50 hz,
3.44/1.9
A,
220/380 V
3.5/2.0
A,
220/380
V
(delta/bintang).
4
 Pompa 2
 Pompa 3
2
2.
6
Alat Penelitian
Tegangan
(V)
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
220
220
220
190
190
190
190
220
220
220
220
220
Frekuensi
(Hz)
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
51
51
51
46
46
46
46
51
51
51
51
51
Data Frekuensi Hari Minggu
Data tegangan dan frekuensi yang diukur pada
hari Minggu tanggal 8 April 2012 dapat dilihat
pada tabel 4 dibawah ini.
Tabel 0 Tegangan dan frekuensi pada hari Minggu
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
1. Meteran manual.
2. Volt meter, ampere meter dan power meter.
3. Perangkat keras komputer (Laptop) dengan
spesifikasi:
a. Processor Intel core 2 Duo, memory 1.92 GB
b. Sistem operasi windows vista.
4. Microsft office excel 2007
5. Printer Cannon Pixma MP 258.
Waktu
(Jam)
06.00
07.00
08.00
09.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
00.00
01.00
02.00
03.00
04.00
05.00
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah dilaksanakan pengamatan dan
analisis terhadap data harian, maka selanjutnya perlu
digunakan tabel untuk melakukan perbandingan data
supaya dapat dianalisis stabilitas tegangan dan
frekuensi yang dibangkitkan oleh IMAG pada
PLTMh.
1. Data Frekuensi Hari Kamis
Data tegangan dan frekuensi yang diukur pada
hari kamis tanggal 15 Maret 2012 dapat dilihat
pada tabel 3 dibawah ini.
Berdasarkan data pengamatan hari Kamis tampak
penurunan tegangan pada pukul 21.00 hingga
00.00 WIB, hal ini menunjukkan bahwa belum
diterapkan sistem stabilisasi beban yang baik
pada PLTMh Cokro Tulung
87
Tegangan
(V)
230
230
230
230
230
220
190
190
190
220
220
220
220
220
220
200
200
220
220
190
220
220
220
220
Frekuensi
(Hz)
52
52
52
52
52
51
46
46
46
52
52
52
52
52
51
46
46
46
46
46
51
51
51
51
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 10 Nomor 2, September 2013: hal. 84-88
Berdasarkan data pengamatan hari Minggu
tampak penurunan tegangan pada pukul 12-14 WIB
pukul dan 21.00 hingga 01.00 WIB, hal ini
menunjukkan bahwa belum diterapkan sistem
stabilisasi beban yang baik pada PLTMh Cokro
Tulung terutama pada waktu-waktu beban puncak.
Dari data pengukuran tersebut ternyata perubahan
tegangan, khususnya penurunan (voltage drop)
melebihi persyaratan dar PUIL 2000 , yaitu berkisar
antara (+5%,-10%). Kondisi yang lebih fatal terjadi
pada ketidak stabilan frekuensi yang jauh melampaui
standard yang diberikan oleh PUIL 2000,yaitu ± 1 %
(49,5 – 50,5)
[5] Ngoma Cand, J.P, dkk. 2008. Compensation of
reactive power of asynchronous generators at
small hydro power, Energetics and electrical
engineering, Наукові праці ВНТУ, 2008, № 2.
[6] Wasimudin Surya S. Analisa Karakteristik
Motor Induksi Sebagai Generator (MISG)
Pada pembangkit listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh), Jurusan Pendidikan Teknik Elektro
UPI-Bandung.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,
maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Dengan menambah tinggi jatuh air dari 1,21
meter menjadi 2,21 meter, dapat meningkatkan
daya potensial dari 26,378 kW menjadi 48,178
kW, dan daya terbangkit dari 12,5 kW menjadi
22,82 kW.
2. Berdasarkan analisis beban harian, total arus
beban utama (main load) ditambah dengan arus
beban semu (ballast load) tidak selalu sama pada
setiap waktu, hal ini berarti bahwa beban total
yang dipikul oleh IMAG juga tidak selalu sama.
3. Perubahan
beban
utama
mempengaruhi
tegangan dan frekuensi output dari IMAG, hal ini
disebabkan karena pengontrol beban yang ada
sekarang tidak bisa bekerja dengan baik dalam
mengatur beban.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Bhim Singh and V. Rajagopal, Electronic Load
Controller For Islanded
Asynchronous
Generator In Picohydro power Generation,
Indian Institute of Technology Delhi.
[2] Bansal,R.C 2005. Three-Phase Self-Excited
Induction Generators: An Overview, IEEE
Transactions On Energy Conversion, VOL. 20,
NO. 2.
[3] Fathy M.M.Bassiouny. Performance Analysis of
Self Excited Induction Genarators, Department
of Electronic Technology College of Technology
at Dammam, K.S.A.
[3] Isnaeni, M. BS. 2005/ Motor Induksi Sebagai
Generator (MISG), Seminar Nasional Teknik
Ketenaga Listrikan, Teknik Elektro, Fakultas
Teknik – Universitas Diponegoro.
[4] Karim H. Youssef, dkk, 2008. A New Method
for Voltage and Frequency Control of StandAlone Self-Excited Induction Generator Using
PWM Converter with Variable DC link
Voltage, American Control Conferenc
88