Generator Set Sinkron Arus AC (Alternating Current)
4.1. Pengertian Generator Sinkron
Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Generator diharapkan dapat mensuplai tenaga listrik pada saat terjadi gangguan, dimana suplai tersebut digunakan untuk beban prioritas.
Konstruksi generator AC adalah sebagai berikut:
- Rangka stator, terbuat dari besi tuang, rangka stator maerupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain.
- Stator. Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi.
- Rotor. Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat.
- Cincin geser, terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor.
- Generator penguat. Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus.
- Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikian rupa, sehingga lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medan magnet berputar. Generator itu disebut dengan generator berkutub dalam, dapat dilihat pada gambar berikut.
Konstruksi Generator berkutub dalam
Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens, yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor. Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi engine sebagai prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator. Karena ada dua kutub yang berbeda, utara dan selatan, maka tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak-balik. Besarnya tegangan induksi memenuhi persamaan:
E = Kd . Ks. ω. Φ . p .g . Nc
E = 4,44 . Kd . Ks . f . Φ . p. g. Nc
Dimana:
E = GGL yang dibangkitkan (volt) Kd = faktor kisar lilitan
ω = kecepatan sudut dari rotor (rad/second) f = frekuensi (hertz)
Φ = fluks medan magnet Nc = jumlah lilitan g = jumlah kumparan per pasang kutub per pasa
Generator AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Generator AC terdiri dari stator yang merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan. Pada generator AC jangkamya diam sedangkan medan utamanya berputar dan lilitan jangkarnya dihubungkan dengan dua cincin geser
4.2. Prinsip Kerja Engine dari Generator
Genset merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Genset dapat digunakan sebagai sistem cadangan listrik atau "off-grid" (sumber daya yang tergantung atas kebutuhan pemakai). Generator terpasang satu poros dengan prime mover berupa motor pembakaran dalam (internal combustion engine) berbahan bakar solar atau gas. Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada engine terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi, sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis.
5. Sinkronisasi Genset
Proses memasukkan satu generator untuk kerja paralel dengan generator AC yang lain disebut sinkronisasi. Pada umumnya generator sinkron yang bekerja untuk suatu sistem tenaga bekerja paralel dengan banyak generator yang lain atau bahkan juga dengan system tegangan dari PLN. Ini berarti bahwa generator tersebut di hubungkan dengan sistem yang “hidup” dengan tegangan dan frekuensi yang konstan. Seringkali sistem dimana generator akan dihubungkan sudah mempunyai begitu banyak generator dan beban yang terpasang sehingga berapapun juga daya yang diberikan oleh generator yang baru masuk tidak mempengaruhi tegangan dan frekuensi dari sistem.
Dalam hal ini, generator dikatakan terhubung pada sistem yang kuat sekali (infinite bus-bar). Mesin sinkron dalam keadaan diam tidak boleh sekali-sekali dihubungkan pada jala-jala (sistem) karena pada saat diam emf yang terinduksi pada stator adalah nol, maka bila dihubungkan ke sistem akan didapat keadaan hubung singkat. Untuk dapat mensinkronkan generator pada sistem maka perlu dipenuhi syarat sebagai berikut :
- Tegangan terminal dari generator yang akan dihubungkan dengan system harus sama dengan tegangan sistem (busbar). Hal ini dapat diamati pada penunjukan voltmeter ganda. Tegangan generator ini diatur melalui sistem eksitasi.
- Frekuensi generator hsrus sama dengan frekuensi sistem (busbar). Frekuensi generator diatur melalui governor, untuk mengetahui bahwa frekuensi keduanya sama maka dapat diamati lewat synchronoscope.
- Fasa dari generator dan phasa dari sistem harus sama pada saat generator di hubungkan. Jelasnya urutan phasa dari generator harus sama dengan urutan phasa dari sistem (busbar).
Sebelum kedua generator dihubungkan paralel, haruslah disinkronkan terlebih dahulu. Untuk mencapai kesamaan dalam tegangan dan kesamaan dalam frekuensi dari kedua generator ini mudah dikerjakan , ialah dengan mengatur serta menambah atau mengurangi kecepatan putaran dari masing-masing generator. Setelah kesamaan dalam tegangan dan kesamaan dalam frekuensi tercapai , maka tinggal untuk mencapai kesamaan dalam fasanya. Yang dimaksud dengan kesamaan dalam fasa dari kedua generator ialah jalannya sinusoida dari tegangan harus sama atau perubahan tegangan yang berjalan menurut garis sinus tiap-tiap generator itu, harus terjadi tepat bersama-sama mencapai harga nol, bersama-sama meningkat ke harga positif, bersama-sama mencapai harga positif maksimum dan selanjutnya.
6. Efisiensi Generator Set
Untuk menentukan efisiensi generator ini dapat digunakan perhitungan, yaitu effisiensi generator dengan daya nominal sesuai data teknik (misalnya : 1250 kVA).
Daya output generator = daya nominal x power factor
Dimana :
Daya nominal = 1250 kVA Power factor = 0,8
Maka diperoleh :
Daya output generator = 1250 kVA x 0,8 = 1000 kW maka perhitungan effisiensi generator adalah :
Yang dimaksud rugi-rugi adalah rugi tembaga pada stator, rugi besi dan gesekan.
7. Pembagian Beban Listrik (Load Sharing)
Untuk generator yang bekerja paralel dengan yang lain atau dengan sumber tegangan dari PLN, active power load sharing adalah fungsi dari governor mesin, dan reaktif power sharing pada eksitasi generator. Governor dapat diatur untuk memperbolehkan genset menerima beban yang lebih banyak. Pada saat genset bekerja paralel satu sama lainnya, keduanya bekerja pada kecepatan sinkron dan bekerja seperti keduanya telah berpasangan secara mekanik. Pada saat beban meningkat, frekuensi sistem akan turun sampai output total dari semua genset sesuai dengan beban baru. Power aktif (kW) dibagi antara genset dengan persetujuan speed drop dari governor mesinnya. Genset dengan speed drop yang sama bekerja paralel.
Sistem governor untuk mengamati beban dan pembagian beban dapat dilihat pada gambar blok diagram di bawah ini :
Komponen utama dari sitem di atas adalah Load Sharing Unit (LS ). Semua load sharing unit di sistem ini dihubungkan ke satu garis paralel yang merupakan satu mata rantai komunikasi antara dua load sharing speed control. Hubungan ini dibuat melalui normally open auxiliary contacts pada circuit breaker generator set. Internal output dari load sharing unit ini adalah tegangan DC. Jika tegangan ini berbeda antara kedua unit yang diparalelkan, maka arus DC kecil akan mengalir ke garis paralel. Arus ini menyebabkan bekerjanya kontrol governor untuk membuat perbedaan kecepatan, yang satu dipercepat dan yang satu lagi diperlambat. Tapi, karena unit ini dihubungkan parael, generator set dipaksa untuk bekerja bersama- sama pada kecepatan yang sama satu sama lainnya. Juga karena kenaikan pada penunjukan kecepatan diseimbangkan dengan penurunan, sehingga kecepatan sistem tetap tidak berubah. Hanya pada saat kontribusi beban diubah, dengan tujuan menurunkan arus pada hubungan paralel ke suatu harga minimum, maka sensitivitas kontrol pada setiap load sharing unit dapat digunakan untuk menyamakan output power generator yang satu dengan yang lain dalam sistem.
Plant Master Logic diprogram untuk mendeteksi starting dari genset. Genset I secara manual dihubungkan ke busbar. Pada saat beban bertambah dan melebihi kemampuan genset I , maka kontak dari load sharing unit akan menutup, Sinyal ini diterima master logic, sehingga generator yang lain harus di-start dan dibawa ke dalam sistem. Ketika genset II di-start, automatic synchronizer unit (ASU) akan memparalelkan kedua generator dan busbar PLN. Sebaliknya bila beban yang disuplai oleh generator menurun di bawah level minimum, kontak kontrol OFF pada load sharing unit akan terbuka dan mengirim sinyal ke master logic untuk melepaskan satu generator dari busbar.
0 komentar:
Posting Komentar