Bab Ii Kajian Pustaka.docx

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Generator Sinkron Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (elektrik) dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator). Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Kumparan medan pada generator sinkron terletak pada rotornya sedangkan kumparan jangkarnya terletak pada stator (Basofi, 2014).

Gambar 2.1. Generator sinkron

Page | 6

2.2. Konstruksi Generator Sinkron Secara umum konstruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris. Selain itu generator sinkron memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke stator. Adapun konstruksi generator AC adalah sebagai berikut: 1. Rangka stator terbuat dari besi tuang, yang merupakan rumah stator tersebut. 2. Stator, Stator adalah bagian yang diam. Memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi. 3. Rotor, Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutubkutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat. 4. Cincin geser, terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama- sama dengan poros dan rotor. 5. Generator penguat, Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus. 2.2.1. Stator Stator merupakan bagian yang diam (statis) dan merupakan gulungan kawat penghantar yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur

Page | 7

inti besi yang disebut dengan belitan jangkar. Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya GGL induksi yang diakibatkan dari medan magnet putar dari rotor yang memotong kumparan penghantar stator.

Gambar 2.2. Inti dan alur pada stator 2.2.2. Rotor Rotor merupakan bagian yang bergerak (dinamis). Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan diinduksikan ke stator. Rotor pada generator

juga berfungsi sebagai tempat

belitan medan (eksitasi). Dimana Kumparan medan magnet disusun pada alur-alur inti besi rotor, sehingga apabila pada kumparan tersebut dialirkan arus searah (DC) maka akan membentuk kutub-kutub magnet Utara dan Selatan pada inti rotor. Generator sinkron memiliki dua tipe rotor, yaitu rotor kutub menonjol dan rotor silinder. Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm) dengan jumlah kutub banyak, sedangkan rotor silinder mempunyai sejumlah slot sebagai tempat

Page | 8

kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan pada rotor maka mengakibatkan jumlah kutub pada rotor silinder pun sedikit terbentuk. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis

yang lebih baik karena rugi-rugi

anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol. Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran tinggi (1500 atau 3000 rpm) karena distribusi disekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga lebih baik dari kutub menonjol dan juga konstruksinya memiliki kekuatan mekanik pada kecepatan putar tinggi. Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar berikut:

Gambar 2.3. Rotor kutub silinder

2.3. Prinsip Kerja Generator Sinkron Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan Hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa

Page | 9

memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 120

O

pada masing-masing fasa.(Kundur Prabha, 1993).

Gambar 2.4. Skema kumparan tiga fasa Jika pada sekeliling penghantar terjadi perubahan medan magnet, maka pada penghantar tersebut akan dibangkitkan suatu gaya gerak listrik (GGL) yang sifatnya menentang perubahan medan tersebut. Untuk dapat terjadinya gaya gerak listrik (GGL) tersebut diperlukan dua kategori masukan, yaitu: 1.

Masukan tenaga mekanis yang akan dihasilkan oleh penggerak mula (prime mover).

2.

Arus masukan (If) yang berupa arus searah yang akan menghasilkan medan magnet yang dapat diatur dengan mudah. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi yang akan disuplai oleh arus searah sehingga menimbulkan fluks yang besarnya tetap terhadap waktu. Kemudian penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya sesuai dengan persamaan:

Page | 10

n

120. f p

(2.1)

Dimana: n = Kecepatan putar rotor (rpm) p = Jumlah kutub rotor f = frekuensi (Hz) Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan menginduksikan tegangan tiga fasa pada kumparan jangkar sehingga akan menimbulkan medan putar pada stator. Perputaran tersebut menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut. GGL induksi (Ea) pada alternator akan terinduksi pada kumparan jangkar alternator bila rotor diputar di sekitar stator. Besarnya kuat medan pada rotor dapat diatur dengan cara mengatur arus medan (If) yang diberikan pada rotor. Besarnya GGL induksi (Ea) rata-rata yang dihasilkan kumparan jangkar alternator ini dapat dilihat dalam persamaan sebagai berikut: e  N

Eeff 

Bila C 

d dt

(2.2)

4,44 N . p.n. 2 4,44 N . p 2

E eff  C.n.

, maka: (2.3)

Page | 11

Dimana : E

= GGL induksi (Volt)

n

= Putaran (rpm)

N

= Jumlah belitan/ fase

p

= Jumlah kutub

f

= Frekuensi (Hz)

Ø

= Fluks magnetik (Weber)

2.4. Reaksi Jangkar dan Rangkaian Ekivalen Generator Bila generator sinkron (alternator) melayani beban yang terhubung ke terminal generator maka pada belitan stator akan mengalir arus, sehigga timbul medan magnet pada belitan stator yang akan berinteraksi dengan medan rotor. Medan magnet ini akan mendistorsi medan magnet yang dihasilkan belitan rotor sehingga menghasilkan fluks resultan. Seperti yang dijelaskan pada Gambar 2.5 :

Gambar 2.5. Model Reaksi Jangkar

Page | 12

Pada Gambar 2.5.a. Medan magnet yang berputar akan menghasilkan tegangan induksi Ea . Bila generator melayani beban dengan induktif, maka arus pada stator akan tertinggal terhadap tegangan jangkar seperti pada gambar 2.5.b. Arus stator tadi akan menghasilkan medan magnet sendiri BS dan tegangan stator EStat seperti pada gambar 2.5.c. Vektor penjumlahan antara BS dan BR akan menjadi Bnet dan penjumlahan EStat dan Ea, akan menjadi Vt pada terminal jangkar, dimana ditunjukkan pada persamaan (2.4) Vt  Ea  E Stat

(2.4)

Tegangan reaksi jangkar E Stat   jX ar .I a Sehingga persamaan (2.4) dapat ditulis kembali pada persamaan (2.5). Vt  Ea  jX S .I a

Diaman :

𝑉𝑡

= Tegangan terminal jangkar (Volt)

𝐸𝑎

= Tegangan jangkar (Volt)

(2.5)

𝐸𝑆𝑡𝑎𝑡 = Tegangan reaksi jangkar (Volt) 𝑋𝑆

= Reaktansi sinkron (Ohm)

𝐼𝑎

= Arus jangkar (Ampere)

𝑅𝑎

= Tahanan jangkar (Ohm)

𝐵𝑆

= Medan magnet stator

𝐵𝑅

= Medan magnet rotor

Rangkaian ekivalen per fasa dari suatu generator sinkron dapat dilihat seperti pada Gambar 2.6.

Page | 13

Gambar 2.6. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Sementara itu untuk rangkaian ekivalen penuh generator sinkron tiga fasa ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Fasa

2.5. 1.

Daya Generator Daya Semu (Apparent Power) Daya semu dikatakan daya total dari kapasitas daya maksimal generator atau dapat diartikan sebagai penjumlahan daya aktif dan daya reaktif. 𝑆 = 𝑉. 𝐼 (𝑉𝐴)

(2.6)

Page | 14

𝑆 = √𝑃2 + 𝑄 2 2.

(2.7)

Daya Aktif (Active Power) Daya aktif disebut juga daya nyata memiliki satuan Watt yang mempunyai pengertian merupakan daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya. Daya ini sering digunakan secara umum oleh konsumen dan sebagai satuan yang digunakan untuk daya listrik dan dikonversikan dalam bentuk kerja. Dimana dalam perhitungan phasa :

3.

𝑃 = 𝑉. 𝐼 cos 𝜃 (1 𝑓𝑎𝑠𝑎)

(2.8)

𝑃 = √3. 𝑉. 𝐼 cos 𝜃 (3 𝑓𝑎𝑠𝑎)

(2.9)

Daya Reaktif (Reactive Power) Daya reaktif dengan satuan VAR, memiliki pengertian daya yang di suplay oleh komponen reaktif, atau disebut juga jumlah daya

yang

diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Dimana dalam perhitungan phasa : 𝑄 = 𝑉. 𝐼 sin 𝜃 (1 𝑓𝑎𝑠𝑎)

(2.10)

𝑄 = √3. 𝑉. 𝐼 sin 𝜃 (3 𝑓𝑎𝑠𝑎)

(2.11)

2.6. Sistem Eksitasi Pada Generator Sinkron Eksitasi atau biasa disebut sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan arus penguat ( I f ) kepada kumparan medan generator arus bolakbalik (alternating current) yang dijalankan dengan cara membangkitkan medan

Page | 15

magnetnya dengan bantuan arus searah. Arus eksitasi adalah pemberian arus listrik pada kutub magnetik. Dengan mengatur besar kecilnya arus listrik tersebut kita dapat mengatur besar tegangan output generator atau dapat juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang sedang paralel dengan sistem jaringan besar ( Infinite bus). Sistem eksitasi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan sikat dan sistem eksitasi tanpa sikat. 2.6.1. Sistem Eksitasi Menggunakan Sikat Sistem eksitasi dengan menggunakan sikat terdiri dari: 1. Sistem Eksitasi Statis Sistem

eksitasi

statik

adalah

sistem

eksitasi

generator

dengan

menggunakan peralatan eksitasi yang tidak bergerak, yang berarti bahwa peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama rotor generator sinkron. Sistem eksitasi ini disebut juga dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang

tidak memerlukan generator tambahan sebagai sumber eksitasi

generator sinkron dan sebagai gantinya sumber eksitasi berasal dari keluaran generator sinkron itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifiier. Awalnya pada rotor ada sedikit magnet yang tersisa, magnet yang sisa ini akan menimbulkan tegangan pada stator, tegangan ini kemudian masuk dalam penyearah dan dimasukkan kembali pada rotor, akibatnya medan magnet yang dihasilkan makin besar dan tegangan AC naik demikian seterusnya sampai dicapai tegangan nominal dari generator AC tersebut. Biasanya

Page | 16

penyearah itu mempunyai pengatur sehingga tegangan generator dapat diatur konstan menggunakan AVR.

Gambar 2.8. Sistem eksitasi statik 2. Sistem Eksitasi Dinamik Sistem Eksitasi dinamik adalah sistem eksitasi generator tersebut disuplai dari

eksiter

yang

merupakan

mesin

bergerak.

Sebagai

eksiternya

menggunakan generator DC atau dapat juga menggunakan generator AC yang kemudian disearahkan menggunakan rectifier. Slip ring digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua.

Gambar 2.9. Sistem eksitasi dinamik

Page | 17

2.6.2. Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation) Sistem eksitasi tanpa sikat sama sekali tidak bergantung pada sumber listrik eksternal, melainkan dengan menggunakan pilot exciter dan sistem penyaluran arus eksitasi ke rotor generator utama, maupun untuk eksitasi eksiter tanpa melalui media sikat arang. Pilot exciter terdiri dari sebuah generator arus bolak-balik dengan magnet permanen yang terpasang pada poros rotor dan kumparan tiga phasa pada stator. Adapun diagram prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

Gambar 2.10. Sistem eksitasi tanpa sikat

2.7.

Karateristik Generator Sinkron Karakteristik generator sinkron ada dua, yaitu generator tanpa beban dan

generator berbeban. 2.7.1. Generator Sinkron Tanpa Beban Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai alternator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan ( I f ), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban ( E0 ), pada generator sinkron tanpa beban mengandung arti bahwa arus jangkar ( I a ) = 0.

Page | 18

Dengan demikian besar tegangan adalah : Vt  Ea  E0

(2.12)

Oleh karena besar ggl armature adalah merupakan fungsi dari flux magnet (lihat persamaan 2.3), maka ggl armature juga ditulis : Ea  f ( )

(2.13)

Dari persamaan 2.13, jika arus penguat medan diatur besarnya maka akan ikut kenaikan flux dan akhirnya juga pada ggl armatur. Pengaturan arus penguat medan pada kedaan tertentu besarnya, akan didapatkan besar ggl armatur tanpa beban dalam keadaan saturasi. Secara grafik hubungan antara arus penguat medan (𝐼𝑓 ) dan 𝐸𝑎 terlukis pada gambar 2.11.b :

Gambar 2.11. a. Rangkaian Listrik Generator Sinkron Tanpa Beban

Gambar 2.11.b. Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban

Page | 19

Keterangan : 𝐼𝑓 = Arus kumparan medan atau arus penguat (Ampere) 𝑅𝑓 = Hambatan kumparan medan (Ohm) 𝑅𝑎 = Hambatan jangkar (Ohm) 𝑋𝐿 = Reaktansi bocor (Ohm) 𝑉𝑡 = Tegangan output (Volt) 𝐸𝑎 = Gaya gerak listrik jangkar (Volt) 2.7.2. Generator Sinkron Berbeban Tiga macam sifat beban generator, yaitu : beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan penurunan tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban generator bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya, Jika beban generator bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya mendahului (leading). Dengan adanya beban yang terpasang pada output generator sinkron, maka segera mengalir arus armatur (𝐼𝑎 ). Dengan adanya arus armatur ini, pada kumparan jangkar timbul flux putaran jangkar (∅𝑎 ). Flux putaran jangkar ini bersifat mengurangi atau menambah flux putaran yang dihasilkan oleh kumparan rotor (∅𝑓 ). Hal ini bergantung pada faktor daya beban dapat dilihat pada gambar 2.12.

Page | 20

Gambar 2.12. Pengaruh Faktor Daya Beban Terhadap Flux Rotor Keterangan : 1.

Dari gambar 2.12.a  Pada faktor daya beban (PF) = 1, berarti arus armatur sefase dengan tegangan beban.  Pada keadaan ini flux putar jangkar (flux armatur) adalah mendahului 900 terhadap flux putaran utama (rotor)  Interaksi dari kedua flux putar tersebut menghasilkan flux putar baru yang cacat (tidak sinus murni)  Akibatnya tegangan keluaran generator juga tidak sinus murni. Kejadian ini harus dihindarkan.

Page | 21

2.

Dari gambar 2.12.b  Pada faktor daya beban tertinggi (PF=0), berarti arus armatur tertinggal 900 terhadap tegangan beban.  Pada keadaan ini flux putar jangkar (flux armatur) berada sephase 1800 . (Posisi ∅𝑎 pada PF=1 digeser ke kiri/tertinggal 900 lagi, jadi (900 + 900 ) terhadap flux putar utama rotor).  Interaksi dari kedua flux putar tersebut menyebabkan terjadinya pengurangan besar flux rotor dan kejadian ini disebut demagnetisasi.  Jika proses demagnetisasi terjadi, maka GGL armatur yang dihasilkan oleh generator akan berkurang.  Untuk menjaga agar GGL armatur besarnya tetap , maka arus penguat medan (𝐼𝑓 ) harus diperbesar.

3.

Dari gambar 2.12.c  Pada faktor daya beban mendahului (PF=0), bearti arus armatur mendahului 900 terhadap tegangan beban.  Pada keadaan ini flux putar jangkar (flux armatur) akan sefase dengan flux putar rotor, (posisi ∅𝑎 pada PF=1 digeser ke kanan 900 ).  Akibat interaksi dari flux ii dihasilkan flux baru yang bertambah besar terhadap flux rotor. Proses ini disebut magnetisasi.  Jika proses magnetisasi terjadi, maka GGL armatur yang ditimbulkan akan bertambah besar.  Untuk menjaga agar ggl armatur besarnya tetap, maka arus penguat medan (𝐼𝑓 ) dikurangi.

Page | 22

4.

Dari gambar 2.12.d  Pada faktor daya beban menengah adalah beban fase antara arus armatur (𝐼𝑎 ) dan tegangan beban 0 sampai 900 mendahului atau tertinggal.  Untuk beda fase 0 sampai 900 , arus armatur mendahului terhadap tegangan beban disebut mendahului (leading). Sedangkan untuk beda fase 0 sampai 900 , arus armatur tertinggi terhadap tegangan beban disebut faktor daya tertinggal (langging).  Pada faktor daya (PF) beban menengah mendahului, flux armatur yang timbul fasenya agak bergeser kekanan terhadap flux putar rotor. Sehingga dan bentuk sinyaln ggl armatur yang dihasilkan agak sedikit cacat.  Proses kejadian tersebut dinamakan reaksi jangkar atau reaksis armatur. Pada generator sinkron berbeban, maka pada kumparan armatur timbul 𝐼𝑎

dan 𝑋𝑚 , akibatnya timbul penurunan GGL armatur tanpa beban. 𝐸0 menjadi 𝐸𝑎 = 𝐸0 − 𝑗𝐼𝑎 . 𝑋𝑚 dan tegangan terminal menjadi (𝑉𝑡 ). GGL armatur tanpa beban (𝐸0 ) besarnya adalah : 𝐸0 ⁄𝑝ℎ = 𝑉𝑡 + 𝐼𝑎 (𝑅𝑎 + 𝑗𝑋𝑎 )

(2.14)

atau 𝐸0 ⁄𝑝ℎ = 𝑉𝑡 + 𝐼𝑎 . 𝑍𝑎

(2.15)

Rangkaian ekivalen generator sinkron per fasa dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut :

Page | 23

Gambar 2.13. Rangkaian Ekuivalen Generator Berbeban

2.8.

Paralel Generator Sinkron Bila suatu generator bekerja dan mendapatkan pembebanan yang melebihi

dari kapasitasnya, maka dapat mengakibatkan generator tersebut tidak dapat bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan. Sehingga dalam hal ini dapat diatasi dengan menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator utama yang telah bekerja sebelumnya pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari dilakukannya paralel alternator ialah : 1.

Mendapatkan daya yang lebih besar.

2.

Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator.

3.

Untuk menjamin kotinuitas ketersediaan daya listrik.

4.

Untuk melayani beban yang berkembang.

2.8.1. Persyaratan Paralel Generator Adapun syarat yang harus dipenuhi dalam melakukan penyinkronan alternator ini ialah : 1. Tegangan kedua alternator harus sama Dimana tegangan generator (yang akan diparalel) dengan tegangan sistem jaringan harus sama besarnya (nilainya). Pengaturan tegangan generator Page | 24

tersebut harus diatur dengan mengatur arus eksitasinya. Pada saat generator bekerja paralel, perubahan arus eksitasi akan merubah faktor daya, 2. Frekuensi kedua alternator harus sama Frekuensi

generator

dan

frekuensi

sistem

harus

sama.

Untuk

menyamakannya, maka putaran generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur katup governor (aliran uap masuk turbin). 3. Mempunyai urutan dan sudut fasa yang sama Urutan fasa dan sudut fasa generator sinkron yang akan di paralelkan harus sama, sebab jika adanya perbedaan fasa maka akan tidak dapat dilakukan penyinkronan. Mempunyai sudut fasa yang sama bisa diartikan, kedua fasa dari dua Generator mempunyai sudut fasa yang berhimpit sama atau 0 derajat. Dengan kata lain urutan fasa dari generator yang diparalelkan harus sama dengan fasa pada sistem (busbar). 2.8.2. Metode Paralel Antar Dua Generator Sinkron 1.

Metode Urutan Fasa (Lampu Cahaya Berputar) dan Voltmeter Dalam memparalelkan generator, metode yang sering digunakan untuk

melihat apakah telah terjadi sinkronisasi ialah dengan metode lampu sinkronisasi, dimana fungsi lampu ini sebagai indikator bahwa kedua generator dapat diparalelkan dengan sistem infinite bus. Ada beberapa metode lampu sinkronisasi yang dapat digunakan untuk mengetahui keadaan telah sinkron pada pengoperasian paralel antar generator sinkron yaitu:

Page | 25

a.

Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Terang

Gambar 2.14. Metode lampu sinkronisasi hubungan terang Dalam metode ini, prinsipnya ialah menghubungkan antara ketiga fasa, yaitu R dengan V, S dengan W, T dengan U seperti yang terlihat pada gambar diatas. Jika antara fasa terdapat beda tegangan maka ketiga lampu akan menyala sama terang dan generator siap untuk diparalel. b.

Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Gelap

Gambar 2.15. Metode lampu sinkronisasi hubungan gelap Dalam metode ini, prinsipnya ialah menghubungkan antara ketiga fasa, yaitu R dengan U, S dengan V, T dengan W seperti yang terlihat pada gambar diatas. Jika rangkaian paralel benar (urutan fasa nya sama) maka lampu L1,L2

Page | 26

dan L3 akan gelap secara bersamaan. Pada saat lampu nyala terang maka beda phasanya besar, dan jika lampunya redup maka beda phasanya kecil. c.

Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Gelap Terang

Gambar 2.16. Metode lampu sinkronisasi hubungan gelap terang Dalam metode ini, Prinsipnya ialah dengan menghubungkan satu fasa sama dan dua fasa yang berlainan, yaitu fasa R dengan U, fasa S dengan W dan fasa T dengan V seperti satu lampu gelap dan dua lampu lainnya terang. Dengan kata lain, jika rangkaian paralel benar (urutan fasa nya sama), maka lampu L1, L2 dan L3 akan terang gelap dengan frekuensi FG1-FG2. Apabila ketiga lampu sudah tidak berkedip lagi (L2 dan L3 terang) dan lampu L1 padam berarti FG1=FG2 dan E1=E2. Dalam metode penyinkronan pada kedua generator ini menggunakan lampu sinkronisasi, bila keadaan tegangan dan putaran tiap generator dengan urutan fasa jaringan busbar dengan generator belum sama, maka kondisi lampu L1, L2 dan L3 akan berputar cepat yang menandakan fasa tiap generator belum sama seperti pada gambar 2.17.a. Namun jika frekuensi dan tegangan masing-masing generator telah sama maka kondisi lampu akan semakin lambat berputar dan kondisi L1 padam dan kondisi L2 dan L3

Page | 27

terang karena semua urutan fasa jaringan dengan urutan fasa generator telah saling berhimpit sehingga dikatakan telah sinkron seperti pada gambar 2.17.b. Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.17. Kondisi lampu sinkronisasi pada urutan fasa 2.

Metode Synchronizing Panel (Voltmeter, Frekuensimeter & Syncronoscope) Pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, untuk indikator paralel

generator banyak yang menggunakan alat Synchroscope. Penggunaan alat ini dilengkapi dengan Voltmeter untuk memonitor kesamaan tegangan dan Frekuensi meter untuk kesamaan frekuensi.

Gambar 2.18. Syncronoscope Analog dan Digital

Page | 28

Sinkronoskop adalah instrumen pengukur beda sudut fasa antara fasa-fasa dari kedua sistem yang akan diparalelkan Sinkronoskop memiliki jarum petunjuk yang dapat menempati posisi yang berbeda sesuai dengan perbedaan sudut fasa (Gambar 2.19). Tombol dari Sinkronoskop ditandai dengan dua panah menunjukkan arah rotasi pointer. Panah ini menunjukkan searah jarum jam dan arah berlawanan jarum jam. Tanda panah menunjukkan arah jarum jam ditandai "Terlalu Cepat" sedangkan panah yang menunjukkan anti-arah jarum jam ditandai "Terlalu Lambat". Tanda panah ini menunjukkan kecepatan sumber yang masuk dibandingkan dengan bus bar. Jika frekuensi generator yang masuk adalah lebih daripada bus bar, penunjuk berputar ke arah "Terlalu cepat" searah jarum jam. Mesin kemudian harus melambat. Jika frekuensi dari mesin masuk kurang dari bus bar, rotasi penunjuk berada dalam arah yang berlawanan "Terlalu Lambat", gambar dibawah ini merupakan diagram sederhana dari alur proses sinkronisasi.

Gambar 2.19. Metode Paralel Synchronizing Panel

Page | 29

Untuk memasukkan saklar sinkronisasi maka dapat melihat jarum pada synchroscope tersebut dalam posisi 0 atau arah jarum jam 12. Ini membuktikan bahwa selisih frekuensi telah bernilai 0. Untuk mensinkronasikan nilai dari tegangan antara generator yang akan diparalel maka dilakukan dengan mengatur sistem eksitasinya. Apabila tegangan generator lebih tinggi dari tegangan rating bus di sistem, maka generator akan mengalami sentakan beban MVar lagging (induktif), pada kondisi ini generator mengirim daya reaktif ke sistem. Sebaliknya jika tegangan generator lebih rendah dari pada tegangan sistem, mesin akan mengalami sentakan beban MVar Leading (kapasitif), artinya generator menyerap daya reaktif dari sistem (loss of field). Berikutnya untuk Frekuensi generator juga harus bernilai sama dengan frekuensi sistem pada bus. Untuk mensinkronasikan frekuensi dilakukan dengan cara mengatur katup governor untuk mengatur putaran generator tersebut. Jika frekuensi generator lebih tinggi dari pada frekuensi sistem, sistem akan mengalami sentakan beban MW dari generator, artinya mesin membangkitkan dan mulai menyalurkan Daya Aktif (MW). Sebaliknya jika generator frekuensinya lebih rendah dari pada sistem, mesin akan mengalami sentakan MW dari sistem, artinya generator akan beroperasi menjadi motor (motoring). 3.

Metode Paralel Otomatis Dengan berkembangnya teknologi maka proses sinkronisasi dapat dilakukan

secara otomatis. Paralel generator secara otomatis biasanya menggunakan alat yang secara otomatis memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi, dan urutan

Page | 30

fasa. Apabila semua kondisi telah tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan. 2.8.3. Sistem Kerja Paralel Generator Sinkron Apabila

generator

dihubungkan

dengan

sistem

jaringan

yang

kapasitasnnya besar (infinite bus), maka dengan mengatur putaran (n) dan arus eksitasi (𝐼𝑓 ) maka tidak akan mempengaruhi frekuensi sitem jaringan tersebut. Pada kondisi tersebut pengaturan putaran adalah hanya mengatur pembebanan daya aktif sedangkan pengaturan arus eksitasi hanya mengatur aliran daya reaktif atau faktor daya generator tersebut. Dalam hal ini dapat lebih diperjelas melalui diagram rumah (house diagram) berikut.

Gambar 2.20. Karakteristik alternator pada saat bekerja paralel Untuk menyuplai beban yang ada pada kedua generator yang bekerja paralel, maka jumlah daya aktif dan reaktif yang disuplai generator tersebut harus sama dengan daya aktif dan reaktif yang ada pada beban. Adapun rumus daya aktif dan reaktif yang harus disuplai oleh kedua generator adalah:

Page | 31

𝑃𝐿𝑜𝑎𝑑 = 𝑃𝐺1 + 𝑃𝐺2

(2.16)

𝑄𝐿𝑜𝑎𝑑 = 𝑄𝐺1 + 𝑄𝐺2

(2.17)

Dibawah merupakan gambar diagram daya reaktif dan tegangan yang menunjukan dua altenator yang bekerja paralel.

Gambar 2.21. Diagram daya reaktif dan tegangan

2.9.

Penyearah Terkendali (Konverter) Tiga Fasa atau Graetz Bridge Penyearah fasa-terkontrol {phase-controlled) adalah merupakan penyearah

yang sederhana dan murah, efisiensi penyearah ini secara umum berada diatas 95%. Karena penyearah ini mengkonversikan tegangan ac ke dc, penyearah ini dikenal sebagai konverter ac ke dc (ac-to-dc converter) dan banyak digunakan dalam alpikasi industri terutama pada penggerak listrik dengan kecepatan variabel (variable-speed drives), yang mencakup level daya hingga megawatt. Konverter dengan fasa terkontrol dapat diklasifikasikan pada dua tipe, bergantung pada suplai masukan : (1) konverter satu fasa, dan (2) konverter tiga fasa. Setiap tipe dapat dibagi lagi menjadi (a) semikonverter (semiconverter), (b) konverter penuh (full konverter), (c) konverter ganda (dual konverter).

Page | 32

Gambar 2.22. Konverter penuh tiga fasa Konverter penuh merupakan konverter dua kuadran yang dapat memilki tegangan keluaran baik positif dan negatif, akan tetapi keluran arusnya hanya dapat berharga positif. Konverter tiga fasa banyak digunakan dalam aplikasi industri pada tingkatan daya hingga 120 kW, dimana diperlukan operasi duakuadran. Gambar 2.22.(a) menunjukkan rangkaian konverter penuh dengan beban

Page | 33

indukstif yang sangat tinggi. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan tiga fasa. Thyristor dinyalakan pada interval π/3. Frekuensi ripple tegangan keluaran adalah 6fs dan filter yang diperlukan lebih sederhana dari pada filter yang digunakan pada konverter semi dan setengah gelombang tiga fasa Pada ωt = π/6+a, thyristor T6 telah konduksi dan thyristor T1 dinyalakan. Selama interval (π/6 + a) ≤ ωt ≤ (π/2 + a), thyristor T1 dan T6 konduksi dan tegangan saluran Vab ( = Vun – Vbn ) akan muncul pada beban. Pada ωt = π/2 + a, thyristor T2 dinyalakan dan kemudian segera thyristor T6 terbias balik. Thyristor T6 pada akibat komutasi alamiah. Selama interval (π/2+ a) < ωt < (5π/6 + a), thyristor T1 dan T2 konduksi dan tegangan saluarn Vao muncul pada beban. Bila thyristor diberi nomor seperti pada gambar 2.22.(a), maka urutan penyalaannya adalah 12, 23, 34, 45, 56, dan 61. Gambar 2.22.(b) menunjukkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, arus masukan, dan arus-arus yang melalui thyristor. Tegangan rata-rata diperoleh dari persamaan : 2.VMax Vdc  2  3

 2.VMax

 3

 cos t.d (t )

 3



sin

3 . cos   2,34.V rms . cos  f N

(2.18)

cos   1,35.V fsec  f . cos 

(2.19)

 3

Vdc 

3. 2.V fsec f



Page | 34