BATERAI-CHARGER PADA GARDU INDUK 150 KV SRONDOL

BATERAI-CHARGER PADA GARDU INDUK 150 KV SRONDOL
Ibnu Salam1, Susatyo Handoko, ST. MT2
Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Email : [email protected]
1
2
Abstrak
Sistem DC pada suatu Gardu Induk memiliki peranan sangat penting dalam kelancaran operasi Gardu
Induk itu sendiri dalam melayani kebutuhan listrik bagi para konsumen. Sistem DC pada Gardu Induk disuplai oleh
rectifier dan baterai yang mana keduanya dihubungkan paralel dengan beban. dalam keadaan normal Sistem DC
akan disuplai oleh rectifier secara langsung, namun pada saat terjadi gangguan maka baterai akan bekerja secara
otomatis mensuplai beban dengan range waktu tertentu.
Sistem DC pada Gardu Induk berfungsi sebagai sumber DC bagi peralatan yang ada di Gardu Induk.
Perlatan ini sangat penting bagi sebuah Gardu Induk, jika sistem DC tidak berfungsi sebagaimana mestinya maka
dapat membahayakan peralatan itu sendiri.
Pada Laporan kerja praktek ini, penulis bertujuan untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja dari
baterai-charger, bagian-bagian dan fungsinya. Dengan laporan ini diharapkan para pembaca dapat belajar
mengenai sistem DC yang terdapat pada Gardu Induk.
Kata kunci: Sistem DC, Baterai, Rectifier
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Untuk menjaga keandalan dari suatu
Gardu Induk diperlukan peralatan pendukung
yang baik, salah satunya yaitu Sistem DC.
Sistem DC pada suatu Gardu Induk memiliki
peran sangat penting dalam kelancaran
operasi Gardu Induk itu sendiri dalam
melayani kebutuhan listrik bagi para
konsumen. Bagian yang harus ada pada
sistem DC adalah baterai-charger.
II. DASAR TEORI
2.1 Sistem DC
Dalam pengoperasian tenaga listrik
terdapat dua macam sumber tenaga untuk
kontrol di dalam Gardu Induk, ialah sumber
arus searah (DC) dan sumber arus bolak balik
(AC). Sumber tenaga untuk kontrol selalu
harus mempunyai keandalan dan stabilitas
yang tinggi. Karena persyaratan inilah
dipakai baterai sebagai sumber arus searah.
Catu daya sumber DC digunakan
untuk kebutuhan operasi relai proteksi dan
kontrol serta untuk scadatel.
Untuk kebutuhan operasi relai dan
kontrol di PLN terdapat dua sistem catu daya
pasokan arus searah yaitu DC 110V dan DC
220V, sedangkan untuk kebutuhan scadatel
menggunakan sistem Catu Daya DC 48V.
Catu daya DC bersumber dari rectifier
dan baterai terpasang pada instalasi secara
paralel
dengan beban, sehingga dalam
operasionalnya disebut Sistem DC. Diagram
instalasi Sistem DC dapat dilihat pada
gambar berikut.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari Kerja Praktek ini
adalah meliputi beberapa hal diantaranya
a. Mengetahui prinsip kerja dari bateraicharger pada Gardu Induk.
b. Mengetahui bagian-bagian dari bateraicharger beserta fungsinya.
c. Mengetahui konfigurasi baterai-charger
yang ada di Gardu Induk.
1.3 Pembatasan Masalah
Laporan Kerja Praktek ini membahas
mengenai prinsip kerja baterai-charger dan
bagian-bagiannya, serta konfigurasinya yang
berada pada Gardu Induk 150 kV Srondol.
1
REL 20KV
Pusat-pusat pembangkit Tenaga Listrik,
batere ini berfungsi sebagai :
- Sumber tenaga untuk alat kontrol,
pengawasan,
tanda-tanda
isyarat
(signalling and alarm).
- Sumber tenaga motor-motor untuk
PMT, PMS, Tap Charging Trafo tenaga
dan sebagainya.
- Sumber tenaga untuk penerangan
darurat.
- Sumber tenaga untuk rele proteksi.
- Sumber
tenaga
untuk
peralatan
telekomunikasi.
Sumber tenaga untuk alat-alat kontrol,
rele proteksi dan sebagainya selalu harus
mempunyai keandalan yang tinggi. Oleh
karena itu perlu dijaga agar tegangan dari
batere ini tidak banyak berubah dari yang
sudah ditentukan.
TRAFO PS
RECTIFIER
FUSE
BATERE
REL DC
MCB
BEBAN DC
Gambar 1. diagram instalasi sistem DC
2.2 Bagian-Bagian Utama Sistem DC
Bagian-bagian utama peralatan sistem
DC, yaitu :
1. Rectifier / Charger
Rectifier atau Charger adalah suatu
rangkaian alat listrik untuk mengubah
arus listrik bolak- balik (AC) menjadi
arus searah (DC).
2. Baterai
Suatu alat penyimpan energi listrik arus
searah, yang berfungsi sebagai sumber
cadangan ke beban.
3. Konduktor
Berfungsi sebagai penghantar energi
listrik arus searah dari sumber ke beban.
4. Terminal-terminal
Berfungsi sebagai tempat percabangan
dimana energi listrik akan dikirim atau
dibagi ke beban-beban.
2. Bagian-bagian utama baterai
Tiap baterai memiliki bagian sebagai
berikut :
a. Elektroda
Tiap sel baterai terdiri dari 2 (dua)
macam elektroda, yaitu elektroda positif
dan elektroda negatif yang direndam
dalam suatu larutan kimia berfungsi
sebagai pemindah elektron pada saat
berlangsung charge discharge (lihat
gambar 1.9), elektroda positif dan
negatif terdiri dari :
- Grid adalah suatu rangka besi atau
fiber berfungsi sebagai tempat
material aktif.
- Material aktif berfungsi sebagai
material yang bereaksi secara kimia
untuk menghasilkan energi listrik.
III. Baterai-Charger 150 kV Srondol
3.1 Baterai
1. Pengertian
Batere adalah suatu alat yang
menghasilkan energi listrik dengan proses
kimia. Batere dapat berupa susunan
beberapa sel atau hanya satu sel saja. Tiap
sel dari batere terdiri dari elektroda positip
(+), elektroda negatip (-) dan elektrolit.
Jenis elektroda dan elektrolit ini tergantung
dari pabrik yang memproduksi batere
tersebut. Di Gardu-gardu Induk maupun di
b. Elektrolit
Elektrolit adalah cairan atau larutan
senyawa
kimia
yang
berfungsi
menghantarkan arus listrik, karena
larutan tersebut dapat menghasilkan
muatan listrik positif dan negatif. Bagian
yang bermuatan positif disebut ion
positif dan bagian yang bermuatan
negatif disebut ion negatif. Makin
banyak ion – ion yang dihasilkan suatu
elektrolit maka makin besar daya hantar
listriknya.
2
Jenis cairan ektrolit baterai terdiri dari 2
(dua) macam adalah sebagai berikut :
- Larutan asam belerang (H2SO4)
digunakan pada baterai asam.
- Larutan Kalium Hidroxide (KOH)
digunakan pada baterai alkali.
Batere
timah
hitam
bahan
elektrolinya adalah larutan asam
belerang ( H2 SO4 ).
Batere timah hitam ada 2 (dua)
macam :
- Lead – antomony
- Lead – calcium
 Batere alkali (alkaline stroage
battery)
Batere alkali bahan elektrolitnya
adalah larutan alkali (potassium
hydroxide/KoH).
Batere alkali ada 2 macam :
- Nickel – iron – alkaline storage
battery (Ni – Fe battery)
- Nickel – cadmium battery (Ni –
Cd battery)
c. Sel baterai
Sel baterai berfungsi sebagai tempat
untuk menyimpan elektrolit dan
elektroda adapun jenis bahan bejana
(container) yang digunakan terdiri dari 2
(dua) macam :
- Steel container
Sel
baterai
dengan
bejana
(container) terbuat dari steel
ditempatkan dalam rak kayu, hal ini
untuk menghindari terjadi hubung
singkat antar sel baterai atau
hubung tanah antara sel baterai
dengan rak baterai.
- Plastic container
Sel baterai dengan bejana (container)
terbuat dari plastik ditempatkan dalam
rak besi yang diisolasi, hal ini untuk
menghindari terjadi hubung singkat
antar sel baterai atau hubung tanah
antara sel baterai dengan rak baterai
apabila terjadi kerusakan / kebocoran
elektrolit baterai.
b. Menurut kapasitas baterai
Kapasitas suatu battere menyatakan
berapa lama kemampuannya untuk
memberikan aliran listrik, pada tegangan
tertentu yang dinyatakan dalam Amper –
Jam (Ah).
C=Ixt
C = kapasitas batere
I = Arus (ampere)
t = Waktu (jam)
d. Terminal dan penghubung baterai
Terminal dan klem pada sel baterai
berfungsi untuk menghubungkan kutubkutub sel baterai mengunakan nickel
plated steel atau cooper sedangkan
penghubung antar unit atau grup baterai
berbentuk nickel plated atau berupa
kabel yang terisolasi ( Insulated Flexible
cable).
Besarnya kapasitas batere terdiri dari 2
(dua) macam :
 Kapasitas batere dengan harga
rendah/menengah.
Besarnya kapasitas batere sampai
235 Ah, dengan lama pengosongan
selama 8 jam pada suhu 250 C, batere
ini sebagai sumber arus searah (DC)
untuk :
- Alat kontrol, tanda-tanda isyarat
- Motor-motor PMT dan PMS
- Penerangan darurat
- Proteksi
- Telekomunikasi
 Kapasitas batere dengan harga tinggi.
Besarnya kapasitas batere dari 235
Ah sampai dengan 450 Ah, dengan
lama pengosongan selama 8 jam
3. Klasifikasi baterai
Baterai dapat diklasifikasikan kedalam
beberapa jenis, yaitu :
a. Menurut bahan elektrolit
Sesuai dengan bahan elektrolit yang
digunakan, batere terdiri dari 2 (dua)
macam :
 Batere timah hitam (lead-acid
stroage battery)
3
pada suhu 25 0 C, batere ini sebagai
sumber arus (DC) untuk ;
- Menjalankan
mesin
(engine
starting)
- Penerangan darurat
beban dan menjaga baterai agar tetap dalam
kondisi penuh.
1. Bagian-Bagian Charger
Bagian-bagian dari Rectifier atau Charger
adalah
a. Transformator Utama
Transformator utama yang terpasang
pada rectifier biasanya merupakan
transformator step-down berfungsi
sebagai penurun tegangan dari
tegangan AC 220/380 volt menjadi
110 /48 volt contoh transformator
utama sebagai yang diperlihatkan pada
gambar
Besar kapasitasnya harus disesuaikan
dengan kapasitas baterai terpasang dan
beban sumber DC di Gardu Induk
tersebut, paling tidak kapasitas arus
output transformator harus lebih besar
20% dari arus pengisian baterai.
4. Prinsip kerja bateri
(a)
Gambar 2.
(b)
(a) Proses discharging
(b) Proses charging
a) Proses discharge pada sel berlangsung
menurut skema Gambar 2 (a). Bila sel
dihubungkan dengan beban maka,
elektron mengalir dari anoda melalui
beban ke katoda, kemudian ion-ion
negatif mengalir ke anoda dan ion-ion
positif mengalir ke katoda.
b) Pada proses pengisian menurut skema
Gambar 2 (b). Dibawah ini adalah bila
sel dihubungkan dengan power supply
maka elektroda positif menjadi anoda
dan elektroda negatif menjadi katoda
dan proses kimia yang terjadi adalah
sebagai berikut:
- Aliran elektron menjadi terbalik,
mengalir dari anoda melalui
power suplai ke katoda.
- Ion-ion negatif rnengalir dari
katoda ke anoda.
- Ion-ion positif mengalir dari
anoda ke katoda
Jadi reaksi kimia pada saat pengisian
(charging) adalah kebalikan dari saat
pengosongan (discharging).
Gambar 3. Transformator utama
b. Penyearah Thyristor
Untuk bisa mengatur tegangan
keluaran
penyearah
digunakan
penyearah jembatan thyristor 3 fasa,
penyearah ini dari bahan semi
konduktor yang dilengkapi dengan
satu terminal kontrol untuk mengatur
sudut penyalaan thyristor.
3.2 Charger
Rectifier atau Charger adalah suatu
rangkaian alat listrik untuk mengubah arus
listrik bolak- balik (AC) menjadi arus searah
(DC). Umumnya Rectifier yang terpasang di
Gardu berfungsi untuk mengisi muatan
baterai, memasok daya secara kontinu ke
4
R
+
S
T
Beban
-
Rangkaian
kontrol
elektronik
( AVR )
Gambar 6. Modul elektronik AVR
Gambar 4. Rangkaian penyearah thyristor
e. Alarm Unit
Suatu perangkat elektronik yang yang
berfungsi
memberikan
informasi
ketika terjadi kondisi abnormal pada
sistem kerja charger antara lain :
 AC Failure (Sumber AC input
hilang)
 DC Failure (Sumber AC output
hilang)
 High DC Voltage (Tegangan DC
tinggi)
 Earth Fault Positif (Hubung tanah
pada kutub positif pada sumber
DC)
 Earth Fault Negatif (Hubung tanah
pada kutub negatif pada sumber
DC)
c. Filter (Penyaring)
Filter berfungsi sebagai penyaring
tegangan DC yang keluar dari
rangkaian penyearah agar dapat
menghasilkan tegangan searah yang
murni (kandungan harmonisa atau
ripple tegangan keluarannya tidak
melebihi batas tertentu).
Rangkaian filter ini bisa terdiri dari
rangkaian induktif, kapasitif atau
kombinasi dari keduanya.
L
Dioda Dropper
FILTER
C
Baterai
Beban
f. Rangkaian Voltage Dropper
Terdiri dari beberapa dioda yang
terhubung seri yang berfungsi untuk
menurunkan tegangan pada saat
rectifier digunakan untuk tujuan
pemeliharaan pada baterai agar selalu
dalam keadaan penuh (Full Charge).
Ketika beroperasi dengan pengisian
Boost atau Equalizing tegangan output
rectifier disisi baterai maupun beban
akan tinggi sehingga dalam kondisi ini
akan merusak peralatan, oleh karena
itu supaya tegangan di sisi beban tetap
stabil / rendah, maka dipasang penurun
tegangan atau Voltage droper.
Besarnya kapasitas droper akan
tergantung
kebutuhan
besarnya
tegangan yang harus diturunkan pada
saat rectifier bekerja dengan pengisian
Equalizing atau Boost.
Gambar 5. Rangkaian filter (penyaring)
d. AVR (Automatic Voltage Regulator)
Automatic Voltage Regulator yang
terpasang pada rectifier / Charger
merupakan modul elektronik yang
berfungsi untuk memberi trigger
positif pada gate Thyristor sehingga
pengaturan arus maupun tegangan
output rectifier yang mengalir ke
baterai maupun ke beban dapat diset
sesuai kebutuhan.
5
Diode
Diode
Relay 2
Relay 1
High Voltage
Control Card
Load
Output
High Voltage
Control Card
Gambar 7. Diagram voltage droper
g. Unit Pengaturan
Umumnya pengaturan untuk operasi
rectifier agar dapat memenuhi syarat /
standar pengisian baterai sesuai yang
diinginkan maka pengaturan setting
tegangan atau arus dapat diatur pada
modul kontrol unit, hal ini dapat
dilakukan dengan mengatur variabel
resistor pada PCB rangkaian elektronik
AVR dengan cara memutar ke kiri atau
ke kanan.
3.3 Konfigurasi Baterai-Charger di GI
150kV Srondol
1. Rangkaian Kerja / Konfigurasi BateraiCharger
Macam kerja rangkaian batere dengan
penyearah (rectifier), dapat dibagi
dalam beberapa bagian :
 Sistem sederhana (simple system)
Batere selalu dihubungkan dengan
pengisi batere (charger) dalam
pengisian pemeliharaan. Batere
hanya sewaktu-waktu dihubungkan
kebeban , misalnya untuk start
motor listrik (engine starting).
Load
Charger
Main
s
input
Battery
Gambar 9. Rangkaian baterai-charger sederhana

Gambar 8. PCB rangkaian elektronik VR
Sistem cadangan (stand by system)
Sistem Pada operasi kerja normal
beban
langsung
dihubungkan
dengan penyearah (rectifier), dan
batere dihubungkan dengan pengisi
batere (battery charger) dalam
pengisian pemeliharaan, maka bila
sumber AC terganggu, secara
otomatis beban akan terhubung ke
batereini umumnya untuk lampulampu darurat.
Contactor
2. Prinsip Kerja Charger
Prinsip kerja dari Rectifier atau Charger
yaitu sumber tegangan AC yang masuk
melalui terminal input trafo step-down
dari tegangan 380V/220V menjadi
tegangan 110V kemudian oleh diode
penyearah / thyristor arus AC tersebut
diubah menjadi arus DC dengan ripple
atau gelombang DC tertentu.
Untuk
memperbaiki
ripple
atau
gelombang DC yang terjadi, dipasangkan
suatu rangkaian penyaring (filter) yang
dipasang sebelum terminal output.
Load
Rectifier
Mains
input
Charger
Battery
Gambar 10. Rangkaian baterai-charger sistem
cadangan
6

Sistem terapung (floating system)
Pada operasi kerja normal beban
terhubung ke pengisi batere (battery
charger) dan batere, maka bila
sumber arus searah (DC) dari
pengisi batere terganggu, beban
akan langsung disupply dari batere.
Load
Charg
e
r
Mains
input
Battery
Gambar 11. Rangkaian baterai-charger floating
system

Sistem ganda (duplicate system)
Pada sistem ganda ini terdapat 2
(dua) buah pengisi batere (battery
charger) yang dihubungkan dengan
ke 2 (dua) unit batere. Disini beban
batere dapat disupply dengan
menggunakan 2 (dua) unit batere
atau salah satu unit batere.
dari sumber inputan ACnya) maka secara
otomatis beban akan dipikul atau
ditanggung oleh baterai. Tetapi baterai
tidak dapat terus – menerus atau kontinyu
dalam memikul beban karena baterai
mempunyai kapasitas tertentu, sehingga
apabila dibebani terus – menerus maka
baterai akan berkurang atau menurun
kapasitasnya (ah). Hal ini dikarenakan
kapasitas baterai berbanding terbalik
terhadap arus bebannya.
Pada Gardu Induk 150 kV Srondol
untuk baterai SCADATEL 48 V terpasang
2 unit baterai dan 2 unit rectifier atau
charger, sedangkan untuk baterai proteksi
110 V terpasang 1 unit baterai dan 1 unit
charger.
Untuk baterai SCADATEL 48 V
ketika dilakukan pemeliharaan tahunan
dapat dilakukan secara bergantian, tanpa
harus beban kehilangan supply tegangan
karena ada fasilitas untuk pemindahan
beban.
Charger
Batter
y
1
Mains
input
Load
Battery
2
Gambar 13. Diagram Satu Baris Baterai 48 V
UNIT I dan II GI Srondol 150 kV
Charger
Untuk baterai proteksi 110 V ketika
dilakukan pemeliharaan tahunan maka
diperlukan baterai cadangan yang
dipasang paralel dengan baterai existing
atau sebagai pengganti sumber tegangan
pada beban. Dengan kata lain pada saat
baterai existing dari charger dilepas maka
beban langsung dipikul oleh baterai
cadangan.
Gambar 12. Rangkaian baterai-charger sistem
ganda
2. Konfigurasi Baterai-Charger di Gardu
Induk 150kV Srondol
Pada dasarnya semua sistem DC di
Gardu Induk yang berada di bawah
naungan P3B JB menggunakan sistem
floating, dimana baterai dan beban
dirangkai secara paralel. Dalam keadaan
normal beban langsung disuplai dari
rectifier atau charger, sedangkan ketika
rectifier
atau
charger
mengalami
gangguan (baik gangguan dari rectifier
atau charger itu sendiri maupun gangguan
7
4.2 Saran
Setelah melakukan pengamatan dan
studi lapangan di Gardu Induk 150 kV
Srondol, maka penulis memberikan beberapa
saran yang mungkin dapat memberikan
manfaat bagi semua pihak yang membaca
laporan ini, antara lain:
1. Pengambilan data saat kerja praktek perlu
dilakukan untuk lebih memahami Sistem
DC secara kesuluruhan di Gardu Induk.
2. Untuk mengetahui kondisi baterai-charger
perlu diadakan pemeliharaan secara
berkala (baik mingguan, bulanan maupun
tahunan).
3. Bagi mahasiswa, sebelum kerja praktek
dipersiapkan bahan-bahan kuliah dan
pembahasan yang ingin dibuat.
Gambar 14. Diagram baterai 110 V GI 150 kV
Srondol ketika pemeliharaan
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat setelah
melaksanakan kerja praktek di Gardu Induk
150kV Srondol adalah :
1. Baterai-charger merupakan peralatan
tambahan yang tidak kalah pentingnya
untuk suatu sistem pada Gardu Induk.
2. Pada Gardu Induk 150 kV Srondol
memiliki 2 macam baterai, yaitu baterai
110 V sebanyak 1 unit dan 48 V
sebanyak 2 unit. Untuk baterai 110 V
digunakan untuk sumber DC bagi sistem
proteksi, sedangkan baterai 48 V
digunakan untuk sumber DC bagi sistem
SCADATEL Gardu Induk
3. Rectifier atau Charger adalah suatu
rangkaian alat listrik untuk mengubah
arus listrik bolak- balik (AC) menjadi
arus searah (DC). Selain itu juga
berfungsi untuk mengisi muatan baterai,
memasok daya secara kontinu ke beban
dan menjaga baterai agar tetap dalam
kondisi penuh.
4. Ada 4 macam sistem, yaitu sistem
sederhana, sistem cadangan, sistem
floating dan sistem ganda.
5. Sistem baterai-charger pada Gardu
Induk 150 kV Srondol menggunakan
sistem floating. Dimana ketika dalam
keadaan normal, beban dipikul langsung
oleh rectifier atau charger. Sedangkan
ketika terjadi gangguan, baik dari
sumber inputan atau rectifier/charger itu
sendiri, maka beban ditanggung oleh
baterai
DAFTAR PUSTAKA
[1] Buku Petunjuk PT.PLN (PERSERO)
Supplay DC System.
[2] Buku Diklat Pemeliharaan Sistem DC
PT.PLN (PERSERO)
[3] http://www.pln.co.id/, diakses pada 12
Oktober 2013
[4] http://www.google.com
[5] Tobing, Bonggas L. 2003. Peralatan
Tegangan Tinggi, Jakarta : Penerbit PT
Gramedia Pustaka Utama.
BIODATA PENULIS
Ibnu
Salam
lahir
di
Trenggalek, 20 Februari
1992.
Menempuh
pendidikan dasar di SDN 2
Salamrejo. Melanjutkan ke
MTs
Negeri
Model
Trenggalek dan pendidikan
tingkat atas di SMA Negeri
1 Trenggalek dan sekarang
sedang melanjutkan studi S1
di jurusan Teknik Elektro Universitas
Diponegoro Semarang, konsentrasi Ketenagaan
Listrik.
8
Semarang, Februari 2014
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Susatyo Handoko, ST. MT
NIP 197305262000121001
9