ALAT UJI SINKRONISASI PARAREL GENERATOR AC

ALAT UJI SINKRONISASI PARAREL GENERATOR
Oleh : Bambang Dwinanto, ST.,MT
Veny Angreani Matippanna
ABSTRAKSI
Kata Kunci : Sumber Pembangkit Utama, Generator Pembantu, Indikator.
Sumber pembangkit utama merupakan sumber energi utama yang di
konsumsi oleh beban, yang diperoleh dari system jaringan penyedia utama (PLN)
dengan tegangan 220/380V. Tegangan ini yang akan dipararelkan dengan
tegangan generator pembantu untuk tujuan pelayanan beban. Generator pembantu
dalam hal ini berperan penting dalam menyuplay tegangan kesumber energy
utama karena beban yang besar. Sumber pembangkit utama dan Generator
pembantu ini akan dipararelkan satu sama lain, sehingga terjadinya tegangan yang
sinkron antara kedua parameter tersebut. Apabila terjadi perbedaan fasa antara
sumber utama dan generator pembantu maka indikator yang terdiri dari beberapa
lampu led ini akan menyala bergantian atau bersamaan. Dan lampu akan redup
atau padam apabila tegangan sumber utama dan generator pembantu sudah sama
atau biasa juga disebut dengan sefasa.
1
1. Pendahuluan
Dewasa ini, permintaan beban yang selalu meningkat tidak di ikuti oleh
penambahan kapasitas pembangkit listrik.
Selain bermunculan ide-ide untuk
pengembangan energi terbarukan, permasalahan yang sering dihadapi adalah
bagaimana menyelaraskan dua buah pembangkit atau lebih dalam melayani
kebutuhan beban. Metode untuk penyelarasan kinerja generator tersebut masih
menggunakan cara sederhana, dan umumnya menggunakan lampu sebagai
indikator keselarasan. Dengan kesederhanaanya itu sehingga masih banyak hal
yang belum diketahui seberapa banyak pembagian daya aktif dan reaktif yang
harus dipikul oleh masing masing generator dalam memberikan pelayanan ke
beban. Oleh karena itu, kami berkeinginan untuk membuat suatu metode dalam
penyelarasan kinerja paralel generator yang mampu membagi peran untuk
distribusi daya aktif dan reaktif, dengan mengatur frekuensi dan sudut fasa pada
penggerak mula bagi masing masing generator. Pada umumnya generator yang
dipakai adalah jenis generator sinkron. Karena generator tersebut lebih stabil saat
terjadi perubahan beban. Namun jenis generator ini disamping karakteristiknya
lebih sulit, juga relatif lebih mahal harganya dibandingkan dengan mesin asinkron
sehingga pada kasus ini sebagai bahan studi dipakai generator induksi atau mesin
asinkron. Alasan mengapa digunakan generator induksi untuk dianalisa karena
generator induksi ini memiliki keunggulan dari segi harga dan perawatannya.
Selain itu kontruksinya yang sederhana rotor tanpa sikat (pada rotor sangkar),
tidak memerlukan penguatan dc. Meskipun demikian, jenis generator ini memiliki
beberapa kelemahan antara lain dalam hal efisiensi dan regulasi tegangan terhadap
perubahan beban. Untuk mendukung kinerja mesin induksi ini sebagai generator
perlu beberapa perangkat pendukung , alat uji dan pengontrolan yang tepat agar
tegangan yang dihasilkan tetap konstan meskipun terjadi perubahan beban. Dari
alasan alasan diatas penulis berkeinginan untuk membangun suatu alat uji yang
digunakan untuk menyelaraskan kinerja paralel 2 buah generator yaitu sumber
listrik utama dari generator (PLN) dan mesin induksi sebagai generator pembantu.
2
2. Metodologi Penelitian
Metode dari penulisan tugas akhir yang dipergunakan oleh penulis dari
pembuatan sampai dengan penyelesaian tugas akhir ini berdasarkan kepada dua
faktor yaitu :
a. Studi Pustaka
Metode penulisan yang digunakan didalam penulisan tugas akhir ini
adalah menggunakan daftar pustaka yang sesuai dengan nama dan
karakteristik alat yang digunakan. Dalam hal ini, penulis dapat
menganalisa dan mengambil data dari buku-buku atau literatur.
b. Perancangan dan Analisa Alat
Penulis akan menguraikan metode penulisan yang digunakan berdasarkan
uraian pelaksanaannya, yaitu sebagai berikut :
 Melakukan analisa pendahuluan terhadap masalah yang dihadapi.
 Melakukan perancangan alat dengan menggunakan bantuan alat
Generator Pembantu dan Pembangkit Utama.
 Melakukan
kegiatan-kegiatan
atau
percobaan
yang
dapat
menunjang perencanaan.
3. Pembahasan
3.1
Blok diagram
Dalam perancangan sinkronisasi generator ini terdiri dari beberapa
buah blok rangkaian yang memiliki fungsi dan cara kerjanya masingmasing. Setiap blok rangkaian memiliki fungsi yang berbeda namun saling
berinteraksi untuk dapat bekerja dengan baik. Penggabungan antar blok
tersebut akan ditunjukkan pada Gambar 3.1
3
Gambar 3.1 Blok diagram
a. Sumber Pembangkit Utama
Pada bagian ini merupakan sumber energy utama yang di konsumsi oleh
beban, sumber ini diperoleh dari system jaringan penyedia utama (PLN) yang
memiliki tegangan system jaringan 4 kawat 220/380V 50 Hz. Tegangan ini akan
diparalelkan dengan tegangan generator pembantu untuk tujuan pelayanan beban.
b. Trafo Penurun Tegangan
Subsistem penurun tegangan diperlukan untuk menurunkan tegangan dari
sumber penyedia utama dimana tegangan ini yang dibutuhkan pada alat uji yang
memerlukan tegangan rendah. Trafo penurun pada rancangan ini menggunakan 3
buah trafo untuk menurunkan tegangan masing masing fasa. Besarnya tegangan
rendah yang diperlukan sebesar 12 V. Pada bagian generator pembantu juga di
lengkapi trafo penurun tegangan , yang diperlukan untuk menurunkan tegangan
dari generator pembantu dari 220 menjadi 12 Volt. Sehingga tegangan antara
4
generator utama dan generator pembantu nilainya sama. Oleh karena itu pada
pada penelitian ini membutuhkan 6 buah trafo penurun tegangan.
c. Alat Uji
Pada bagian ini terdiri dari beberapa lampu ini indikator dan untai
pengatur sudut fasa yang terdiri dari komponen R (Resistor) dan C (Kapasitor).
lampu indicator akan menyala bergantian apabila terjadi perbedaan fasa antara
sumber utama dan generator pembantu. Dan lampu indicator akan redup atau
padam apabila tegangan sumber utama dan generator pembantu sudah sama.
Melalui pengaturan trial dan error nilai-nilai R dan C sudut fasa antara sumber
utama dan generator pembangkit dapat disinkronkan.
d. Generator pembantu
Generator pembantu dalam penelitian ini menggunakan generator induksi
jenis sangkar tupai. Memiliki spesifikasi tegangan 220/380 V Y/∆ 50 Hz 1440
rpm. Sebagai simulator untuk menggerakan rotor dibutuhkan penggerak mula
berupa motor induksi dimana suplai tegangan dan pengaturan kecepatan motor
induksi diperoleh dari motor drive pwm inverter. Seperti tampak pada gambar
dibawah.
MOTOR DRIVE
PMW
INVERTER
MOTOR
INDUKSI
GENERATOR
PEMBANTU
ALAT UJI
Gambar 3.2. Modul Penggerak Mula Generator Induksi
5
Gambar 3.3 Blok Implementasi
Trafo dengan Vrms sisi primer dan trafo Vrms sisi sekunder. Trafo Vrms
pada sisi primer memiliki tegangan sebesar 220 V karena setiap sisi primer
terhubung dengan ground dan salah satu fasenya, sedangkan trafo dengan Vrms
sisi sekunder memiliki tegangan sebesar 12 V. Sama halnya dengan sumber tiga
fase Pembangkit Utama sumber tiga fase generator juga sebagai sumber tegangan
pada generator hanya di bedakan dari fungsinya saja. Sumber tiga fasa generator
berfungsi sebagai inputan pembanding yang akan membandingkan antara
tegangan Pembangkit Utama dan Generator. Trafo penurun tegangan yang
terdapat pada sumber tiga fase generator berfungsi sebagai penurun tegangan
untuk sumber dari generator.
6
Gambar 3.5 Tegangan Sinusoidal antara Pembangkit Utama dan Generator
Gambar 3.5 menjelaskan bahwa a - b = Vp dan a – c = Vpp, dengan
mengetahui Vp = ½ Vpp. Untuk mengetahui tegangan yang diterima oleh
rangkaian indikator, Vp dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Vrms = 12 V
Vp = ½ Vpp
=
x Vrms
= 0,707 x 12
= 16,79
Gambar 3.6 Tegangan sinusoidal Vp
7
Kemudian untuk indikator penulis menggunakan lampu led. Lampu led
mempunyai tegangan sebesar 2,8 V dan arus max. 20 mA. Penggunaan led
sebagai indikator untuk mengetahui persamaan dari frekuensi, tegangan, dan fasa.
Gambar 3.7 Rangkaian indikator Led
Pada indikator led ada yang disebut dengan pengaturan resistor,
pengaturan ini berfungsi agar led pada alat tidak jebol. Rmin dapat dicari dengan
menggunakan rumus sebagai berikut :
Rmin = -33.94 + Vr – Vled = 0
= -33,94 + 20x10-3 x R + 2,8 = 0
= 31,14 + 20x10-3 x R = 0
31,14
20.10 3
R = 1557 Ω
R
Gambar 3.8 Rangkaian Ekivalen
8
Jadi sesuai perhitungan, besar tahanan resistor yang harus dipasang harus lebih
besar dari 1557 Ω dan tidak boleh melebihi 2,8 V.
START
Tidak
FASA SAMA?
Ya
TEGANGAN
SAMA?
Tidak
Ya
FREKUENSI
SAMA?
Tidak
Ya
LAMPU LED
MATI
LAMPU LED
MATI
END
Gambar 3.9. Flowchart Diagram Alur Kinerja Alat Uji
Gambar 3.9 menjelaskan alur untuk kinerja alat, start untuk memulai
jalannya alat kemudian adanya pertanyaan apakah fasa, tegangan dan frekuensi
dari alat sama. Artinya apabila tegangan dan frekuensi antara pembangkit utama
dan generator pembantu sefasa maka lampu led pada alat akan redup atau mati.
Kemudian jika fasa, tegangan dan frekuensi tidak sama yang berarti adanya
perbedaan fasa antara pembangkit utama dan frekuensi maka akan ditandai
dengan lampu led akan menyala secara bergantian.
9
4.
Pengujian Alat
4.1
Titik uji
Pengujian alat untuk Alat Uji Sinkronisasi Pararel Generator akan
dilakukan pada beberapa titik pada rangkaian.
Gambar 4.1 Rangkaian alat
Pengujian dilakukan saat frekuensi generator menyerupai frekuensi PLN,
yaitu 50 Hz.
Tabel 4.1 Hasil pengukuran Trafo
Nama
Tegangan
Teori
RG - RP
12V - 12V
SG - SP
12V - 12V
TG - TP
12V - 12V
Tegangan
Hasil
Pengukuran
12,1 - 11,9
11,25 - 12,1
11, 75 - 12,2
Kondisi Led
Redup
Redup
Redup
10
Gambar 4.2 Tegangan sinusoidal RG – RP tidak sinkron
Gambar 4.2 menunjukkan bahwa fasa antara pembangkit utama dan
generator pembantu tidak sinkron. Dikarenakan adanya perbedaan antara frekunsi
dan tegangan pada pembangkit utama dan generator pembantu sehingga adanya
pergeseran fasa, dengan kondisi led menyala. Sedangkan Gambar 4.3
menunjukkan bahwa fasa antara generator dan pembangkit utama mengalami
sinkronisasi dimana fasa, tegangan dan frekuensinya sama, dengan indikator led
mati.
11
Gambar 4.3 Tegangan sinusoidal yang sinkron
Gambar 4.4 Tegangan sinusoidal SG –SP dan Tegangan sinusoidal TG – TP
Apabila kondisi ideal pada saat frekuensi dan tegangan sama, seharusnya
led dalam kondisi mati atau redup. Hal ini disebabkan banyaknya karakter yang
digunakan seperti perbedaan tegangan sisi sekunder trafo dan ketidak stabilan
frekuensi dan tegangan pada generator.
12
4.2
Mekanisme Alat Uji Sinkronisasi Generator
Sebelum dilakukan sinkronisasi generator antara sumber pembangkit
utama (PLN) dengan generator induksi pada sistem jaringan , beberapa hal yang
penulis lakukan memastikan :
a. Pemutus tenaga generator dalam keadan terbuka.
b. Pemutus tenaga sistem dalam keadan terbuka.
c. Putaran generator pada putaran nominal name plate (1440 rpm).
d. Sistem jaringan telah bertegangan
4.3
Prosedur sinkron pada generator secara manual adalah sebagi
berikut :
Pengaturan sinkronisasi dilakukan dengan menguji beberapa parameter
antara lain , tegangan, frekuensi, dan perbedaan sudut fasa.
●
PengujianTegangan
Antara tegangan generator pembantu dengan tegangan sistem jaringan
(PLN) harus sama besarnya ( nilainya ). Untuk menyamakan, maka tegangan
generator pembantu harus diatur, yaitu dengan mengatur kecepatan penggerak
mula menggunakan inverter sampai di peroleh tegangan yang sama dengan
tegangan jaringan utama.
Apabila tegangan generator pembantu lebih tinggi dari tegangan sistem,
maka mesin generator pembantu akan mengalami sentakan beban VAR lagging
(induktif ) ini berarti
generator pembantu mengirim daya reaktif ke sistem
jaringan pembangkit utama. Sebaliknya bila tegangan generator lebih rendah dari
pada tegangan sistem, mesin akan mengalami sentakan beban VAR Leading (
kapasitif ), artinya generator pembantu menyerap daya reaktif dari sistem.
●
Pengujian Frekuensi
Frekuensi generator pembantu dan frekuensi sistem harus sama ( match ).
Untuk menyamakan, maka putaran generator harus diatur melalui inverter, yaitu
dengan cara men-set frekuensi tegangan inverter sebesar 50 Hz. Jika frekuensi
13
generator pembantu
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.
●
Perbedaan Fasa
Setelah diperoleh tegangan dan frekuensi yang sama maka sudut fasa
antara generator pembantu dan sistem harus sama pula. Untuk menyamakannya
fasa generator pada penelitian ini dilakukan trial and error dengan memasang R
dan C pada terminal keluaran generator pembantu , dengan tujuan agar tegangan
keluaran generator pembantu berimpit atau sefasa dengan tegangan sistem.
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.
5.
Kesimpulan.
Alat ini dapat mengidentifikasikan perbedaan frekuensi dan tegangan pada
dua sumber yang berbeda, seperti Pembangkit utama tiga fasa dan Generator tiga
fasa. Alat uji sinkronisasi pararel generator dapat mengindentifikasikan perbedaan
frekuensi dan tegangan mencapai titik puncak hingga 180o dengan beda tegangan
hingga 33,94 V, untuk tegangan puncak (Vp) dari Pembangkit Utama dan
Generator masing-masing -16,97 V dan 16,97 V. Alat ini dinyatakan berhasil
bekerja apabila adanya pembuktian dari gelombang pada oscilloscope dengan
munculnya gambar dengan satu gelombang yang sebenarnya dalam satu
gelombang itu ada tiga gelombang lain yang tergabung didalamnya. Yang mana
bentuk gelombang itu merupakan bentuk gelombang sefasa, bentuk gelombang
yang tegangan dan frekuensinya sama antara pembangkit Utama dan Generator.
Tidak hanya satu gelombang yang akan muncul melainkan ada juga bentuk
gelombang yang berpisah yang artinya berselang seling satu dengan yang lain,
14
gelombang tersebut dinamakan dengan bentuk gelombang tidak sefasa. Bentuk
gelombang yang tegangan dan frekuensinya memiliki perbedaan fasa. Apabila alat
uji sinkronisasi pararel generator berhasil maka akan ditandai dengan indikator
redup atau mati jika tidak sefasa maka indikator akan redup atau menyala.
6.
Saran
Untuk pemilihan trafo, sebaiknya memiliki akurasi sisi sekunder yang
tinggi. Agar indikator dapat mendeteksi perbedaan parameter frekuensi dan
tegangan yang tipis.
7.
Daftar Pustaka
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Drs.Sumanto, MA, Teori Transformator, Andi Yogyakarta, 1996.
Eugene C. Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Erlangga, 1993.
Indra Sasmita., Mesin Listrik II, 2012
Zuriman Anthony, Generator Sinkron Tiga Fasa, 2009
Metode Paralel Sinkronisasi Generator Pararel Generator, URL :
http://eprints.undip.ac.id/2327/1/Paralel_Generator.pdf, 2013
15