BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar belakang

Generator adalah converter yang sampai sekarang tetap digunakan untuk

mengubah energi ndash energi kimia atau kinetik menjadi energi listrik pada sebuah

pembangkit listrik Baik pembangkit tenaga air tenaga panas bumi tenaga uap

dan yang lainnya Meskipun memiliki bentuk dan model yang beragam generator

memiliki peranan serta fungsi yang sangat penting dalam kelangsungan proses

kinerja sebuah pembangkit listrik Kemampuan generator untuk mengconvert

suatu energi menjadi sebuah energi listrik yang sangat bermanfaat akan ditunjang

pula oleh suatu perangkat dan controlling lainnya Dimana perangkat dan

controlling tersebut berpengaruh terhadap kemampuan optimal sebuah generator

dalam menjalankan fungsinya yang berperan untuk memenuhi kebutuhan pasokan

listrik di lingkungan perusahaan dan menggunakan generator sebagai alat

converternya

Listrik seperti diketahui adalah bentuk energi sekunder yang paling

praktis digunakan oleh manusia pada dasarnya listrik dihasilkan dari proses

konversi dari bahan baku seperti batu bara minyak bumi gas panas bumi

potensial air dan angin Sistem pembangkitan listrik umumnya digunakan adalah

mesin generator tegangan AC yang digerakan oleh mesin-mesin utama seperti

mesin turbin mesin diesel atau mesin baling-baling Dalam pengoperasian

generator sering terjadi fluktuasi akibat jumlah beban yang berbedasehingga

umumnya disediakan dua atau lebih generator untuk dioperasikan secara terus-

menerus

Penyediaan generator tunggal untuk pengoperasian terus menerus adalah

suatu hal yang beresiko kecuali dengan cara bergilir dengan sumber PLN Untuk

memenuhi peningkatan beban listrik maka generator-generator tersebut

dioperasikan secara paralel antar generator dengan sumber pasokan lain yang

1

lebih besar misalnya dari PLN Sehingga diperlukan pula alat pembagi beban

listrik untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang

bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya

Kebutuhan akan listrik semakin lama semakin meningkat sejalan dengan

perkembangan teknologi elektronika dan informasi Oleh karena itu kualitas dari

variabel energi listrik tersebut juga harus diperhatikan terutama frekuensi

Terjadinya fluktuasi frekuensi akan berdampak buruk pada peralatan listrik

konsumen Frekuensi akan mengalami fluktuasi seiring dengan naik turunnya

beban yang terpasang efek penambahan beban pada sebuah generator yaitu

terjadinya penurunan putaran

Kenaikan frekuensi akan berpengaruh pada penambahan tegangan listrik

yang dihasilkan Sasaran pertama untuk mengendalikan kestabilan kualitas energi

adalah frekuensi Setelah frekuensi berada pada titik stabil dilanjutkan pada

tegangan secara teoritis dan perancangan generator yang bekerja pada frekuensi

50 Hz sudah dapat menghasilkan tegangan sebesar 220 Volt namun akibat adanya

penambahan beban akan mengakibatkan penurunan tegangan yang cukup besar

Sasaran kedua adalah bagaimana mengatur arus penguat medan pada generator

karena arus penguat medan langsung berpengaruh pada pengurangan dan

penambahan tegangan tanpa mengganggu besarnya frekuensi yang ada karena

frekuensi hanya dipengaruhi oleh putaran sedangkan arus penguat medan

dipengaruhi oleh aliran arus listrik searah

2

12 Tujuan Penulisan

Tulisan ini bertujuan

1 Mempelajari mengembangkan dan mendapatkan pengetahuan yang

mendalam mengenai ilmu pengetahuan dibidang teknologi terutama dalam

bidang pengontrolan

2 Mempelajari dan menganalisis perancangan sebuah generator pada suatu

Pembangkit Listrik

3 Untuk mengetahui fungsi kerja dari generator yang digunakan Pembangkit

Listrik

4 Mempelajari sistem pengaturan terutama pengaturan generator dan

membandingkannya dengan keilmuan yang didapat dari teori

13 Batasan Masalah

1 Analisis generator pada pembangkit tenaga listrik

2 Analisis pada generator dan perangkat pelengkap yang digunakan

3 Konversi generator sinkron tiga fasa

3

BAB II

PT PERKEBUNAN NUSANTARA VIII TAMBAKSARI UNIT PLTA

CINANGLING SUBANG

21 Skema Pembangkit Listrik

Unit PLTA PTPN VIII yang terdapat di Cinangling adalah jenis Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA) skala kecil dengan kapasitas sampai 1000 KW biasa

disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro disingkat dengan

PLTMH Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan energi potensial air sebuah

skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa

disebut lsquoheadrsquo) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat Secara skematis

skema PLTMH ditunjukkan pada Gambar 21 berikut

Gambar 21 Diagram Skematis PLTMH

4

Struktur sipil PLTMH terdiri atas

1 bendung

2 bangunan penyadap (intake)

3 saluran pembawa (headrace)

4 kolam pengendap (settling basin)

5 bak penenang (forebay)

6 rumah pembangkit (power house) dan

7 saluran pembuangan (tailrace)

Secara skematis bagian-bagian penting suatu PLTMH ditunjukkan pada Gambar

22 berikut

Gambar 22 Diagram Skematis Bagian Penting PLTMH

5

22 Persamaan dan Konversi

Persamaan konversi pada suatu PLTMH adalah sebagai berikut

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (rugi-rugi)

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk times Efisiensi konversi

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang

kecil Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro adalah

daya kotor Pgross Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih Pnet

Efisiensi konversi disebut Eo Dengan demikian daya keluar suatu skema

PLTMH adalah

Pnet = Pgross times Eo 1

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta

gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2

berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2 berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

6

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

lebih besar misalnya dari PLN Sehingga diperlukan pula alat pembagi beban

listrik untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang

bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya

Kebutuhan akan listrik semakin lama semakin meningkat sejalan dengan

perkembangan teknologi elektronika dan informasi Oleh karena itu kualitas dari

variabel energi listrik tersebut juga harus diperhatikan terutama frekuensi

Terjadinya fluktuasi frekuensi akan berdampak buruk pada peralatan listrik

konsumen Frekuensi akan mengalami fluktuasi seiring dengan naik turunnya

beban yang terpasang efek penambahan beban pada sebuah generator yaitu

terjadinya penurunan putaran

Kenaikan frekuensi akan berpengaruh pada penambahan tegangan listrik

yang dihasilkan Sasaran pertama untuk mengendalikan kestabilan kualitas energi

adalah frekuensi Setelah frekuensi berada pada titik stabil dilanjutkan pada

tegangan secara teoritis dan perancangan generator yang bekerja pada frekuensi

50 Hz sudah dapat menghasilkan tegangan sebesar 220 Volt namun akibat adanya

penambahan beban akan mengakibatkan penurunan tegangan yang cukup besar

Sasaran kedua adalah bagaimana mengatur arus penguat medan pada generator

karena arus penguat medan langsung berpengaruh pada pengurangan dan

penambahan tegangan tanpa mengganggu besarnya frekuensi yang ada karena

frekuensi hanya dipengaruhi oleh putaran sedangkan arus penguat medan

dipengaruhi oleh aliran arus listrik searah

2

12 Tujuan Penulisan

Tulisan ini bertujuan

1 Mempelajari mengembangkan dan mendapatkan pengetahuan yang

mendalam mengenai ilmu pengetahuan dibidang teknologi terutama dalam

bidang pengontrolan

2 Mempelajari dan menganalisis perancangan sebuah generator pada suatu

Pembangkit Listrik

3 Untuk mengetahui fungsi kerja dari generator yang digunakan Pembangkit

Listrik

4 Mempelajari sistem pengaturan terutama pengaturan generator dan

membandingkannya dengan keilmuan yang didapat dari teori

13 Batasan Masalah

1 Analisis generator pada pembangkit tenaga listrik

2 Analisis pada generator dan perangkat pelengkap yang digunakan

3 Konversi generator sinkron tiga fasa

3

BAB II

PT PERKEBUNAN NUSANTARA VIII TAMBAKSARI UNIT PLTA

CINANGLING SUBANG

21 Skema Pembangkit Listrik

Unit PLTA PTPN VIII yang terdapat di Cinangling adalah jenis Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA) skala kecil dengan kapasitas sampai 1000 KW biasa

disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro disingkat dengan

PLTMH Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan energi potensial air sebuah

skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa

disebut lsquoheadrsquo) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat Secara skematis

skema PLTMH ditunjukkan pada Gambar 21 berikut

Gambar 21 Diagram Skematis PLTMH

4

Struktur sipil PLTMH terdiri atas

1 bendung

2 bangunan penyadap (intake)

3 saluran pembawa (headrace)

4 kolam pengendap (settling basin)

5 bak penenang (forebay)

6 rumah pembangkit (power house) dan

7 saluran pembuangan (tailrace)

Secara skematis bagian-bagian penting suatu PLTMH ditunjukkan pada Gambar

22 berikut

Gambar 22 Diagram Skematis Bagian Penting PLTMH

5

22 Persamaan dan Konversi

Persamaan konversi pada suatu PLTMH adalah sebagai berikut

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (rugi-rugi)

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk times Efisiensi konversi

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang

kecil Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro adalah

daya kotor Pgross Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih Pnet

Efisiensi konversi disebut Eo Dengan demikian daya keluar suatu skema

PLTMH adalah

Pnet = Pgross times Eo 1

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta

gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2

berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2 berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

6

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

12 Tujuan Penulisan

Tulisan ini bertujuan

1 Mempelajari mengembangkan dan mendapatkan pengetahuan yang

mendalam mengenai ilmu pengetahuan dibidang teknologi terutama dalam

bidang pengontrolan

2 Mempelajari dan menganalisis perancangan sebuah generator pada suatu

Pembangkit Listrik

3 Untuk mengetahui fungsi kerja dari generator yang digunakan Pembangkit

Listrik

4 Mempelajari sistem pengaturan terutama pengaturan generator dan

membandingkannya dengan keilmuan yang didapat dari teori

13 Batasan Masalah

1 Analisis generator pada pembangkit tenaga listrik

2 Analisis pada generator dan perangkat pelengkap yang digunakan

3 Konversi generator sinkron tiga fasa

3

BAB II

PT PERKEBUNAN NUSANTARA VIII TAMBAKSARI UNIT PLTA

CINANGLING SUBANG

21 Skema Pembangkit Listrik

Unit PLTA PTPN VIII yang terdapat di Cinangling adalah jenis Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA) skala kecil dengan kapasitas sampai 1000 KW biasa

disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro disingkat dengan

PLTMH Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan energi potensial air sebuah

skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa

disebut lsquoheadrsquo) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat Secara skematis

skema PLTMH ditunjukkan pada Gambar 21 berikut

Gambar 21 Diagram Skematis PLTMH

4

Struktur sipil PLTMH terdiri atas

1 bendung

2 bangunan penyadap (intake)

3 saluran pembawa (headrace)

4 kolam pengendap (settling basin)

5 bak penenang (forebay)

6 rumah pembangkit (power house) dan

7 saluran pembuangan (tailrace)

Secara skematis bagian-bagian penting suatu PLTMH ditunjukkan pada Gambar

22 berikut

Gambar 22 Diagram Skematis Bagian Penting PLTMH

5

22 Persamaan dan Konversi

Persamaan konversi pada suatu PLTMH adalah sebagai berikut

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (rugi-rugi)

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk times Efisiensi konversi

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang

kecil Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro adalah

daya kotor Pgross Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih Pnet

Efisiensi konversi disebut Eo Dengan demikian daya keluar suatu skema

PLTMH adalah

Pnet = Pgross times Eo 1

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta

gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2

berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2 berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

6

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

BAB II

PT PERKEBUNAN NUSANTARA VIII TAMBAKSARI UNIT PLTA

CINANGLING SUBANG

21 Skema Pembangkit Listrik

Unit PLTA PTPN VIII yang terdapat di Cinangling adalah jenis Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA) skala kecil dengan kapasitas sampai 1000 KW biasa

disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro disingkat dengan

PLTMH Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan energi potensial air sebuah

skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa

disebut lsquoheadrsquo) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat Secara skematis

skema PLTMH ditunjukkan pada Gambar 21 berikut

Gambar 21 Diagram Skematis PLTMH

4

Struktur sipil PLTMH terdiri atas

1 bendung

2 bangunan penyadap (intake)

3 saluran pembawa (headrace)

4 kolam pengendap (settling basin)

5 bak penenang (forebay)

6 rumah pembangkit (power house) dan

7 saluran pembuangan (tailrace)

Secara skematis bagian-bagian penting suatu PLTMH ditunjukkan pada Gambar

22 berikut

Gambar 22 Diagram Skematis Bagian Penting PLTMH

5

22 Persamaan dan Konversi

Persamaan konversi pada suatu PLTMH adalah sebagai berikut

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (rugi-rugi)

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk times Efisiensi konversi

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang

kecil Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro adalah

daya kotor Pgross Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih Pnet

Efisiensi konversi disebut Eo Dengan demikian daya keluar suatu skema

PLTMH adalah

Pnet = Pgross times Eo 1

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta

gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2

berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2 berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

6

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Struktur sipil PLTMH terdiri atas

1 bendung

2 bangunan penyadap (intake)

3 saluran pembawa (headrace)

4 kolam pengendap (settling basin)

5 bak penenang (forebay)

6 rumah pembangkit (power house) dan

7 saluran pembuangan (tailrace)

Secara skematis bagian-bagian penting suatu PLTMH ditunjukkan pada Gambar

22 berikut

Gambar 22 Diagram Skematis Bagian Penting PLTMH

5

22 Persamaan dan Konversi

Persamaan konversi pada suatu PLTMH adalah sebagai berikut

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (rugi-rugi)

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk times Efisiensi konversi

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang

kecil Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro adalah

daya kotor Pgross Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih Pnet

Efisiensi konversi disebut Eo Dengan demikian daya keluar suatu skema

PLTMH adalah

Pnet = Pgross times Eo 1

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta

gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2

berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2 berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

6

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

22 Persamaan dan Konversi

Persamaan konversi pada suatu PLTMH adalah sebagai berikut

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (rugi-rugi)

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk times Efisiensi konversi

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang

kecil Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro adalah

daya kotor Pgross Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih Pnet

Efisiensi konversi disebut Eo Dengan demikian daya keluar suatu skema

PLTMH adalah

Pnet = Pgross times Eo 1

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta

gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2

berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

Daya kotor Pgross tergantung kepada head kotor (Hgross) dan debit air (Q) serta gravitasi g dalam bentuk hubungan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan 2 berikut

Pgross = Hgross x Q x g 2

6

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Dengan demikian persamaan 1 dapat dirobah menjadi persamaan 3 berikut

Pnet = Hgross x Q x g times Eo 3

Bila Hgross dalam meter (m) Q dalam m3detik dan g dalam mdetik2 maka

satuan Pnet adalah kW

Efisiensi Eo adalah resultante efisiensi semua komponen PLTMH yaitu efisiensi

konstruksi sipil efisiensi penstock efisiensi turbin efisiensi generator efsisiensi

sistem kontrol efisiensi jaringan distribusi dan efisiensi transformator

Efisiensi masing-masing komponen tersebut secara empiris adalah sebagai

berikut

Tabel 21 Tabel Efisiensi Komponen

Efisiensi Komponen RumusBesaran Empirik

Konstruksi sipil 10 - (panjang saluran times 0002 ~ 0005)

Hgross

Penstock 090 ~ 095 (tergantung pada panjangnya)

Turbin 070 ~ 085 (tergantung pada tipe turbin)

Generator 080 ~ 095 (tergantung kapasistas

generator)

Sistem Kontrol gt 097

Jaringan Distribusi 090 ~ 098 (tergantung panjang jaringan)

Transformator 098

Efisiensi konstruksi sipil dan Efisiensi penstock biasa diperhitungkan sebagai

kehilangan ketinggian Head Loss (Hloss) Dalam kasus ini persamaan 3 di atas

dapat diubah ke persamaan 4 berikut

Pnet = g times (Hgross-Hloss) times Q times (EondashEkonstruksi sipil-Epenstock ) 4

7

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Persamaan 4 di atas adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik

hidro Penggunaan satuan masing-masing besaran haruslah benar agar didapat

satuan daya keluaran yang benar Sebagai ilustrasi mekanik atas persamaan 4 di

atas pada Gambar 3 berikut ditunjukkan diagram skematis dasar perhitungan

efisiensi suatu PLTMH

Gambar 22 Diagram Skematis Perhitungan Efisiensi PLTMH

8

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

ANALISIS KERJA GENERATOR DAN PERANGKAT PEMBANTU

LAINNYA DI PTPN VIII TAMBAKSARI

UNIT PLTA CINANGLING SUBANG

31 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik Berdasarkan

prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok

1 Turbin impuls (cross-flow pelton dan turgo) untuk jenis ini tekanan pada

setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama

2 Turbin reaksi ( francis kaplanlpropeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi

a Low head power plant tinggi jatuhan air (head) S 10 M3

b Medium head power plant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high

head

c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan 18

H ge 100 (Q)0-113

dimana H =head m Q = desain debit m

9

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH

dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m dikategoirikan pada head rendah dan

medium Pada tabel 3 berikut ditunjukkan daerah operasi turbin (dikaitkan dengan

head)

Tabel 31 Tabel Daerah Operasi Turbin

32 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

masing-masing jenis turbin Pada tahap awal pemilihan jenis turbin dapat

diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin

Parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu

1 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin sebagai contoh turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah

2 Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia

10

Jenis Turbin Variasi Head m

Kaplan dan Propeller 2 lt H lt 20

Francis 10 lt H lt 350

Peiton 50 lt H lt 1000

Crossfiow 6 lt H lt 100

Turgo 50 H lt 250

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

3 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) hal demikian menyebabkan sistem

tidak beroperasi

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik Ns

didefinisikan dengan formula seperti ditunjukkan persamaan 1 berikut

Ns = N x PH 1

dimana

N = kecepatan putaran turbin (rpm )

P = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

Daya Output turbin dihitung dengan formula

P = 981 xQxHx qt 2

dimana

Q = debit air (m3detik)

H = efektif head (m)

qt = efisiensi turbin

= 08 - 085 untuk turbin pelton

= 08 - 09 untuk turbin francis

= 07 - 08 untuk turbin crossfiow

= 08 - 09 untuk turbin propellerlkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu

berdasarkan data eksperimen Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air

adalah sebagai berikut

11

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Tabel 32 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air

Turbin pelton 12leNsle25

Turbin Francis 60leNsle300

Turbin Crossflow 40leNsle200

Turbin Propeller 250leNsle 1000

Perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah jika kecepatan

spesifik turbin diketahui

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai

jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan

spesifik turbin hasilnya adalah

Tabel 33 Perhitungan Kecepatan Spesifik Turbin

Turbin pelton (1 jet) Ns = 8549H0243 (Siervo amp Lugaresi 1978)

Turbin Francis Ns = 3763H0854 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283H0486 (Schweiger amp Gregory 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 51325H0505

(Kpordze amp Wamick 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702H05 (USBR 1976)

Berdasarkan besaran kecepatan spesifik turbin dimensi dasar turbin dapat diestimasi Pada PLTMH ini pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah 1 Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sd 6 m

2 Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m lt H lt 60 m

12

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatanpabrikasi yang lebih murah dibanding tipe lainnya seperti

pelton dan francis Jenis turbin crossflow yang dipergunakan pada pembangkit ini

adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 03 m Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 074 pada debit 40 efisiensi masih cukup

tinggi di atas 06 Turbin propeller open flume pabrikasi lokal efisiensi turbin

adalah sekitar 075 Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit

tenaga air skala mikro (PLTMH) khususnya crossfIlow T-14 telah terbukti handal

di lapangan dibanding jenis crossfiow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai

pihak (lembaga penelitian pabrikan import)

Putaran turbin propeller open flume head rendah ataupun turbin crossflow

memiliki kecepatan yang rendah Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

sabuk flatbelt dan pulley untuk menaikkan putaran menjadi 1500 rpm sama

dengan putaran generator Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt

diperhitungkan 098 Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller

open flume menggunakan sabuk V dengan efisiensi 095

Pada Tabel 34 berikut ditunjukkan data putaran nominal generator sinkron untuk

beberapa jenis generator yang berbeda kutub Kemudian pada Tabel 45

ditunjukkan pula run-away speed beberapa jenis turbin

Tabel 34 Putaran Generator Sinkron (rpm)

13

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Tabel 35 Run-away speed Turbin N maksN

Jenis Turbin Putaran

Nominal N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan (single regulated) 75-100 2-24

Kaplan (double regulated) 75-150 28-32

Small-medium Kaplan 250-700 28-32

Francis (medium amp high head) 500-1500 18-22

Francis (low head) 250-500 18-22

Pelton 500-1500 18-2

Crossflow 100-1000 18-2

Turgo 600-1000 2

33 Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik Jenis generator yang dapat digunakan pada PLTMH ini

adalah

1048729 Generator sinkron sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan

penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing)

1048729 Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal pada perencanaan

turbin propeller open flume

14

8 750

10 600

12 500

14 429

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm 50 Hz 3 1048729 220380V Efisiensiempty

generator secara umum adalah

Aplikasi lt 10 KVA efisiensi 07 - 08

Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 08 - 085

Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 085

Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 085 - 09

Aplikasi gt - 100 KVA efisiensi 09 - 095

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH ini menggunakan pengaturan beban

sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban Apabila terjadi

penurunan beban di konsumen maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem

pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast loaddumy load

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada pembangkit ini adalah

Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMAG

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal dan terbukti handal

pada penggunaan di PLTMH Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol

(switch gear)

Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari

1 Kontrol startstop baik otomatis semi otomatis maupun manual

2 Stopberhenti secara otomatis

3 Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan over-under voltage over-

under frekuensi

4 Emergency shut down bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

15

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

GENERATOR SINKRON TIGA FASA

41 Umum

Konversi energi elektromagnetik yaitu perubahan energi dari bentuk

mekanik ke bentuk listrik dan bentuk listrik ke bentuk mekanik Generator sinkron

(alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh

penggerak mula (prime mover) sedangkan energi listrik diperoleh dari proses

induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya

Generator sinkron dengan definisi sinkronnya mempunyai makna bahwa

frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator

tersebut Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime

mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan

menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama

dengan putaran rotor tersebut Hubungan antara medan magnet pada mesin

dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan 21 dibawah ini

F=nsp 120 helliphelliphelliphelliphellip (1)

dimana = Frekuensi listrik (Hz) f

ns = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatan putar rotor (rpm)

p= Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar) Misalnya pada PLTA PLTU PLTD dan

lain-lain Selain generator dengan kapasitas besar kita mengenal juga generator

dengan kapasitas yang relatif kecil misalnya generator yang digunakan untuk

penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan

16

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

42 Komponen Generator Sinkron

Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-

balik secara elektromagnetik Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang

memutar rotor sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi

elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator

Pada Gambar 41 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator

sinkron

Gambar 41 Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator rotor dan celah udara Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah

bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus

searah dari Eksiter Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor

17

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

1 Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

a Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator

b Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

pada Gambar 42 berikut

(terbuka) (setengah terbuka) (tertutup)

Gambar 42 Bentuk-Bentuk Alur

c Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka setengah terbuka dan tertutup

d Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi

2 Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu

a Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

18

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring

b Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu

c Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang

besar Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub silinder)

a Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis salient pole kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

Belitan-belitan medannya dihubung seri Ketika belitan medan ini disuplai oleh

Eksiter maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan Bentuk

kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 42 berikut

Gambar 42 Rotor Kutub Menonjol

19

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm) Generator sinkron tipe seperti

ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit

listrik Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang

karena

bull Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising

jika diputar dengan kecepatan tinggi

bull Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis

apabila diputar dengan kecepatan tinggi

b Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)

Pada jenis non salient pole konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan

rotor Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang

mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter Gambaran

bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada

Gambar 24 berikut

Gambar 24 Rotor Kutub Silinder

20

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik

tenaga uap Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena

Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan

putar tinggi

Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga

lebih baik dari kutub menonjol

43 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut

1 Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan

Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan

menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap

2 Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

3 Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan

diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang

terletak di stator akan dihasilkan 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

hal tersebut sesuai dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3 berikut

E=-N dφdt (2)

E N d maks Sin t dt

N maksCost

Bila 2f N2fmaks Cos

21

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

Bila Fnp120

np120)maksCost

Maka Eeff = Cnmaks(3)

dimana Em = ggl induksi maksimum (Volt)

Eeff = ggl induksi efektif (Volt)

N = jumlah lilitan e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt)

C = konstanta f = frekuensi (hz)

n = putaran rotor (rpm)

maks= fluks magnetik maksimum (Weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik

22

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23

DAFTAR PUSTAKA

httpelibunikomacidfilesdisk1422jbptunikompp-gdl-davidmabru-21055-1-

analisis-kpdf

httprepositoryusuacidbitstream123456789217714Chapter20IIpdf

httpwwwgooglecom

httpidwikipediaorgwikiTurbin

______ (2007) Tinjauan Teoritik PLTA Bandung

Anonim (2002) Selayang Pandang PT Perkebunan Tambaksari Subang

Sumanto Motor Listrik Arus Bolak-Balik Motor Sinkron motor induksi Penerbit

Andy Offset Yogyakarta 1993

23