Kerja Paralel Antara Altenator Dengan Jaringan Listrik
description
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.