Kerja Paralel Antara Altenator Dengan Jaringan Listrik

20
7.1.8.2 Kerja Paralel Antara Altenator dengan Jaringan Listrik Jaringan listrik yang dimaksudkan disini adalah jaringan sistem tenaga listrik yang diusahakan oleh pemerintah daerah (PLN). Karena daya listrik jaringan ini jauh lebih besar daripada altenator, maka efek yang ada pada altenator tersebut hamper tidak berpengaruh (untuk idealnya dianggap tidak berpengaruh sama sekali) pada jaringan yang ada tersebut. Karena itu pula jaringan listrik tersebut untuk idealnya disebut sebagai jaringan jala-jala tak terhingga (infinite bus). Gambar 7.42. Alternator yang terhubung parallel dengan jaringan listrik Adapun karakteristik dari jaringan tak berhingga tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

description

Kerja Paralel Antara Altenator Dengan Jaringan Listrik

Transcript of Kerja Paralel Antara Altenator Dengan Jaringan Listrik

7.1.8.2 Kerja Paralel Antara Altenator dengan Jaringan Listrik

Jaringan listrik yang dimaksudkan disini adalah jaringan sistem tenaga

listrik yang diusahakan oleh pemerintah daerah (PLN). Karena daya listrik

jaringan ini jauh lebih besar daripada altenator, maka efek yang ada pada altenator

tersebut hamper tidak berpengaruh (untuk idealnya dianggap tidak berpengaruh

sama sekali) pada jaringan yang ada tersebut. Karena itu pula jaringan listrik

tersebut untuk idealnya disebut sebagai jaringan jala-jala tak terhingga (infinite

bus).

Gambar 7.42. Alternator yang terhubung parallel dengan jaringan listrik

Adapun karakteristik dari jaringan tak berhingga tersebut dapat

digambarkan sebagai berikut :

Gambar 7.43 Karakteristik jaringan tak berhingga

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa jaringan tak berhingga dapat

bertindak sebagai pemasok maupun sebagai konsumen daya listrik. Jadi apabila

generator memasok daya yang melebihi dari yang dibutuhkan beban maka daya

listrik tersebut akan dikonsumsi oleh jaringan tersebut.

Berikut ini adalah gambar/diagram frekuensi daya alternator yang

dihubungkan secara parallel dengan jaringan tak berhingga.

Gambar 7.44 Diagram fek jenis daya altenator yang terhubung parallel

dengan jaringan

Dimana :

= daya aktif jaringa Fg = daya aktif alternator Pb = daya aktif beban

= frekuensi tanpa beban (beban nol) fbp = frekuensi beban penuh

Pada saat kondisi sinkron dengan jaringan tercapai, maka alternator akan

mengambang (floating) pada jaringan tersebut dan memasok daya aktif yang

hasil, serta dengan daya reaktif yang kecil pula (atau tidak sama sekali). Hal ini

dapat dilukiskan pada diagram frekuensi daya sebagai berikut :

Gambar 7.45 Diagram frekuensi daya alternator yang terhubung dengan jaringan pada saat sinkron

Tapi kadang-kadang ada kalnya ketika kondisi sinkron dengan jaringan

tercapai, frekuensi alternator lebih mudah daripada frekuensi jaringan, maka

secara otomatis alternator akan beroperasi sebagai motor (mengkonsumsi daya

listrik) lihat gambar 7.46. Dalam sistem tenaga listrik modern, biasanya untuk

menghidari hal tersebut diatas, parallel control alternator selalu dilengkapi dengan

rele anti daya balik (power reperse relay). Rele ini secara otomatis memutuskan

hubungan antara alternator dan jaringan bila alternator akan bertindak sebagai

motor.

Gambar 7.46. Diagram frekuensi daya alternator yang terhubung parallel dengan jaringan pada saat sinkron di mana frekuensi alternator sedikit lebih

rendah daripada frekuensi jaringan.

Ketika alternator telah mencapai stabil, sinkron dengan jaringan listrik tak

berhingga, maka karakteristiknya dapat dilihat pada diagram rumah berikut :

.

Gambar 7.47. Diagram frekuensi daya alternator yang terhubung parallel dengan jaringan akibat pengubahan setelan pada governor.

Gambar 7.48. Diagram Fasor alternator yang terhubung parallel dengan

jaringan akibat pengubahan setelan pada governor.

7.1.8.3 Kerja Paralel antara Alternator

Gambar 7.49. Hubungan parallel antar alternator.

Berikut ini adalah karakteristik kerja parallel antara alternator :

Pembangian beban alternator yang bekerja parallel dipengaruhi oleh dua hal yaitu

besarnya daya masukan pada penggerak nula (misalnya dengan penyetelan

governornya, memasok uap kurang atau lebih pada PLTU) dan pengubahan arus

penguatannya.

1. Efek pengubahan penguatan

Misalkan alternator GA dan GB bekerja paralel dan masing-masing

memasok arus sebesar I, sehingga total arus beban yang dipasok sebesar 21.

kemudian penguatan GA dinaikkan, sehingga EA > EB yang berakibat

mengalirnya arus akumulasi :

Gambar 7.50. Skema rangkaian paralel alternator

IS = ……………………………………………………(7-73)

Dengan catatan ZA = ZB, sehingga ZA + ZB = 2ZS, dimana EA = ggl

alternator EA dan EB = ggl alternator B).

2. Efek pengubahan setelan governor

Jika penghantar 2 alternator yang diparalel dijaga tetap, dan misalkan

setelan governornya (pasokan bahan baker/daya masukan penggerak mula)

alternator GA dinaikan, karena GA dan GB terhubung paralel, maka kecepatan

GA akan menanggung beban (PA) lebih besar daripada paralel (PB) yang

ditanggung GE.

Gambar 7.52. Segitiga daya alternator yang terhubung parallel akibat efek

pengubahan setelan governor

Contoh soal 7.8

Dua unit alternator bekerja paralel memikul beban-beban sebagai berikut :

- Beban penerangkan 450 kW

- Beban peralatan listrik di unit produksi 1.200 kW dengan faktor daya 0,9

terbelakang.

- Beban peralatan listrik bengkel 800 kW dengan faktor daya 0,8

terbalakang.

- Beban peralatan laboratorium 500 kW dengan faktor daya 0,95 mendahulu

Jika salah satu alternator memasok daya 1.750 kW pada faktor daya

0,9 terbelakang. Hitung daya aktif dan faktor daya yang dipasok oleh mesin

lainnya.

Jawaban :

Diketahui dua unit alternator bekerja paralel

P1 = 450 kW

P2 = 1200 kW

P3 = 800 kW

P4 = 1200 kW

PA = 1750 kW

Cos1 = 1

Cos2 = 0,9 (lag)

Cos3 = 0,8 (lag)

Cos4 = 0,95 (lead)

CosA = 0,9 (lag)

Ditanya : PB = ? CosB = ?

Solusi : PA + PB = P1 + P2 + P3 + P4 = Pt

QA + QB = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Qt

Q = P tan

Pt = 450 + 1200 + 800 + 500 = 2950 kW

PB = Pt – PA = 2950 – 1750 = 1200 kW

Q1 = P1 tan1 = P1 tan (Cos-1 1) = 450 tan (Cos-1 1) = 0 kVAr

Q2 = P2 tan2 = P2 tan (Cos-1 2) = 1200 tan (Cos-1 0,9) = 581,19 kVAr

Q3 = P3 tan3 = P3 tan (Cos-1 3) = 800 tan (Cos-1 0,8) = 600 kVAr

Q4 = P4 tan4 = P4 tan (Cos-1 4) = 500 tan (Cos-1 0,95) = 164,34 kVAr

(leading)

Q1 = 0 + 581,19 + 600 – 164,34 = 1016,85 kVAr

QA = PA tanA = PA tan (Cos-1 A) = 1750 tan (Cos-10,9) = 847,56 kVAr

QB = Qt – QA = 1016,85 – 847,56 = 169,29 kVAr

Rumus :

Cos B = Cos (tan-1 PB) = Cos (tan-1 ) = Cos (tan-1 ) = 0,99 (lag)

Adapun daya aktif dan faktor daya yang dipasok mesin lain sebesar 1.200 kW

0,99 terbelakang.

7.1.9 PELAT NAMA

Hal-hal yang tertera pada pelat nama alternator umumnya adalah :

1. Merek dagang alternator (missal General Electric, Meidensha, ABB

dan lain-lain).

2. Sistem fasa listrik (umumnya tiga fasa)

3. Daya (semu) alternator (umumnya dinyatakan dalam kVA). Besarnya

adaya normal didasarkan pada besarnya daya semu dalam satuan kVA

bukan pada besarnya daya aktif dalam satuan kW, hal ini dikarenakan

pembatasan beban yang dipikul oleh alternator adalah berdasarkan

batasan pemanasan yang terjadi pada kumparan stator, hal ini terlihat

sebagai :

Besarnya pemanasan akibat rugi tembaga stator seperti terlihat pada

persamaan (7 - 49) terlihat bahwa faktor daya (Cos ) tidak punya

hubungan dengan efek pemanasan tersebut.

4. Frekuensi yang dapat diaplikasikan pada alternator (umumnya 50 Hz

atau 60 Hz). Pada dasarnya mesin pada frekuensi 50 Hz dapat

dioperasikan maksimum yang dapat dicapai oleh mesin yang

bersangkutan. Sebagaimana diketahui EA = k.., ini akan

mempengaruhi besarnya EA maksimum yang diizinkan dan berubah

ketika kecepatan putarannya diubah.

Misalnya alternator dengan frekuensi nominal 60 Hz dioperasikan

pada frekuensi 50 Hz, maka besarnya ggl yang dibangkitkan sekitar

50/60 tegangan nominalnya atau sebesar 83,3% tegangan nominalnya.

5. Nomor identifikasi alternator

6. Tanggal pembuatan (manufacturing date)

7. Standar teknis (technical standard). Menyatakan bahwa spesifikasi

teknis mengacu (referensi) pada badan standar teknis tertentu,

misalnya IEC, NEMA, BS, JIS, DIN dan sebagainya. Hal ini akan

memudahkan kita mengetahui pasti spesifikasi teknis peralatan

tersebut, karena mengacu pada satuan standar yang baku.

8. Besarnya gaya gerak listrik (EA) dalam satuan Volt.

9. Arus medan penguat dalam satuan Ampere. Arus medan ini

menentukan maksimum panas pada kumparan medan yang

diperbolehkan terlihat dari perasarana (7 - 50) Karena EA = k .,

maka secara tidak langsung besarnya It ini akan berpengaruh pada

besarnya nilai EA maksimum yang diperbolehkan. Adapun pengaruh

pencapaian It maks dan EA maks ini diterjemahkan secara langsung sebagai

nilai minimum dari faktor daya yang diperbolehkan ketika alternator

beroprasi dalam kondisi beban penuhnya (sesuai nilai nominalnya)

lihat gambar 7.53

Pada gambar tersebut terlihat diagram fasor alternator yang beroperasi

pada nilai ggl nominal dan arus jangkar nominalnya, dengan faktor

daya yang berubah-ubah. Dari gambar terlihat pada faktor daya

dengan sudut apit vector IA1 – Vph, IA2 - Vph dan IA3 – Vph menghasilkan

nilai EA < EA maks (EA1)

10. Faktor daya atau Cos . Seperti telah dijelaskan di atas bahwa

pengoperasian alternator pada kondisi beban penuh tidak boleh

memiliki faktor daya yang lebih rendah (lebih terbelakang/logging)

daripada yang tertera di pelat namanya (nilai nominal), kecuali bila

generator dioperasikan dalam keadaan beban di bawah nilai daya

semuanya.

11. Kelas isolasi

Menurut standar IEC isolasi kumparan mesin sinkron adalah :

Kelas A : suhu maksimum yang diizinkan adalah 60oC di atas

temperature ruangan.

Kelas B : suhu maksimum yang diizinkan adalah 80oC di atas

temperature ruangan.

Kelas F : suhu maksimum yang diizinkan adalah 105oC di atas

temperature ruangan.

Kelas H : suhu maksimum yang diizinkan adalah 125oC di atas

temperature ruangan.

12. Faktor pelayanan (service factor). Faktor pelayanan ini didefinisikan

sebagai perbandingan antara kemampuan actual dengan kemampuan

nominalnya. Contoh faktor pelayanan sebesar 1,2 ini berarti bahwa

alternator dapat dioperasikan maksimum pada beban 120% dari nilai

nominalnya tanpa risiko yang berarti.

7.1.10 KURVA KEMAMPUAN ALTERNATOR

Dengan memperhitungkan faktor pemanasan pada kumparan

jangkar dan kumparan medan dari suatu alternator maka harus diketahui

secara tepat batas kemampuan operasi dari alternator itu sendiri, sehingga

alternator dapat dioperasikan dalam keadaan optimum dan tingkat

keandalan yang tinggi. Keputusan yang diambil untuk menentukan batas

maksimum kemampuan alternator adalah didasarkan pada perhitungan di

dalam kurva kemampuan alternator (generatorcapability curve), yaitu

diagram kemampuan generator sinkron yang digambarkan sebagai daya

kompleks S = P + jQ, seperti gambar terlihat pada gambar 7.54 berikut :

Gambar 7.54. Kurva kemampuan generator sinkron

Kurva kemampuan alternator ini diturunkan dari diagram fasor

jatuh tegangan pada alternator itu sendiri. Misalnya alternator bekerja pada

faktor daya terbelakang sebesar , maka diagram fasor jatuh tegangannya

adalah seperti pada gambar 7.55.

Apabila diagram fasor jatuh tegangan tersebut direpresentasikan

kembali sebagai diagram fasor daya 3 fasonya dengan faktor perkalian

(3Vph XS), maka dapat diwakilkan oleh gambar 7.56

Gambar 7.55. Diagram fasor jatuh tegangan pada generator sinkron

Gambar 7.56. Diagram fasor daya listrik pada generator sinkron

Jatuh tegangan pada :

Sisi aktif : Vx = Xs. IA. Cos P = 3Vph.IA.Cos

Sisi reaktif : Vy = Xs. IA. Sir Q = 3Vph.IA.Sin

Sisi semu : Vr = Xs. IA. S = 3Vph.IA

Sedangkan panjang vector EA DE = ……………………(7-76)

(jari-jari lingkaran arus medan maksimum)

Panjang vector X

(merupakan titik tengah lingkaran arus medan maksimum)

Pemanasan pada kumparan stator seperti telah diketahui adalah

dipengaruhi oleh besarnya arus jangkar IA dimana IA S, dengan Vph

konstan.

Pemanasan pada kumparan medan dipengaruhi oleh besarnya arus

medan Ir dimana : Ir EA atau Ir DE. sedangkan batasan daya penggerak

mula :

Pcut maks = Pin maks – Prugi ………………………………….(7-77)

Contoh Soal 7.9

Sebuah alternator 3 fasa 380 Volt, 4 kutub dengan kapasitas 625 kVA

pada faktor daya 0,8 terbelakang. Alternator tersebut memiliki reaktansi

jangkar per fasa0,00191 . Alternator ini dihubungkan dengan mesin

diesel dengan kapasitas 840 daya kuda, dan memiliki rugi inti sebesar 4,2

kW, rugi mekanis 3,9 kW, rugi tahanan jangkar 13,3 kW, rugi buta 2,4 kW

serta tahanan medan 5,24 kW.

Gambarkan kurva kemampuan alternator tersebut, termasuk batas daya

penggerak mulanya.

Dapatkan generator tersebut memasok arus sebesar 950 Ampere pada

faktor daya 06 terbelakang ?

Pada gambar berikut terlihat untuk P = 375,157 kW masih dalam

lingkaran arus jangkar dan garis daya maksimum penggerak mula (masih

dalam batas aman), sedangkan Q = 500,209 kVAr sudah diluar batas

lingkaran arus medan sebesar 376,35 kVAr. Jadi kesimpulannya kondisi

operasi ini tidak aman.

Berapa besarnya daya reaktif maksimum yang dapat dipasok oleh

generator tersebut ?

7.1.11 COMMISIONING

Adalah penting untuk mengetahui penampilan dan kondisi mesin,

yang diperoleh dari hasil laporan uji kelayakan mesin di lapangan pada

saat serah terima (commisioning). Untuk alternator umumnya yang perlu

diperhatikan adalah uji yang meliputi beberapa hal sebagai berikut :

1. Pengukuran dalam keadaan berbeban

2. Pengukuran temperatur

3. Pengukuran guncangan (vibrasi)

4. Pengujian system proteksi

5. Pengukuran tahanan isolasi

Adapun hal-hal lain yang perlu diketahui biasanya didapatkan dari

data hasil uji di pabrik pembuatan seperti :

1. Pengukuran keadaan beban nol dan terhubung singkat, sehingga dapat

diketahui karakteristik dari alternator tersebut.

2. Rugi-rugi beban nol dan efisiensinya

3. Uji beban lebih (overload test)

Kontruksi dan desain mesin serta pengujian yang dilakukan

biasanya berdasarkan suatu standar teknis tertentu, sehingga perlu juga

diketahui batasan (toleransi) baik buruknya kondisi teknis mesin, untuk itu

ada baiknya juga personel yang mewakili pemilik (owner) mengacu pada

standar teknis baku mesin yang dimaksud.