PROPOSAL KERJA PRAKTI K ANALISIS SISTEM EKSITASI PADA GENERATOR SINKRON TIGA FASA 67 MVA DI PT INDONESIA POWER PLTA PANGLIMA BESAR SOEDIRMAN UNIT BISNIS PEMBANGKITAN MRICA BANJARNEGARA OLEH : FELIKS A. TIANTORO I1A006023 DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO PURWOKERTO 2009
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PROPOSAL KERJA PRAKTIK
ANALISIS SISTEM EKSITASI PADA GENERATOR SINKRON TIGA FASA
67 MVA DI PT INDONESIA POWER PLTA PANGLIMA BESAR
SOEDIRMAN UNIT BISNIS PEMBANGKITAN MRICA
BANJARNEGARA
OLEH :
FELIKS A. TIANTORO
I1A006023
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
PURWOKERTO
2009
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Proses pembangkitan tenaga listrik yang banyak dilakukan adalah dengan
cara memutar generator sinkron sehingga menghasilkan tenaga listrik dengan arus
bolak-balik tiga fasa. Tenaga mekanik yang dipakai untuk memutar generator listrik
berasal dari mesin penggerak generator listrik atau biasa disebut turbin. Mesin
penggerak generator listrik ini melakukan konversi tenaga primer (seperti air, angin,
surya dan sebagainya) menjadi tenaga mekanik yang selanjutnya akan dihasilkan
energi listrik oleh generator listrik.
Generator sinkron adalah salah satu komponen terpenting dalam sebuah
industri pembangkitan listrik. Didalam instalasi generator untuk menghasilkan tenaga
listrik dengan arus bolak-balik, diperlukan sebuah teknologi berupa sistem penguatan
atau yang lebih sering disebut sebagai sistem eksitasi. Sistem eksitasi ini adalah
sebuah teknik penguatan arus medan magnet yang dibangkitkan pada generator
dengan menggunakan prinsip elektromagnetis.
Tujuan dari sistem eksitasi pada generator adalah untuk mengendalikan
output dari generator agar tetap stabil pada beban sistem yang berubah -ubah.
Biasanya sebuah generator sinkron memiliki kumparan jangkar yang terletak pada
stator dengan hubungan bintang. Sedangkan kumparan medan terletak pada rotor
generator. Bila rotor berputar akan menimbulkan perpotongan antara kumparan
medan dengan stator winding sehingga menghasilkan Gaya Gerak Listrik (GGL).
Pada PLTA Panglima Besar Soedirman, generator utamanya menggunakan
sistem eksitasi brush excitation. Dimana dalam menghasilkan arus bolak -balik
digunakan sumber arus searah dan sumber arus bolak-balik yang disearahkan dengan
menggunakan konduktor berupa sikat arang yang akan terhubung melalui slip ring
pada badan rotor generator. Dengan menggunakan sikat arang sebagai konduktor ini,
maka sangat diperlukan pemeliharaan yang rutin agar tidak merusak generator.
Dalam perkembangannya, untuk pembangkitan tenaga listrik y ang
menggunakan turbo generator sistem eksitasinya telah menggunakan sistem brushless
excitation. Adapun penggunaan sistem ini memiliki beberapa keunggulan sehingga
dapat meningkatkan kehandalan sistem kinerja generator. Teknologi menggunakan
sistem eksitasi ini sangat bermanfaat sehingga terus dilakukan penelitian untuk
perkembangannya guna mempermudah proses kinerja generator.
I.2. Ruang Lingkup
Ruang lingkup kerja praktik ini adalah :
1. Secara umum akan membahas mengenai sejarah umum dan si stem
pembangkitan listrik di PT. Indonesia Power PLTA Panglima Besar
Soedirman UBP Mrica, Banjarnegara.
2. Secara khusus yakni :
a. Membahas mengenai prinsip kerja generator sinkron.
b. Membahas mengenai pembangkitan listrik AC mela lui proses medan
elektromagnetis.
c. Membahas mengenai sistem penguatan (eksitasi) pada generat or AC
tiga fasa menggunakan sumber DC atau sumber AC yang
disearahkan.
d. Membahas cara pemeliharaan sistem penguatan (eksitasi) pada
generator sinkron tiga fasa pada PLTA Panglima Besar Soedirman .
I.3. Tujuan
Adapun tujuan kerja praktik yang dilakukan di PT. Indonesia Power, PLTA
Panglima Besar Soedirman UBP Mrica adalah :
1. Menerapkan dan membandingkan antara ilmu yang didapat dari bangku
perkuliahan dengan ilmu yang di terapkan pada praktek nyata di industri.
2. Dapat mengetahui secara langsung bagaimana proses pembangkitan
listrik dengan sumber tenaga air.
3. Dapat mengetahui dan menganalisis cara kerja sistem eksitasi pada
generator sinkron tiga fasa.
I.4. Manfaat
Manfaat yang dapat diambil dari kegiatan kerja praktik yang dilakukan di PT.
Indonesia Power, PLTA Panglima Besar Soedirman UBP Mrica antara lain adalah :
1. Memiliki pengalaman di dunia kerja dan dari hal tersebut dapat menjadi
salah satu referensi bagaimana dunia kerja pada kondisi sebenarnya.
2. Memasyarakatkan diri pada suasana lingkungan kerja yang sebenarnya
dengan menjalin komunikasi timbal balik antara dunia pendidikan
dengan dunia industri.
3. Mendapatkan pengalaman yang dapat meningkatkan rasa percaya diri
yang selanjutnya akan mendorong mahasiswa untuk meningkatkan
keahlian profesionalnya yang lebih tinggi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1.Generator Sinkron
II.1.1. Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan
konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron . Ada dua
struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin
tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC atau disebut kumparan
medan dan sebuah kumparan atau disebut kumparan jangkar tempat dibangkitkannya
GGL arus bolak-balik.
Hampir semua mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar berupa stator
yang diam dan struktur medan magne t berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada
struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melalui cincin geser
(slip ring) dan sikat arang (carbon brush), tetapi ada juga yang tidak mempergunakan
sikat arang yaitu sistem brushless excitation .
a) Bentuk Rotor
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin
dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder seperti
pada gambar 1a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti Hydroelectric
(PLTA) atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol seperti pada
gambar 1b.
Gambar 1a. Gambar 1b.
Bentuk rotor kutub silinder Bentuk rotor Kutub menonjol
b) Bentuk Stator
Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik, yang berbentuk
laminasi agar dimaksudkan untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti
ferromagnetik yang bagus berarti mengandung bahan yang memiliki permeabilitas
dan resistivitas tinggi.
Gambar 2 memperlihatkan alur stator yang terdapat kumparan jangkar.
Kumparan/belitan jangkar pada stator yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga
fasa, ada dua tipe yaitu :
a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Gambar 2. Inti Stator dan Alur pada Stator
a. Bentuk Stator Satu Lapis (Single Layer Winding)
Gambar 3 memperlihatkan belitan satu lapis, karena hanya ada satu sisi
lilitan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa dimulai pada Sa, Sb, dan
Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan
bintang dan segitiga. Antar kumparan fasa dipisahkan sebesar 120 °.
Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor seperti ditunjukkan oleh gambar
4 (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan o leh suplai tiga fasa adalah ABC
disebut urutan fasa positif , dengan demikian tegangan maks imum pertama terjadi
dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C.
Sedangkan kebalikan arah putaran (berlawanan arah jarum jam) dihasilkan
dalam urutan ACB, atau disebut urutan fasa negatif. Jadi GGL yang dibangkitkan
sistem tiga fasa secara simetris adalah :
EA = EA ∟ 0° Volt
EB = EB ∟ - 120° Volt
EC = EC ∟ - 240° Volt
Gambar 3. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa.
Gambar 4. Urutan fasa ABC.
b. Belitan Berlapis Ganda (Double Layer Winding)
Generator praktisnya mempunyai kumparan terdis tribusi dalam beberapa
alur per kutub per fasa. Gambar 5 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan
jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing -masing alur ada dua sisi
lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian d ari lilitan
yang tidak terletak kedalam alur bi asanya disebut winding overhang, sehingga tidak
ada tegangan dalam winding overhang.
Gambar 5. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa.
II.1.2. Gaya Gerak Listrik Kumparan
Gaya gerak listrik pada kumparan jangkar, dihasilkan dengan frekuensi dan
besarnya tegangan bergantung pada masing -masing fasa. Apabila,
Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T
T = Jumlah lilitan per fasa
dφ = φP dan dt = 60/N detik
maka GGL induksi rata-rata per penghantar :
sedangkan jika,
atau,
sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi :
Volt
bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka GGL rata-rata/fasa,
E = 2.f.φ.Z Volt
E = 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T Volt
maka GGL efektif/fasa,
E = 1,11 × 4.f.φ.T = 4,44 × f .φ.T Volt
bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa ,
E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Volt)
II.2.Prinsip Kerja Generator
Prinsip kerja generator sinkron dapat dianalisis melalui pengoperasian
generator dalam kondisi berbeban, tanpa beban, menentukan reaktansi dan resistansi
dengan melakukan percobaan tanpa beban (beban nol), percobaan hubung -singkat
dan percobaan resistansi jangkar.
Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan oleh suatu
generator sinkron adalah berbanding secara langsung. Gambar 6 akan
memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan
dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat da ri dua penghantar secara seri,
yaitu penghantar a dan a’.
Gambar 6. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.
Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “l ilitan terpusat”, dalam generator
sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing -masing fasa yang terdistribusi
pada masing-masing alur stator dan disebut “l ilitan terdistribusi”. Diasumsikan rotor
berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar.
Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per de tik atau 1 Hertz
(Hz).
Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka
untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n
rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila ro tor
mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing
revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator.
Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, dan
diformulasikan dengan :
(Hertz)
Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing -
masing terpisah sebesar 120° listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti
diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 7. Masing-masing
lilitan akan menghasilkan gelombang f luks sinus, dimana satu dengan lainnya
berbeda 120°. Dalam keadaan seimbang besarnya fluks sesaat :
ΦA = Φm. Sin ωt
ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° )
ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )
Gambar 7. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah :
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC,
yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besarnya fluks total adalah: