10. Teknologi Pengoperasian Generator

8/11/2019 10. Teknologi Pengoperasian Generator

1/45

KURSUS PRAJABATAN S1 D3

URSUS PRAJABATAN S1 D3

10. TEKNOLOGI PENGOPERASIAN GENERATOR

PT PLN ( Persero )

UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA

2007


2/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT

SURALAYA Generator dan Pengatur Tegangan

1. GENERATOR 3 PHASA

1.1. Prinsip KerjaGenerator atau altenator PLTU menerapkan prinsip pembangkitan listrik berdasarkan

induksi . Unsur utama untuk membangkitkan listrik secara induksi adalah :

Medan magnit Penghantar (kumparan) Kecepatan relatifMenurut hukum Faraday, apabila kumparan berputar didalam medan magnet atau

sebaliknya medan magnet berputar didalam kumparan, maka pada ujung-ujung kumparan

tersebut akan timbul gaya gerak listrik (tegangan).

Besarnya tegangan yang diinduksikan pada kumparan tergantung pada :

Kuat medan magnit

panjang penghantar dalam kumparan

kecepatan putar (gerakan)

Oleh karena itu formula dari pembangkitan tegangan secara induksi adalah :

d

E = - N

d t

Gambar 1. Pembangki tan GGL

___________________________________________________________________________________

BPS/TtB/Sdr Doc.01/ OPU/L3/2006 1

dimana : N = banyaknya lilitan


3/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


d = perubahan medan magnit dalam web/det.

d t

Tanda ( - ) minus menunjukan bahwa tegangan yang dibangkitkan berlawanan arah

dengan yang membangkitkan.

Didalam alternator PLTU, kuat medan magnit (fluks) ditentukan oleh besarnya arus

eksitasi, sedang banyak lilitan dari kumparan adalah tetap (konstan) sesuai yang

terpasang di stator alternator. Putaran alternator juga dijaga konstan pada 3000 rpm. Jadi

variabel dari harga tegangan hanyalah kuat medan magnit yang dalam hal ini sesuai

dengan besarnya arus eksitasi.

Genertor yang ditunjukan dalam gambar 1, terdiri dari hanya satu kumparan dan disebut

alternator satu fasa. Keluaran (out-put) daya dari alternator satu fasa terbatas hanya relatifkecil.

Gambar 2. Bentuk Tegangan AC 1 fasa

Untuk memperoleh daya listrik yang besar generator dibuat sistem tiga fasa. Generator

tiga fasa mempunyai tiga kumparan yang sama pada statornya dan penempatan dari tiap

kumparan berjarak 120 satu sama lain , lihat gambar 3. Keuntungan utama dari sistem

___________________________________________________________________________________



4/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


3 fasa dibanding sistem 1 fasa adalah dayanya yang dihasilkan 3 kali lipat dari sistem 1

fasa untuk ukuran yang sama.

Ujung ketiga kumparan ini biasanya diberi kode warna, yang berbeda yaitu, merah ( R ),

kuning ( Y ) dan biru ( B ). Tegangan yang dibangkitkan pada tiap kumparan mempunyai

bentuk dan harga yang sama, tetapi masing-masing berbeda 120 , lihat gambar 4.

Gambar 3, Susunan belitan pada alternator 3 fasa

Gambar 4, sinusoida alternator 3 fasa.

1.2. Sistem Sambungan Kumparan Alternator

___________________________________________________________________________________



5/45

__________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________


PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Ujung dan pangkal tiap kumparan alternator diberi kode angka berbeda. Tetapi karena

beban pelanggan terletak cukup jauh dari alternator penyambungan dengan enam kawat

menjadi rumit dan mahal.Untuk mengatasi hal ini, maka dibuat suatu metode penyambungan yang praktis dan

hemat, yaitu:

Sambungan bintang (star).

sambungan segi tiga ( delta )

Sambungan segi tiga adalah apabila tiap ujung kumparan dihubungkan ke pangkal

kumparan yang lain, sehingga terbentuk suatu segi tiga. Kawat keluarannya diambil dari

tiap titik sambungan. Jumlah kawat keluaran ada tiga, lihat gambar 6. Metode

penyambungan cara ini biasanya digunakan dalam trafo atau motor. Hal ini sesuai karena

jumlah pengaruh dari tiap tegangan fasa sama dengan nol pada tiap saat.

Sambungan bintang adalah apabila semua pangkal kumparan dihubungkan menjadi satu

membentuk titik umum disebut sebagai titik bintang atau titik netral. Sementara ketiga ujung

kumparan merupakan sambungan keluar. Sambungan cara ini dapat disederhanakan

karena pada titik bintang ternyata arusnya sama dengan nol. Oleh karena itu titik ini

biasanya dihubungkan ke tanah, kadang kala dengan melewati suatu tahanan atau trafo.

Metode sambungan ini selalu digunakan di alternator dan juga di motor atau trafo.

Gambar 5. Kumparan Generator 3 fasa


6/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Gambar 6a. Sistem Sambungan Segitiga

Gambar 6b. Sambungan Bintang

2. Hubungan FREKUENSI dan Nilai Arus Bolak Balik

___________________________________________________________________________________


Generator yang bekerja berdasarkan induksi magnet terdiri dari medan magnet dan

kumparan. Pada umumnya generator pada pusat pembangkit menerapkan kumparan

sebagai bagian yang diam (stator) sedangkan medan magnet sebagai bagian yang

berputar (rotor) atau magnet putar. Generator merupakan mesin sinkron, artinya kecepatanputar medan magnet rotor (mekanik) sama dengan kecepatan putar medan magnet stator.


7/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Besarnya frekuensi yang dibangkitkan oleh generator ditentukan oleh kecepatan putar

medan magnet dan banyaknya kutub atau pasang kutub magnet. Atau dapat ditulis denganformula :

n x p

F = Rpm

60

Dimana F = frekuensi

p = banyak pasang kutub magnet stator

n = banyaknya putaran

60 = jumlah detik dalam satu menit

___________________________________________________________________________________


Jadi apabila suatu generator mempunyai magnet empat kutub (2 pasang) pada rotornya

berputar dengan kecepatan 3000 rpm, maka frekuensi yang dihasilkan adalah

3000 x 2

F = = 100 Hz

60

Frekuensi adalah banyaknya siklus (gelombang) dalam setiap detik dan diberi simbol F.Satuan untuk frekuensi adalah Hertz (Hz) atau cycle per second (c/s). Didalam sistemkelistrikan frekuensi hanya terdapat pada arus bolak-balik (AC). Pada arus searah (DC)tidak ada frekuensi karena besar dan arah nya tetap pada setiap saat.

Standar frekuensi listrik di Indonesia adalah 50 Hz. Oleh karena itu apabila generator unitpembangkit diputar oleh turbin dengan kecepatan 3000 rpm, maka jumlah kutubmagnetnya adalah 2 atau satu pasang. Jumlah kutub magnet suatu generator ditentukanberdasarkan putaran kerja dan frekuensi generator yang dinginkan.

Frekuensi listrik harus dijaga konstan sepanjang waktu, karena perubahan frekuensi akanmenyebabkan berubahnya putaran motor atau clock waktu. Indikator kualitas listrik yangbaik salah satunya ditunjukkan dengan frekuensi yang stabil.Arus bolak balik mempunyai bentuk gelombang sinus dan kurva nya disebut sinusoida.Mengingat harga listrik AC selalu berubah-ubah terhadap waktu, maka terdapatketentuan mengenai berbagai harga dalam listrik AC. Harga-harga tersebut adalah :

a. Harga puncak (Ampli tudo)Harga puncak adalah harga maksimum dari amplitudo gelombang sinus dalam

setengah siklus, baik itu positif maupun negatif.

Harga puncah diberi tanda ^ atau index p, misalnya arus puncak = Ip.

b. Harga puncak ke puncak

Harga puncak ke puncak adalah harga dari puncak positih hingga puncak negatif atau

sebaliknya.

c. Harga Sesaat


8/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Nilai arus AC selalu berubah setiap saat secara terus menerus. Harga sesaat adalah

harga yang diberikan setiap saat. Tegangan atau arus sesaast diberi simbul dengan

huruf kecil v dan i.

___________________________________________________________________________________


Gambar 7, Sinusoida 1 fasa .

d. Harga rata-rata

Harga rata-rata satu siklus lengkap adalah sama dengan nol. Area diantara kurva dan

sumbu waktu menunjukkan jumlah listrik yang telah mengalir selama selang waktu

tersebut. Karena bentuk kurva simetris sempurna, maka jumlah listrik yang mengalir

pada setengah siklus pertama sama dengan arus yang mengalir pada setengah siklus

berikutnya tetapi dalam arah yang berlawanan. Oleh karena itu harga rata-rata arus AC

sama dengan nol.

e. Harga efektif (rms = root mean square)

Kita perlu memiliki harga yang dapat digunakan untuk perhitungan yang menunjukkan

jumlah arus listrik. Harga efektif arus AC adalah harga yang akan menghasilkan panas

yang sama bila dialiri dengan arus DC. Bila I menunjukkan arus efektif, maka besarnya

adalah :

pp I

II= 707,0

2=

3. EKSITASI DAN PENGATUR TEGANGAN OTOMATIS

Eksitasi adalah sistem mengalirkan pasok listrik DC untuk penguat medan rotoralternator. Dalam keadaan start atau beroperasi sendiri tegangan alternator tergantungpada besarnya arus eksitasi. Apabila arus eksitasi berubah tegangan alternator jugaberubah. Tetapi alternator yang beroperasi paralel dengan sistem jaringan, tegangannyarelatif konstan. Perubahan arus eksitasi tidak merubah tegangan tetapi menyebabkan

berubahnya faktor kerja ( Cos ) dan daya reaktif ( Var ).

Terdapat dua cara mengalirkan arus eksitasi ke rotor alternator, yaitu : Sistem eksitasi dengan sikat ( brus excitation )


9/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Sistem eksitasi tanpa sikat ( brushless excitation )

3.1. Eksitasi dengan sikat

Sistem eksitasi dengan sikat terdiri dari alternator DC atau alternator AC yang arusnyadisearahkan yang berfungsi sebagai main eksiter, slipring, pilot eksiter atau generatorfrekuensi tinggi, penyearah dan pengatur tegangan otomatis. Didalam sistem ini piloteksiter atau permanen magnet generator ( PMG ) atau HFG, medan magnetnya adalahmagnet permanen. Banyaknya kutub biasanya 16, sehingga menghasilkan frekuensi 400Hz. Keluaran dari pilot exsiter adalah AC dan dialirkan lemari penyearah.

Didalam lemari ini tegangan diubah menjadi DC dan digunakan untuk mengontrol

kumparan

medan eksiter utama ( main exciter ). Gambar..8 memperlihatkan konfigurasi sistem

eksitasi dengan sikat untuk alternator 300 MW tipikal.

Gambar.8. Sistem Eksitasi

Didalam sistem ini eksitasi untuk alternator diproduksi melalui tiga tahap, yaitu pilot

eksiter, main eksiter, dan alternator. Untuk mengalirkan arus eksiter dari main eksiter ke

rotor alternator digunakan slipring dan sikat arang. Demikian pula penyaluran arus dari

pilot eksiter ke main eksiter.

3.2. Eksitasi tanpa sikat

___________________________________________________________________________________


Penggunaan sikat dan slipring untuk menyalurkan arus eksiter kerotor alternatormempunyai kelemahan, karena besarnya arus yang dapat dialirkan oleh sikat arangrelatif kecil. Oleh karena itu alternator dengan kapasitas yang besar tidak mampu lagi

mengalirkan arus eksitasi dengan sikat dan slipring, sehingga digunakan sitem eksitasitanpa sikat.


10/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Sistem eksitasi tanpa sikat pada dasarnya terdiri atas komponen yang sama dengansistem eksitasi dengan sikat, tetapi penyearah arus dilakukan dengan peralatan yang

berputar ( rotary ).Gambar.9 memperlihatkan konfigurasi sitem eksitasi tanpa sikat. Pengontrolan aruseksitasi tetap dilakukan pada sisi masuk eksiter utama. Keluaran dari main eksiteradalah tegangan AC tiga fasa pada sisi rotornya. Tegangan ini disearahkan didalampenyearah berputar ( rotating rectifier ) dan disalurkan ke alternator melalui poros. Jaditidak diperlukan lagi adanya slipring dan sikat.

Gambar 9. Sistem Eksitasi Tanpa Sikat

3.3. Pengatur Tegangan Otomatis

Kondisi beban listrik yang selalu berubah menuntut adanya sistem pengatur beban dan

tegangan yang selalu dapat mengikuti perubahan sehingga diperoleh output frekuensi

dan tegangan yang stabil. Alat untuk mengontrol beban ( frekuensi ) adalah governor

valve, sedang alat untuk menjaga agar tegangan tetap stabil adalah pengatur tegangan

otomatis (PTO atau AVR ).

Tugas utama dari AVR secara singkat sebagai berikut :

i. Mengontrol tegangan terminal generator dalam batas-batas yang ditetapkan, yang

secara tidak langsung membantu mengontrol tegangan sistem.

ii. Mengatur pembagian daya reaktif diantara mesin-mesin yang beroperasi paralel

pada sistem.

iii. Mengontrol arus medan untuk mejaga mesin berada dalam sinkronisme dengan

sistem saat beroperasi, terutama sekali pada faktor daya satu atau leading,

tergantung pada pembebanan mesin.

iv.Menaikkan eksitasi medan ketika sisitem dalam keadaan terganggu untuk menjagamesin agar selalu dalam sinkronisme dengan sistem.

___________________________________________________________________________________



11/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Gambar .10 menunjukan sekema rangkaian pengatur tegangan otomatis sederhana.

Kumparan stator PMG atau pilot eksiter memasok daya ke AC eksiter ( eksiter utama )melalui rangkaian pengatur tegangan. Besarnya daya ( arus eksitasi ) ke AC eksiter

ditunjukkan oleh perbedaan antara tegangan terminal alternator dan tegangan referensi

oleh balance meter. Perbedaan ini bisa berharga minus ( - ) dan ( + ).

Apabila perbedaan tersebut berharga minus, maka AVR menghasilkan sinyal boost,

yaitu penambahan arus eksiter ke AC eksiter. Sebaliknya jika perbedaan itu berharga

plus, maka AVR menghasilkan sinyal buck, yaitu pengurangan arus eksiter ke AC

eksiter. Apabila tidak ada perbedaan antara tegangan terminal alternator dengan

tegangan referensi, maka sinyal keluaran AVR menjadi nol , artinya tidak ada

penambahan dan tidak ada pengurangan arus eksitasi ke AC eksiter.

Gambar 10. Diagram Blok AVR

___________________________________________________________________________________



12/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT

SURALAYA Sinkronisasi dan Operasi Generator

__________________________________________________________________________________


4. SINKRONISASI GENERATOR DAN PENGARUHNYA

Bila dua sistem tegangan bolak-balik ( AC ) akan di paralel, maka kesamaan dari limakondisi atau parameter berikut ini harus dipenuhi. Kondisi tersebut adalah :

1. Tegangan

2. Frekuensi

3. Perbedaan fasa (sudut fasa )

4. Urutan fasa

5. Bentuk gelombang

Dua kondisi yang terakhir merupakan konstanta yang berkaitan dengan rancang bangundan operasinya tidak dapat dikontrol. Sedang tiga kondisi lainnya harus dikontrol agartegangan frekuensi dan sudut fasanya sama sebelum dihubungkan. Proses ini disebut

sebagai Mensinkronkan .

4.1. Prosedur Sinkronisasi Generator

Sebelum melakukan sinkronisasi generator dengan sistem jaringan (infinite bus),

pastikan bahwa :

i. Pemutus tenaga ( circuit breaker ) generator dalam keadan terbuka.

ii. Pemutus tenaga sistem eksitasi generator dalam keadan terbuka.

iii. Mesin berputar pada putaran nominal dengan governor pada posisi minimum.

iv. Semua kondisi unit normal dan memuaskan untuk di sinkronisaikan.

v. Sistem jaringan telah bertegangan dan pemisah pada bus sudah masuk.

Prosedur sinkron pada generator secara manual adalah sebagi berikut :a. Naikkan putaran mesin dengan kontrol governor hingga putarannya sama dengan

kecepatan frekuensi sistem.b. Periksa sistem eksitasi, kemudian masukan pemutus tenaga penguat medan ( field

breaker ).

c. Naikan arus eksitasi, periksa tegangan generator bila tegangan generator

mencapai normal, masukan sistem pengatur tegangan (AVR ) ke posisi auto.

d. Masukan switch synchroscope keposisi manual. Dan lihat apakah kecepatan

mesin fast atau slow dibanding kecepatan sistem.

e. Atur eksitasi agar tegangan generator sama dengan tegangan sistem. Atur

frekuensi dan sudut fasa dengan menggunakan kontrol governor agarsynchroscope berputar perlahan kearah fast.

f. Pada saat jarum synchroscope mendekati titik nol ( jam 12 ), tekan tombol

pemutus tenaga generator sehingga CB masuk pada saat jarum menunjuk titik

nol. Generator telah sinkron.

g. Matikan peralatan sinkronisasi dan selektor switch.

4.2. Pengaruh Perbedaan Tegangan , Frekuensi dan Sudut Fasa

Bila pada saat CB menutup, kesamaan dari mensinkronkan sirkit generator dengan

sistem tidak terpenuhi, maka akan terjadi gangguan listrik. Tingkat gangguan ini

tergantung kepada perbedaan dari kondisi yang telah ditentukan.

i. Tegangan


13/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Antara tegangan generator ( yang akan dipararel ) dengan tegangan sistem

jaringan harus sama besarnya ( nilainya ). Untuk menyamakan, maka tegangan

generator harus diatur, yaitu dengan mengatur arus eksitasinya.Apabila tegangan generator lebih tinggi dari tegangan sistem, maka mesin (

generator ) akan mengalami sentakan beban M Var lagging ( induktif ); artinya

generator mengirim daya reaktif ke sistem. Sebaliknya bila tegangan generator

lebih rendah dari pada tegangan sistem, mesin akan mengalami sentakan beban

M Var Leading ( kapasitif ), artinya generator menyerap daya reaktif dari sistem.

ii. Frekwensi

Frekuensi generator dan frekuensi sistem harus sama ( match ). Untuk

menyamakan, maka putaran generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur

katup governor ( aliran uap masuk turbin ). Jika frekuensi generator lebih tinggi

dari pada frekuensi sistem, sistem akan mengalami sentakan beban MW dari

mesin, artinya mesin membangkitkan MW. Sebaliknya jika generator frekuensinya

lebih rendah dari pada sistem, mesin akan mengalami sentakan MW dari sistem ,

artinya mesin menjadi motor ( motoring ).

iii. Perbedaan Fasa

Sudut fasa antara generator dan sistem harus sama. Untuk menyamakannya fasa

generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur kecepatan generator dengan

katup governor. Apabila terjadi perbedaan fasa antara generator dengan sistem

akan mengakibatkan sentakan perpindahan daya antara mesin dan sistem. Hal

ini mengakibatkan kondisi gangguan dan terjadinya sirkulasi arus antara mesin

dan sistem yang besarnya ditentukan oleh perbedaan antara keduanya.

Di dalam penyediaan listrik, perusahaan listrik mempunyai kewajiban untuk

menyediakan kualitas listrik yang stabil kepada pelanggan. Kualitas tersebut

meliputi frekuensi dan tegangan yang selau konstan.

Frekuensi di Indonesia menggunakan standard 50 Hz. Variasi frekuensi

sebaiknya tidak melebihi 1 % dari 50 Hz, yaitu : 49,5 - 50,5Hz atau 2970 -3030 Rpm.

Bila ferkuensi menyimpang dari 50 Hz , maka jam listrik dan putaran motor akan

berubah sehingga untuk peralatan yang presisi perubahan ini dapat

mengakibatkan terganggunya operasi alat. Batas waktu penyimpangan yang

diperbolehkan dan tidak menimbulkan pengaruh adalah selama 10 detik. Jika

jumlah pembangkitan MW melebihi kebutuhan pelanggan ( konsumen ), maka

kelebihan energi ini menaikan putaran rotor semua turbin generator yang

terhubung ke sistem sehingga frekuensi naik. Sebaliknya bila kebutuhan beban

pelanggan lebih besar dari MW yang dibangkitkan , maka semua turbin generator

putarannya berkurang sehingga frekuensi nya turun .

__________________________________________________________________________________


Tegangan nominal untuk sistem tegangan rendah kepada pelanggan adalah 220Volt. Variasi tegangan yang disarankan tidak melebihi 6 % dari tegangan


14/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


__________________________________________________________________________________


nominalnya. Jadi untuk tegangan nominal 220 Volt rentangnya adalah 206,8~

233,2 V. Tidak seperti frekuensi, tingkat ( level ) tegangan pada seluruh sistem

tidak sama. Tegangan sistem dapat dipengaruhi oleh keadaan setempat ataulingkungan.

Gambar 11. Kurva Perbedaan Fasa

4.3. Sudut Fasa dan Synchronoscope

Seringkali terdapat kerancuan antara perbedaan fasa dan frekuensi. Frekuensi

adalah banyaknya siklus ( sinusoida ) dalam satu detik dari suatu sirkuit listrik. Sedang

perbedaan fasa adalah pergeseran sudut antara satu sirkuit dengan sirkit listrik yanglain untuk fasa yang sama, lihat gambar 11.


15/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Untuk dapat melihat perbedaan fasa secara grafis diperlukan instrument oskiloscope.

Tetapi didalam penerapannya menjadi tidak praktis untuk memasang osiloskop padapanel listrik (alternator ). Sebagai gantinya dipasang synhroskop dan lampu untuk

mengetahui perbedaan fasa ini. Didalam sinkroskop ini hanya ditunnjukan keterangan

slow , dan fast, serta titik atau garis yang terletak diantaranya. Apabila jarum

menunjuk kearah flow, artinya fasa alternator tertinggal dibelakang fasa sistem,

sedang apabila jarum menunjuk kearah fast, artinya, fasa alternator lebih cepat dari

fasa sistem.

Perbedaan fasa adalah nol apabila jarum sinkroskop menunjukan titik nol ( jam 12 )

atau garis tegak diantara slow dan fast. Untuk sinkronisasi harus dilakukan pada saat

jarum bergerak pelan kearah fast atau berhenti pada posisi titik nol atau mendekati

titik nol antara slow dan fast. Apabila jarum berhenti tidak pada posisi titik nol,

sinkronisasi tidak boleh dilakukan, karena ini berarti masih ada perbedaan fasa. Dan

besarnya perbedaan fasa adalah jarak antara jarum berhenti dengan titik nol.

Sinkronisasi yang dilakukan pada saat sudut fasa tidak sama dengan nol atau

mendekati nol dapat mengakibatkan kerusakan pada trafo dan alternator, karenan hal

ini berarti terjadi sentakan aliran arus sirkulasi dari alternator ke sistem atau dari

sistem ke alternator.

Gambar 12, Synchroscope

5. OPERASI GENERATOR

5.1. Kopling Magnetik

Begitu suatu generator disinkronisasikan ke sistem biasanya mesin diberi beban

minimum (block load ). Hal ini dilakukan dengan menaikan kontrol governor sehingga

uap mengalir lebih banyak ke turbin. Tetapi begitu ini terjadi timbul perbedaan

potensial (tegangan) antara kumparan stator dan tegangan terminal generator.

__________________________________________________________________________________



16/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Perbedaan tegangan ini menyebabkan arus mengalir dalam kumparan stator sehingga

menimbulkan medan magnet yang berputar pada kecepatan sinkron (sistem). Medanmagnet ini berinteraksi dengan rotor dan membentuk kopling magnet antara rotor

dengan stator melintas celah udara. Kopling magnetik ini menghasilkan suatu torsi

pada rotor yang besarnya sama tetapi berlawanan dengan torsi masukan uap,

sehingga kecepatan rotor tidak bertambah, tetapi terkunci pada sistem oleh kopling

magnetik.

Medan magnet didalam celah udara ini dapat dibayangkan seperti pita elastik yang

kekuatannya tergantung pada medan magnetik rotor dan medan magnetik yang

ditimbulkan oleh aliran arus didalam konduktor-konduktor stator. Kopling magnitik ini

merupakan media ang memindahkan energy mekanik menjadi energy listrik (MW).

Namun harus diingat bahwa kedua medan magnet tadi berputar dalam keadaan yang

sama, jadi stasioner (diam) satu sama lain.

5.2. Sudut Beban

Bagaimanapun untuk menciptakan medan magnet yang disebabkan aliran arus

stator, pertama rotor harus dinaikan kecepatan sudutnya terhadap tegangan terminal

sampai torsi lawan yang dihasilkan oleh kopling terimbangi torsi input.

Hubungan sudut ini dikenal sebagai sudut beban atau sudut rotor, lihat gambar.13.

Gambar 13. Sudut Beban atau Sudut Rotor

Jika kekuatan kopling magnetik berubah karena perubahan eksitasi ( arus rotor ), arus

stator atau pemasukan uap, maka akan ada suatu hubungan gerakan maju ( sudut

rotor dinaikan ) atau mundur (sudut rotor berkurang ), dalam arah putaran, hingga

posisi kesetimbangan yang baru dicapai. Jika kopling magnetik dibentang atau

diperlemah secara berlebihan, maka kopling akhirnya akan putus dan rotor tidak lagi

berada dalam sinkronisme dengan sistem.

Kopling tersebut dapat terputus karena dua cara, yaitu :

1. Menjaga kekuatan magnetik sama, tetapi menaikan torsi input

__________________________________________________________________________________



17/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


2. Menjaga torsi input tetap sama tetapi mengurangi kekuatan magnetik dengan

mengurangi arus rotor atau arus stator.

Bila kopling magnetik putus, maka operasi generator tidak stabil dan kondisi ini

disebut sebagai ketidak stabilan (instability) generator atau beroperasi tidak sinkron

(asychron) karena kecepatan rotor tidak lagi berada dalam sinkronisme dengan

sistem.

Ada dua macam operasi tidak sinkron yang berbeda yaitu penggelinciran kutub ( pole

slipping ) dan benar-benar operasi tidak sinkron ( true asynchronous ).

Penggelinciran kutub adalah kondisi dimana kopling magnetik terputus karena

kekuatan magnetik tidak cukup, tetapi eksitasi masih ada. Rotor akan dipercepat

relatif lambat bila kopling magnetik putus pada 1200 - 1300 pertama, dan lebih cepat

untuk 2300C berikutnya. Kopling kemudian terbentuk lagi dan mengurangi kecepatan

rotor, tetapi kekuatannya tidak cukup sehingga putus lagi dan mulai penggelinciran

kutub lagi.

Pengoperasian tidak sinkron dianggap suatu kehilangan total eksitasi medan. Pada

kondisi ini tidak ada pengurangan gaya terhadap putaran rotor, tetapi generator

menyerap semua arus magnetisainya (MVAR) dari sistem, dan beroperasi sebagai

generator induksi.

Dalam kasus lain, kondisi tersebut tidak dapat dibiarkan dan oleh karena itu pada

semuanya kecuali unit-unit yang kecil, dipasang proteksi untuk mendeteksi dan

mentripkan unit dari sistem. Untuk unit yang kecil menyingkronkan kembali dapat

dilakukan dengan mengurangi aliran uap masuk ( governor ), dan menaikan eksitasi

medan, keduanya mendorong rotor untuk kembali berada dalam sinkronisme dengan

sistem.

5.3. Kurva Kemampuan Alternator

Satu cara yang mudah untuk mempertunjukan faktor-faktor yang membatasi operasi

generator adalah dengan bentuk diagram.Diagram ini disebut capability atau power

chart. Pada umumnya suatu diagram capability disediakan untuk setiap generatordengan harga sesungguhnya yang diberikan oleh generator itu.

Dalam gambar.14a, ditunjukan diagram tersebut ditandai dengan faktor-faktor

pembatasan masing-masing dan digambarkan hanya sebagai suatu tipe, tanpa

diberikan harga sesungguhnya.

Diagram capability sesungguhnya digambarkan pada perkiraan bahwa tegangan

terminal generator dipertahankan pada harga nominalnya. Jika mengoperasikan pada

tegangan yang berbeda dari harga ini, maka diagram tidak dapat dipakai lagi. Dengan

cara yang sama digambarkan dengan menganggap bahwa semua susunan pendingin

dan parameter-parameter berada pada configurasi dan harga rancangan.

__________________________________________________________________________________



18/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


__________________________________________________________________________________


Gambar 14a. Diagram Kapabil itas Generator

Diagram capability generator dapat digunakan bersama dengan pengukuran MW dan

MVAR untuk memperkirakan parameter-parameter seperti faktor daya, arus rotor, arus

stator dan sudut motor ( beban ). Bila batas-batas pengoperasian diperjelas seperti

pada gambar 14b, dapat dimengerti bahwa lingkar batas pengoperasian yang

diperlihatkan pada suatu vektor meter dihasilkan dari diagram capability. Dapat

ditambahkan bahwa jarak dari batas kesetabilan sesungguhnya ( practical stability

limit ) ke kanan dari garis sudut rotor 750, adalah suatu garis batas keamanan yang

didasarkan terutama pada tipe apa AVR yang digunakan dan kecepatan reaksinya

terhadap perubahan tegangan terminal generator, dan apakah suatu sikuit Pembatas

VAR ( VAR limiter ) disediakan.

Jika suatu generator dioperasikan dengan AVR keluar ( AVR switched out ), yaitu

dengan kontrol eksitasi manual, maka tidak ada kontrol penstabilan ketika kondisi

beban berubah sehingga harus diberikan batas keamanan yang lebih luas.

Diagram capabilty biasanya menunjukan dua batas kestabilan yaitu, satu untuk AVR

posisi otomatis dan lainnya ketika AVR posisi manual.

5.4. Faktor-faktor Yang Membatasi Output Generator

Dalam merancang dan membuat konstruksi suatu alternator maka pabrik menetapkan

berapa kemampuan maksimum operasi kontinyu ( maximum continous rating ) dari

mesin meliputi :

MW

MVA

p.f (cos )

Tegangan statorArus stator


19/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Tegangan rotor

Arus stator

Perlu diingat bahwa :

MW

pf = = Cos MVA

MVA = V. stator x I stator x 3

__________________________________________________________________________________


Pengoprasian alternator harus sedemikian sehingga batasaan rancangan tidak

dilampaui.

Gambar 14b. Kurva Kapabilitas Generator

Perlu diingat bahwa :

MW

1. Faktor daya = = Cos. , dimana adalah sudut fasaMVA

2. MVA = KV stator x KA stator x 3= KV x KA x 3

Pengoprasian generator harus sedemikian rupa, sehingga tidak satupun batasrancangan dilampaui, karena bila dilampaui akan menimbulkan kerusakan padaalternator.Ada lima batas operasional rancangan listrik dan masing-masing harus diperhatikan .

a. Batas Arus Rotor


20/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


__________________________________________________________________________________


Batas ini ditentukan oleh tipe dan klasifikasi isolasi kumparan rotor. Pada umumnya

rotor alternator diisolasi dengan kelas B, dan ini berarti material ( bahan ) isolasi yang

digunakan tahan terhadap temperatur sampai 130

0

C.

Diatas temperatur ini isolasi kumparan memburuk karena panas sehingga

memperpendek umur mesin yang akhirnya menimbulkan kerusakan. Oleh karena itu

temperatur operasi normal maksimum harus dibatasi pada suatu harga yang akan

mencegah menurunnya kemampuan. Kenaikan temperatur rotor maksimum

sebenarnya pada alternator tertentu ditentukan oleh tipe metoda pendingin rotor dan

bagaimana susunan aliran pendinginan rotor, dan juga berdasarkan pada temperatur

pendingin sisi dingin yang ditetapkan ( 400C ).

Jika temperatur gas dingin, tekanan dan kecepatan aliran dianggap konstan pada nilai

ratednya, maka temperatur rotor hanya tergantung pada besarnya arus medan ( rotor). Arus medan maksimum yang diizinkan biasanya ditentukan oleh pabrik dan ini

berhubungan dengan batas temperatur rotor maksimum yang diizinkan untuk tipe

isolasi yang digunakan.

b. Batas Arus Stator

Sebagaimana dinyatakan pada rotor, arus stator dibatasi oleh temperatur maksimum

yang diizinkan untuk tipe material bahan isolasi yang digunakan. Temperatur

kumparan-kumparan terutama akan bergantung pada arus stator yang mengalir

melalui kumparan-kumparan stator tersebut, dengan anggapan bahwa temperatur

masuk pendingin kumparan stator dan laju aliran konstan.

Oleh karena itu pabrik menetapkan arus stator maksimum yang diizinkan dan ini akan

berhubungan dengan temperatur maksimum yang diizinkan untuk klas isolasi yang

digunakan (klas B). Jika alternator dioperasikan dengan mengalirkan arus stator

harga maksimum,pada tegangan terminal generator, maka harga MVA maksimum

operasi kontinyu tercapai.

c. Batas MW

Harga MW maksimum operasi kontinyu ditentukan oleh kemampuan pembangkit uap(steam generation ) dan nilai daya kuda (HP) dari turbin ketimbang nilai generator.

Alternator dalam teorinya sanggup membangkitkan out put MW yang harganya sama

dengan nilai MVA, dengan membuat arus pada stator sefasa dengan tegangannya,

(yaitu ketika beroperasi pada faktor daya satu). Bagaimanapun, sebaiknya pembangkit

daya nyata (MW) alternator juga harus mampu memasok daya reaktif (MVAR), dan

oleh karena itu alternator dirancang untuk beroperasi pada faktor daya lagging

(contohnya 0,85 lag).

Hal ini berarti bahwa bila arus stator maksimum mengalir, nilai out put MVA tercapai,

tetapi karena out put MW adalah sama dengan MVA x Cos , maka hanya 85% dari


21/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


__________________________________________________________________________________


out put MVA adalah MW (misalnya Cos = 0,85). Oleh karena itu diperlukan uapyang lebih sedikit dan daya turbin yang lebih kecil untuk memutar generator.

d. Batas Arus Rotor Minimum ( Batas Stabilitas )

Daya yang dipasok ke alternator, pada kecepatan konstan, adalah sebanding dengan

torsi yang diberikan pada rotor alternator oleh turbin. Daya ini harus diimbangi oleh

suatu torsi listrik yang berlawanan dari dalam generator, bila tidak rotor akan

dipercepat. Jika tegangan sistem jaringan dan kondisi frekwensi dianggap konstan,

maka torsi keseimbangan maksimum dimana alternator dapat menahan ditentukan

oleh tingkat flux magnit yang ditimbulkan oleh arus medan rotor didalam celah udara

yang memberikan kopling antara stator dan rotor. Makin kuat kopling medan magnetik,

makin kuat rotor terkunci ke stator.

Jika lebih banyak uap yang dialirkan ke turbin dan karenanya torsi rotor, meningkat

sehingga kopling magnetik akan direntang dan akhirnya akan terputus, menghasilkan

percepatan pada rotor. Hal ini akan menyebabkan suatu gangguan listrik yang cukup

besar pada sistem dan mungkin juga menyebabkan panas lebih yang tinggi pada

stator dan rotor. Suatu pengurangan arus medan, tanpa pengurangan uap akan

menghasilkan gangguan yang sama. Pemutusan kopling magnetik diikuti dengan

kehilangan kestabilan mesin tidak dapat dihindari. Oleh karena itu alternator harus

dioperasikan dengan arus rotor yang cukup untuk menjamin bahwa kopling magnetik

cukup kuat untuk menjaga kestabilan alternator pada semua out put beban.

e. Batas Pemanasan Ujung Stator

Dengan arus stator yang tinggi pada faktor daya leading, cenderung terjadi

pemanasan dari bagian-bagian ujung inti stator. Tetapi batas pemanasan ujung

biasanya dicapai jika batas kestabilan dilampaui, oleh karena itu dalam operasi normal

batas pemanasan ujung seharusnya tidak tercapai.


22/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT

SURALAYA Beban dan Daya Generator

6. MACAM-MACAM BEBAN dan DAYA

Rangkaian listrik arus bolak-balik yang merupakan beban alternator pada dasarnya terdiri

dari tiga komponen, yaitu :- Resistif (tahanan = R)

- Induktif (kumparan = L)

- Kapasitif ( kapasitor = C)

Di dalam kenyataannya beban alternator atau sistem tenaga listrik tidak pernah hanyaterdiri dari beban resistif murni saja, atau bebas induktif murni saja atau beban kapasitifmurni saja, tetapi merupakan gabungan dari dua atau tiga jenis beban tersebut.

6.1. Beban Resistif (R)

Rangkaian listrik yang hanya terdiri dari tahanan (resistor) disebut rangkaian tahanan

murni. Peralatan listrik yang mempunyai tahanan murni contohnya adalah resistor

elemen pemanas dan lampu pijar. Pada peralatan ini nilai induktansi dan kapasitansinya

dapat diabaikan.

Bila suatu rangkaian arus bolak-balik hanya terdiri dari tahanan murni, maka berlaku

hukum ohm dan formula lain sebagaimana yang diterapkan pada rangkaian arus

searah. Pada rangkaian tahanan murni arus sefasa dengan tegangan, lihat gambar 15,

sehingga besarnya daya adalah :

___________________________________________________________________________________

E

P = I x E , karena I =

RE2

maka P = atau P = I2 . R

R

Gambar 15. Arus Sefasa dengan Tegangan

Pengaruh beban resistif pada alternator akan menimbulkan reaksi jangkar pada statorsehingga timbul medan magnit yang arahnya melawan medan magnit rotor, akibatnya



23/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


putaran rotor turun. Karena putaran turun, maka frekwensi dan tegangan juga akan

turun. Untuk memulihkannya ke kondisi normal, maka putaran (aliran uap) harus di

tambah.

Akibat timbulnya medan magnit pada stator, maka pada inti kumparan stator terjadipemanasan (kenaikan temperatur) atau biasanya di sebut core end heating.

b. Beban Induktif (L)

Arus listrik yang mengalir didalam penghantar akan menimbulkan medan magnetdisekitarnya dengan arah garis gaya magnetnya mengelilingi penghantar tersebut, lihatgambar. Kuat medan magnet tergantung pada besarnya arus yang mengalir. Jika arusyang mengalir naik, kuat medan magnetnya juga naik melebar keluar dari pusatpenghantar, demikianlah sebaliknya. Melebar dan mengecilnya medan magnet akibatvariasi arus bolak-balik yang mengalir menyebabkan garis gaya magnet memotongpenghantar dan membangkitkan gaya gerak listrik didalam penghantar.

Arah dari ggl induksi ini sedemikian rupa, sehingga melawan gerakan arus yang

membangkitkannya (lihat hukum Lenz). Oleh karena itu ggl ini disebut ggl lawan. Bila

arus dalam suatu rangkaian listrik berubah, rangkaian ini mencoba melawan perubahan

itu. Sifat dari rangkaian yang melawan perubahan disebut " induktansi " dan

rangkaiannya disebut induktif. Simbul untuk unduktansi adalah L dan satuanya adalah

Henry.

Didalam rangkaian induktif, jika arus naik rangkaian menyimpan energi didalam medan

magnet. Jika arus berkurang rangkaian mengeluarkan energi dari medan magnet tadi.

Rangkaian yang terdiri dari kumparan dengan inti besi mempunyai induktif yang lebihtingggi dibanding yang hanya terdiri dari rangkaian penghantar saja. Oleh karena itu

induktansi membangkitkan ggl lawan yang melawan atau menunda perubahan arus.

Karena sifat ini, maka suatu rangkaian arus bolak-balik yang berisi induktansi tinggi

(murni), menyebabkan arus tidak naik dan turun secara bersamaan dengan tegangan.

Arus tertinggal seperempat siklus atau 90 di belakang tegangan sepanjang siklus, lihat

gambar 16, atau dikatakan arus tidak sefasa lagi dengan tegangan dengan sudut 90.

Tetapi didalam penerapannya tidak ada rangkaian listrik induktif murni.

Dalam rangkaian induktif selalu terdapat tahanan R, sehingga didalam rangkaian induktifarus tertinggal dari tegangan dengan sudut kurang dari 90. Besarnya sudut ini

tergantung pada seberapa besar kandungan tahanan induktansi.

Karena induktansi menyebabkan perlawanan terhadap aliran arus, maka disebut "

Reaktansi induktif "dan diberi simbol XL dengan satuan Ohm. Reaktansi induktif tidak

hanya tergantung pada induktansi , tetapi juga pada frekuensi. Hal ini karena makin

tinggi frekuensi makin besar laju perubahan arus dan medan magnetnya, sehingga

makin besar ggl lawan yang dinduksikan.

Reaktansi induktif XL = 2 f L

___________________________________________________________________________________

dimana : = 3,14



24/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


f = frekuensi

L = induktansi

Gambar 16. Arus Tertinggal dari Tegangan

Pengaruh beban induktif terhadap alternator adalah pemanasan pada kumparan rotor.

Beban induktif menyebabkan tegangan turun dan faktor daya rendah, sementara arus

generator naik akibat reaksi jangkar di stator. Akibat selanjutnya tegangan cenderung

turun sehingga untuk mengembalikan ke harga normal arus eksitasi harus ditambah.

Penambahan arus eksitasi ini akan menyebabkan pemanasan pada rotor.

c. Beban Kapasit if (C)

Apabila induktansi bersifat selalu melawan perubahan arus, maka kapasitansi bersifat

menahan perubahan tegangan. Kapasitansi timbul dalam rangkaian listrik karena

___________________________________________________________________________________



25/45

__________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________


PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


terdapat bagian yang dapat menyimpan muatan listrik. Untuk melihat pengaruh

kapasitansi terhadap tegangan, lihat gambar di bawah ini. Sebelum switch ditutup

tegangan antara plat adalah nol dan tidak ada arus mengalir. Ketika switch ditutup, satu

sisi plat terhubung ke terminal positif batere dan plat yang lain keterminal negatif.Akibatnya elektron (arus listrik) akan mengalir dan memuati plat. Pada mulanya arusnya

besar, tapi makin lama makin kecil dan akhirnya arus berhenti mengalir ketika muatan

listrik di plat sudah penuh dan tegangan diantara plat sama dengan tegangan batere

(sumber).

Kejadian memuati listrik ke dalam kedua plat hingga bertegangan disebut kapasitansi

dan rangkaian kedua plat disebut kapasitor atau kondensor. Jadi kapasitansi melawan

perubahan tegangan dan menunda timbulnya tegangan. Bila switch dibuka muatan listrik

tetap berada di dalam kedua plat atau kapasitor tetap menyimpan energi listrik. Muatan

ini akan berkurang dan bahkan habis (discharge), apabila diantara kedua platdihubungkan kesuatu beban (rangkaian). Proses pengisian (charging) dan pembuangan

muatan (discharging) pada kapasitor akan terjadi berulang-ulang, apabila kapasitor

dihubungkan ke sumber arus bolak-balik lihat gambar 17 Oleh karena kapasitansi

memyebabkan penundaan timbulnya tegangan , maka arus dan tegangan menjadi tidak

sefasa. Didalam rangkaian kapasitif arus mendahului tegangan dengan sudut 90.

Tetapi karena tidak ada rangkaian listrik, yang hanya terdiri dari kapasitansi murni,

melainkan selalu dibarengi adanya tahanan (resistansi), maka besarnya sudut fasa

anatara arus dan tegangan tidak sampai 90. Karena kapasitansi menyebabkan

perlawanan terhadap perubahan tegangan, maka disebut reaktansi kapasitif, dan diberisimbul XC dengan satuan Ohm. Besarnya reaktansi kapasitif tidak hanya tergantung

pada kapasitansi tetapi juga pada frekuensi. Bila frekuensi atau kapasitansi naik,

reaktansi kapasitif turun.

1

Reaktasi kapasitif = XC =

2 f C

dimana C = kapasitansi

Gambar17a. sirki t beban kapasitif


26/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Gambar 17b, Kurva dan vektor beban kapasitif

Pengaruh beban kapasitif terhadap alternator adalah meningkatnya suhu stator, karena

adanya penguatan medan magnet dari luar (sistem). Beban kapasitif menyebabkan

tegangan cenderung naik karena adanya penambahan eksitasi dari luar, akibatnya

kumparan stator menjadi lebih panas sedang arus eksitasi ke rotor menjadi kecil

sehingga alternator cenderung beroperasi ke daerah tidak stabil.

6.1. Daya dan Energi

Bila arus mengalir melalui suatu hambatan, maka timbul panas pada hambatan tersebut.Lalu disebut apakah panas yang timbul itu ?. Sebagaimana dalam ilmu mekanik ada dua

istilah disini dan keduanya mempunyai definisi yang sama. Istilah tersebut adalah Daya

dan Energi. Energi listrik adalah kemampuan sistem listrik untuk melakukan kerja.

Satuan pengukuran energi listrik adalah Joule atau Watt jam.

Disebut kerja (usaha) telah dilakukan, apabila muatan sebesar Q Coulomb berpindah

melalui perbedaan tegangan V Volt.

Work = V . Q Joule

Q = I . t Coulomb

atau W = V . I . t Joule

Jadi, Energi = W = V . I . t Joule

Sedangkan daya listrik adalah laju (rate) dari kerja yang dilakukan. Karena Joule adalah

satuan kerja, maka daya di ukur dalam Joule per detik. Istrilah yang lebih umum untuk

satuan daya adalah Watt.

1 Watt = 1 Joule per detik

Energi atau Kerja (joule)

Sehingga Daya =

Waktu (detik)

___________________________________________________________________________________



27/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


V . I . t

P = Watt

tP = V . I Watt

___________________________________________________________________________________

Dengan menggunakan formula hukum Ohm dapat diperluar menjadi,

P = V . I Watt

Karena V = I . R

V2

maka P = I2. R atau P =

R

6.2. Macam-macam Daya

Mengingat sifat-sifat rangkaian terhadap arus bolak-balik seperti tersebut di atas, makajenis dan perhitungan daya dalam arus bolak-balik berbeda dengan daya dalam arussearah. Di dalam arus searah seperti telah dijelaskan di atas,

P = V . I Watt atau P = I2. R Watt

Di dalam rangkaian arus bolak-balik ada tiga macam daya, yaitu :* Daya nyata (aktif)* Daya semu* Daya reaktif

Daya nyata (true power)Daya nyata adalah daya yang dapat dilihat hasilnya dan merupakan hasil perkalian

antara arus dan tegangan dengan faktor daya (Cos ), dengan satuan Watt, ditulis :

P = V . I . Cos . Watt

Faktor daya adalah pergeseran fasa antara arus dan tegangan. Di dalam rangkaianarus bolak-balik, beban rangkaian merupakan gabungan dari beban R, L dan C. Olehkarena itu selalu timbul perbedaan fasa antara arus dan tegangan. Besarnya sudutpergeseran fasa tergantung dari kandungan L dan C dalam rangkaian. Faktor daya

atau Cos merupakan perbandingan antara hambatan R dan impedansi Z.

Bila dalam arus searah berlaku hukum Ohm untuk mencari hubungan antara, arus

dan hambatan, maka dalam arus bolak-balik formula tersebut berlaku. Tetapi

hambatan arus bolak-balik adalah impedansi Z. Impedansi adalah hasil penjumlahan

secara aljabar dari R, XL, dan XCatau ditulis :

Z = R2+ (XL- XC)2

Sehingga besarnya arus dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm.

VI =



28/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Z

Daya nyata merupakan daya yang menghasilkan panas setara dengan panas yang

dihasilkan peralatan tersebut bila dialiri arus searah.

Gambar 18, Kurva daya Arus sefasa dengan tegangan.

Daya Semu (Apparent power)

Daya semu adalah daya yang mengabaikan adanya beban induktif dan bebankapasitif, atau perkalian antara arus dan tegangan dengan satuan Voltampere.

P = V . I Voltampere

Suatu rangkaian listrik arus bolak-balik secara teoritis tidak mungkin hanya terdiri daribeban R, sehingga arus sefasa dengan tegangan. Oleh karena itu daya ini disebutdaya semu, karena dalam prakteknya kemungkinan arus sefasa dengan tegangankecil sekali.

Daya Reaktif (Reactive power)

Daya reaktif adalah daya hasil perkalian antara arus dan tegangan dengan sinus ,dan satuannya adalah Voltampere reaktif (Var).

P = V . I sin Voltampere reaktif (Var)

Ini adalah daya yang tidak menghasilkan kerja (panas) atau daya yang tidak berguna(Wattless power), tetapi selalu timbul di dalam rangkaian arus bolak-balik. Daya initidak menghasilkan panas tetapi memerlukan arus untuk energis atau memuatirangkaian induktif atau kapasitif. Gambar 18 menunjukkan kurva daya dalam berbagairangkaian (resitif, induktif dan kapasitif). Hubungan diantara ketiga daya dapatmembentuk suatu segitiga dan disebut segitiga daya, lihat gambar 19.

Daya semu ( S )2 = Daya nyata ( P )2 + Daya reaktif ( Q )2

S2 = P2 + Q2

___________________________________________________________________________________



29/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Sudut antara daya nyata dengan daya semu adalah sudut , dan faktor daya juga

dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara daya nyata dengan daya semu.

P

Faktor daya : Cos =

S

Gambar 18. Kurva Daya Rangkaian Induktif dan Kapasitif

___________________________________________________________________________________

MVA

MVar

MW

Gambar 19. Segitiga Daya

7. KONSTRUKSI GENERATOR

Alternator atau generator merupakan komponen utama PLTU yang berfungsi untuk

merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Kapasitas alternator dari waktu ke waktu

berkembang semakin besar dengan teknologi konstruksi dan rancang bangun yang

semakin maju. Kapasitas alternator PLTU di Indonesia sangat bervariasi, karena

pembangunannya disesuaikan dengan kebutuhan energi yang harus dilayani.



30/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Kostruksi alternator PLTU semuanya menggunakan medan magnet putar . Hal ini

bertujuan untuk memudahkan penyambungan (connection) energi listrik keluar alternator,

karena titik terminal penyambunagn benda pada stator.

Komponen utama alaternator terdiri dari :

a. Casing (frame atau rangka)

b. Stator (inti dan kumparan)

c. Rotor

d. Eksiter

7.1. CASING

Casing terbuat dari baja ringan yang dirancang untuk menopang inti stator dan

kumparan-kumparan nya.. Pada umumnya generator di PLTU didinginkan denganhidrogen yang bertekanan. Oleh karena itu casing harus dirancang mampu menahan

tekanan dan ledakan hidrogen yang mungkin terjadi . Besarnya tekanan ledak

diperkirakan dua kali tekanan hidrogen.

___________________________________________________________________________________

Gambar 20. Generator dan eksiter

7.2. Stator

Stator terdiri dari inti stator dan kumparan. Pada generator-generator ukuran kecil, inti

statornya dibuat menjadi satu dengan casing, tetapi pada generator ukuran besar inti

statornya dibuat sebagai komponen terpisah. (lihat gambar 21 dan gambar 22). Inti ini

terbentuk dari susunan plat-plat baja silikon yang mempunyai sifat kemagnetan yang

baik dikompres dengan rapat sekali, tetapi diisolasi satu sama lain dengan pernis atau

kertas berisolasi (impregnated paper).



31/45

__________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________


PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Susunan plat baja silikon yang membentuk inti ini biasanya disebut laminasi. Laminasi-

laminasi ini membentuk saluran yang baik sekali bagi flux magnit yang dihasilkan oleh

rotor. Isolasi pada laminasi mengurangi besarnya arus pusar (Eddy current), sehingga

mengurangi kerugian panas yang timbul. Inti ini dibuat membentuk alur-alur untukmenempatkan kumparan dan lubang-lubang untuk saluran pendingin yang akan

bersirkulasi untuk menyerap panas. Disepanjang keliling bagian dalam dari inti ini

mempuyai sederetan alur-alur. Setiap alur berisi 2 lilitan (coil) yang dipasang berimpit

satu diatas yang lain dan semua lilitan ini digulung dalam 3 grup yang berbeda, setiap

grup disebut fasa.

Gambar 21. Stator Generator

Salah satu ujung dari setiap grup dihubungkan bersama untuk membentuk titik bintang

atau titik netral pada kumparan stator. Ujung yang lain dari tiap grup, merupakan

terminal keluar dari tiap fasa dan dibawa keluar dari casing generator melaui bushing-

bushing berisolasi. Ketiga penghubung ini mengalirkan energi listrik dari generator ke

transformator generator


32/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Gambar 22, Inti dan Kumparan Stator

Didalam kumparan-kumparan stator dibangkitkan tegangan tinggi sehingga kumparan-

kumparan tersebut harus diisolasi secara baik dengan bahan pembungkus coil-coil

tembaga pada lapisan-lapisan fibreglass atau pita mica, yang diisi/diresapkan secara

bertekanan dengan bitumen atau suatu bentuk fibreglass.

Coil-coil yang menggantung pada tiap ujung inti stator memberi ruangan untuk

keperluan pen yambungan-penyambungan dari coil ke coil dan ujung terakhir ke

terminal. Ujung-ujung kumparan dijepit dengan kuat sekali dengan bahan isolasi seperti

pasak bakelite, pita isolasi dan mur-mur dan baut-baut permali untuk mencegah

gerakan oleh gaya mekanik yang disebabkan oleh kebocoran flux magnet.

Generator-generator yang besar biasanya menggunakan pendingin air untuk coil-coil

statornya. Konduktor-konduktor dengan penampang yang berlubang persegi

mengizinkan air murni (non-conducting) untuk bersirkulasi melalui coil-coil. Inlet

manifold dan exhaust manifold mensirkulasikan dan menampung air pendingin.

Media pendingin yang lain adalah gas hidrogen yang disirkulasikan sekeliling bagian

dalam dari generator oleh fan yang dipasang pada tiap ujung dari rotor. Saluran-saluran

kecil dan alur-alur dalam inti stator dan dalam metal rotor serta kumparan rotor

memungkinkan gas untuk mendinginkan bagian-bagian ini secara kontak langsung.

7.3. Rotor

Bentuk rotor dari generator besar yang diputar dengan turbin uap biasanya tipe silinder

dengan 2 atau 4 kutub magnet. Rotor ini dibuat dari metal tempa berbentuk silinder

sepanjang generator. Untuk mesin-mesin berkutub 4 yang lebih besar diameternya

sampai 1,5 meter. Kedua ujung rotor yang merupakan poros dibuat berdiameter lebih

kecil untuk dipasang bantalan journal. Pada salah satu sisi poros ini dilengkapi dengan

slipring atau terminal untuk menyalurkan arus aksitasi (penguat). Sepanjang keliling

bagian luar rotor di buat alur-alur aksial untuk menempatkan kumparan. Pada mesin

berkutub 2 alur-alur ini membawa kumparan-kumparan (coil) rotor separuh searah

jarum dan separuh lainnya berlawanan jarum jam.

___________________________________________________________________________________



33/45

__________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________


PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Dengan cara ini, bila arus dialirkan ke kumparan-kumparan rotor, maka dihasilkan

medan magnit yang mempunyai kutub utara dan selatan pada sisi yang berlawanan.

Untuk mesin berkutub 4, coil-coil digulung sedemikian rupa sehinga kutub-kutub utara

dan selatan akan berselang seling satu sama lain dengan sudut 90. Pada kedua tipe

mesin ini , tiap alur membawa beberapa lapis coil hingga bagian dalam. Tiap coil

diisolasi satu sama lain dan pada samping-samping alur biasanya disisipi dengan mica

atau strip-strip dan palung-palung fibreglass.

Pada tiap ujung alur, antara ujung kumparan yang satu dengan ujung kumparan yang

lain dihubungkan dengan penghubung yang berada diluar alur pada kedua sisinya

hingga membentuk coil yang konsentris. Bagian yang menggantung dari coil tidak

mendapat penyangga dari alur rotor, dan harus menahan gaya sentrifugal yang tinggi

akibat perputaran dari rotor. Oleh karena itu bagian yang menggantung ini dijepit

dengan blok-blok terisolasi, dan ditahan dalam ring pengikat coil retaining ring yangberbentuk silinder. Ring ini dibuat dari bahan baja austenit non-magnetis dengan

kandungan mangan tinggi yang diameter luarnya sedikit lebih besar dari rotor. Ring ini

dipasang dengan cara dipanaskan (shrink-fitted).

Gambar 23. Kumparan Rotor

Coil-coil dan pasak-pasak dilekukkan dan dilobangi, sementara alur-alur rotor dibuat lebih

dalam dari coil agar gas pendingin (hidrogen) bersirkulasi. Retaining ring selain berfungsi

untuk menahan kumparan rotor yang berada diluar alurnya terhadap gaya sentrifugal,

juga mencegah kenaikan kebocoran flue dan stray load yang sebanding dengan

besarnya arus.


34/45

__________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Gambar 24, Ring-ring pengikat rotor dan kumparan-kumparan

Kedua ujung kumparan rotor dihubungkan pada slip ring -slip ring yang dipasang pada

poros dan terisolasi terhadap poros tersebut, atau dihubungkan pada terminal penyearah

berputar untuk jenis eksitasi tanpa sikat. Sikat karbon yang dipasang pegas ditahan

disekeliling slip ring-slip ring untuk menyalurkan arus ke rotor.

Bentuk utama lain dari rotor adalah yang dikenal sebagai rotor dengan kutub menonjol

(salient pole rotor). Tipe ini biasanya diputar pada kecepatan yang lebih rendah seperti

pada turbin air. Kecepatan yang lebih lambat memerlukan jumlah kutub yang lebih

banyak untuk menghasilkan frekwensi 50 Hz, karena :

Frekwensi = kecepatan putaran (put/det) x Jumlah pasang kutub / 60n x p

f =

60

Kecepatan yang lebih lambat menyebabkan ukuran diameter rotor jauh lebih besar, dan

gaya sentrifugal yang timbul memnjadi lebih kecil.

Oleh karena itu struktur dari rotor dapat dibuat mengitari suatu poros yang ditempa,

dengan potongan kutub-kutub yang dipasang mengitari kelilingnya dari laminasi-laminasi

yang sama seperti juga yang dipakai pada inti stator. Kumparan-kumparan Rotor

tersebut disisipkan sekeliling potongan ini. Pendinginannya bisanya dengan sirkulasi

udara karena area yang lebih besar sehingga memungkinkan pendinginan yang lebihefisien.

Tiga komponen utama yaitu, casing , inti stator dan rotor, dirancang sebagai bagian-

bagian terpisah dan diangkut ke Pusat Pembangkit. Ini memungkinkan pabrik-pabrik

mempreteli komponen hingga sesuai dengan kemampuan jalan . Inti stator adalah sangat

berat dan biasanya bagian sisi yang harus diangkat ke Pusat Pembangkit tanpa dipreteli.

___________________________________________________________________________________



35/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT

SURALAYA Pendingin dan Perapat Alternator

8. PENDINGIN GENERATOR

Mengapa alternator memerlukan pendinginan ?Alternator yang beroperasi selain memproduksi energi listrik juga menghasilkan panas

didalam alternator.. Sistem pendingin alternator diperlukan untuk menyerap panas yang

timbul didalam alternator sehingga mencegah terjadinya panas lebih yang dapat

merusak isolasi. Panas didalam alternator merupakan kerugian yang menurunkan

efisiensi alternator. Kerugian yang menimbulkan panas didalam alternator meliputi :

a. Kerugian tembaga listrik

Konduktor stator dan rotor yang dilalui arus listrik mempunyai nilai tahanan tertentu.

Besarna nilai tahanan ini tergantung pada panjang, luas penampang dan jenis

materialnya (biasanya tembaga). Aliran arus listrik (I) yang mengalir melalui konduktor

yang mempunyai tahanan (R) menimbulkan panas. Besarnya panas ditentukan olehrumus :

Panas = I2 . R ( watt)

b. Kerugian besi magnetis

Kumparan rotor alternator dialiri arus searah yang dipasok dari eksiter sehingga

menjadi magnet. Rotor yang berputar menyebabkan medan magnetnya memotong

kumparan stator dan membangkitkan listrik. Tetapi tegangan juga dihasilkan didalam

inti statornya sendiri (ingat ggl lawan) sehingga meningkatkan arus Eddy (arus pusar).

Begitu arus mengalir melalui kumparan, arus Eddy juga timbul di dalam inti danmengakibatkan panas.Untuk mengurangi besarnya arus Eddy yang menimbulkan

panas, maka inti stator dibuat dari lembaran-lembaran plat tipis yang disebut laminasi.

Laminasi dibuat dari baja silikon khusus yang diisolasi satu sama lain dengan vernis

atau material isolasi lain. Bagian lain dari struktur stator juga harus diperhatikan

untuk mencegah terjadinya arus Eddy.

Medan magnet yang berubah-ubah secara tetap di dalam inti stator memyebabkan

terjadinya lop histeris. Histerisis medan magnet ini juga menimbulkan panas.

Sebagaimana arus Eddy histerisis juga dapat dikurangi dengan membuat inti stator

dengan laminasi.

c. Kerugian gesekan dan angin (windage)

Selama rotor berputar pada kecepatan nominalnya, (3000 rpm), maka terjadi

peningkatan panas karena pengaruh gesekan dan angin terhadap media yang

mengelilinginya. Panas yang timbul pada butir a, tergantung dari besarnya arus yang

mengalir pada kumparan atau oleh besarnya beban , sedang panas yang ditimbulkan

oleh butir b dan c hampir konstan tidak tergantung pada beban. Jumlah kerugian

tersebut diatas harus diusahakan kecil hingga tidak lebih dari 2 % dari output

alternator. Oleh karena itu sistem pendingin harus mampu mencegah kenaikan

temperatur melebihi batas operasinya.

__________________________________________________________________________________



36/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


8.1. Macam-macam Pendingin

Untuk menyerap dan membuang panas (disipasi) yang timbul didalam alternator yang

sedang beroprasi dapat digunakan beberapa macam media pendingin.Media pendingin tersebut adalah :

Udara

Hidrogen

Air

Pendingin dengan udara biasanya digunakan pada alternator dengan kapasitas yangrendah, tetapi selalu ada kekecualian, karena pertimbangan keamanan ataumenyangkut hak cipta pabrik. Ada juga generator berkapasitas besar menggunakanpendingin udara atau generator berkapasitas kecil menggunakan pendingin hidrogen.

Alasan penggunaan hidrogen sebagai pendingin alternator adalah karena semakinbesarnya kapasitas alternator, maka panas yang ditimbulkanpun semakin besar. Jumlah

panas yang besar ini akan memerlukan jumlah udara pendingin yang semakin besar

pula, sehingga ukuran alternator menjadi sangat besar. Karena ukurannya besar, maka

kerugian gesekannya juga menjadi besar dan kebisingan yang timbulpun makin

menigkat. Oleh karena itu digunakan gas hidrogen untuk pendingin alternator sebagai

pengganti udara. Pendinginan alternator dengan hidrogen ada dua macam, yaitu

pendingin tak langsung (covensional hydrogen cooled machine) dan pendingin langsung

(inner cooled machine).

Pendingin hidrogen tak langsung artinya hidrogen tidak kontak langsung dengankonduktor atau inti, karena adanya isolasi, terutama pada statornya. Pendinginan

hidrogen langsung artinya hidrogen kontak langsung dengan konduktor tanpa ada

pemisahnya.

Alternator berpendingin hidrogen langsung mempunyai konduktor berongga, lihatgambar 25 sehingga gas hidrogen mengalir didalam konduktor. Pendingin alternatordengan air hanya dapat dilakukan terhadap statornya, sementara sebagai pendinginanpada rotornya biasanya menggunakan gas hidrogen. Air yang digunakan sebagaipendingin alternator adalah air murni (H2O) dengan daya hantar mendekati nol.

8.2. Keuntungan dan Kerugian

Pendinginan dengan UdaraKeuntungannya :a. Udara mudah diperoleh dimana sajab. Murahc. Tidak perlu perapat poros

Kerugiannya :a. Kerapatannya cukup besar

b. Daya hantar panas rendah

c. Koefisien perpindahan panas rendah

__________________________________________________________________________________



37/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


d. Kebersihannya kurang

. Pendinginan dengan hidrogen

Keuntungan :

a. Kerapatannya rendah ( nya udara )

b. Daya hantar panas tinggi ( 7 kali udara )

c. Koefisien perpindahan panasnya tinggi

d. Tidak menimbulkan korosi asam

e. Resiko kebakaran rendah

f. Biaya pemeliharaan alternator rendah

Kerugian :

a. Resiko terjadinya ledakan tinggi ( 5% s/d 75% hidrogen di udara )

b. Memerlukan sistem perapat poros

c. Memerlukan gas antara ( CO2atau N2)

d. Memerlukan pasok hidrogen

e. Memerlukan casing yang kuat untuk menahan tekanan ledak

Gambar 25. Konduktor Berongga untuk Generator

Pendinginan dengan air

Keuntungan:

a. Kerapatannya tinggi ( 4545 lebih besar dari H2)

b. Daya hantar panasnya tinggi ( 3,139 )

__________________________________________________________________________________

c. Koefisien perpindahan panas tinggi ( 13,7 )



38/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Kerugian :a. Rumit konstruksi dan operasinya

b. Kondisi kimia air harus terkontrol

c. Memungkinkan air merembes ke sisi gas

Melihat keuntungan dan kerugian dari penggunaan pendingin tersebut di atas, maka

hidrogen sampai saat ini masih mempunyai banyak kelebihan dibanding jenis pendinginlain.

Hal ini karena :1. Kerapatannya rendah sehingga kerugian gesekan rendah, kebisingan berkurang

dan daya fan untuk mensirkulasikannya juga rendah.

2. Koefisien perpindahan panas tinggi dibanding udara sehingga dapat menyerap

panas lebih banyak sekalipun melewati lapisan isolasi.3. Daya hantar panas tinggi dibanding udara sehingga dapat menghantarkan

panas lebih banyak.

4. Tidak mendukung terjadinya korosi asam akibat korona didalam alternator.

Korona adalah loncatan listrik akibat tegangan yang tinggi. Apabila korona ini

melaui udara (Oksigen ) korona dapat membentuk asam sendawa ( nitrit acid )

yang merusak isolasi. Bila digunakan hidrogen, adanya korona tidak

menimbulkan terbentuknya asam sendawa.

5. Resiko kebakaran rendah, hidrogen murni tidak membantu terjadinya

kebakaran. Berbeda bila menggunakan udara, nyala api yang kecil mudah

merambat dan membesar.6. Biaya pemeliharaan rendah. Hal ini karena siklus gas tertutup dan bersih,sehingga tidak ada kotoran atau gas lain yang menyebabkan pengotoran ataupenurunan umur untuk alternator.

8.3. SIRKULASI PENDINGIN

Untuk menjaga agar tempertur media pendingin tidak meningkat terus, maka setelahmenyerap panas media pendingin ini harus didinginkan untuk membuang panas yangdikandungnya. Oleh karena itu media pendingin harus disirkulasikan.

Al ternator Berpendingin UdaraUdara pendingin disirkulasikan didalam alternator secara sirkulasi tertutup dengan dua

fan dan didinginkan didalam pendingin ( Cooler ) yang dipasang di luar dirangka

stator. Aliran udara pendingin dibagi menjadi empat jalur setelah keluar fan, lihat

gambar 26.

Jalur1. Udara diarahkan kecelah ( air gap ) melaui rotor retaining ring. Udara ini

kemudian dialirkan ke inti stator melalui ventilating duct. Jalur ini ditujukan

untuk mendinginkan retaining ring, badan rotor dan bagian pinggir inti stator.

Jalur 2. Dialirkan ke kumparan stator ke duct udara daan ke ruang ( compartement )

udara didalam rangka stator. Kemidian udara dialirkan ke duct didalam inti

untuk menyerap panas dari inti dan kumparan stator.

__________________________________________________________________________________



39/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Jalur 3. Udara dialirkan untuk mendinginkan kumparan rotor, aliran udara pendingin

melintasi tiap kumparan kemudian mengalir ke lubang-lubang badan rotor.

Jalur 4. Udara dialirkan ke kumparan stator dan ke eksiter untuk mendinginkan eksiter.Sebagian udara yang masuk ke alternator bocor melalui poros, sehingga

setiap saat udara ditambah dari atmosfir melalui saringan.

__________________________________________________________________________________

Gambar 26. siklus pendingin udara generator

Al ternator Berpendingin Hidrogen.

Untuk alternator berpendingin hidrogen tak langsung, sirkulasinya serupa dengan

alternator berpendingin udara. Tetapi pada alternator berpendingin hidrogen langsung

mempunyai sirkulasi yang berbeda dan hanya menggunakan satu fan ( blower ) yang

dipasang diporos alternator pada sisi turbin. Alternator tipe ini mempunyai dua set

pendingin hidrogen yang dipasang tegak di sisi keluar blower ( sisi turbin ), sehingga

langsung mendinginkan gas hidrogen begitu keluar dari blower.



40/45


41/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


itu digunakan gas antara, yaitu CO2 atau N2. Gas analizer digunakan untuk mengukur

dan mengetahui :

% CO2in H2 % CO2in Air

% H2in CO2

Gas analizer ini biasanya tidak terpasang tetap disistem gas untuk alternator,

sehingga perlu dipasang secara temporari ( sementara ).

Persediaan gas antara ( inert ) harus cukup sehingga tercapai % CO2 in H2 yang

disyaratkan. Sebelum ini dilakukan, sistem minyak perapat harus sudah dioperasikan

dan beroperasi dengan baik. Kita anggap kondisi alternator habis dioverhaul atau

dilakukan pemeliharaan, maka urutan pengisian adalah sebagai berikut :

1. Mengeluarkan udara dari alternator dengan CO22. Mengosongkan CO2dengan Hidrogen.

3. Menaikan tekanan hidrogen.

Sementara urutan pengeluaran H2dari alternator adalah :

1. Mengeluarkan hidrogen dengan CO2.

2. Mengeluarkan CO2dengan udara kering.

8.4.2. Perosedur Pengisian dan Pengeluaran Gas Hidrogen ( H2)

Pengisian gas H2 ke dalam generator yang berisi udara atau sebaliknya pengisianudara kedalam generator yang berisi H2dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :a.

cara langsungb. cara tidak langsung

a. Cara LangsungUdara atau gas H2yang terdapat dalam generator dikeluarkan dengan cara dihisapsehingga casing generator menjadi Vacum. Kemudian gas H2 atau udara diisikankedalam generator yang telah vacum tersebut.

o Keuntungan :

a. Uap air ( moisture ) maupun debu ( kotoran ) yang terdapat dalam generatorikut terbawa keluar.

b. Jumlah gas H2 yang diisikan lebih sedikit, karena tidak perlu pembilasan

(purging ).

c. Waktu pengisian lebih singkat dan segera mencapai kemurnian yang tinggi.

d. Tidak memerlukan gas inert CO2sebagai media perantara.

oKerugian :a. Konstruksi generator harus kokoh agar dapat menahan vacum dan tekanan

H2.b. Memrlukan sistem perapat khusus yang dapat menahan vacum dan

bertekanan.c. Memerlukan pompa vacum.

__________________________________________________________________________________



42/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


b. Cara Tidak LangsungUdara atau gas H2 yang terdapat dalam generator dikeluarkan dengan cara

memasukkan gas inertCO2. Gas ini berfungsi sebagai media perantara untuk membilas udara atau gas H2,

sehinggamencegah terjadinya percampuran antara udara dan gas H2 didalam generator.

Dengan cara ini selain diperlukan adanya gas CO2, jumlah gas H2yang digunakan jugalebih banyak.

a. Mengeluarkan udara dengan CO2- CO2dimasukan kedalam casing alternator melaui manifold bawah, sedang udara di

vent ke atmosfir melalui manifold atas, lihat gambar 28.

- Pemasukan CO2 berlangsung hingga tercapai persentasi 75% CO2in Air, kemudian

distop.b. Mengosongkan CO2dengan hidrogen

- Hidrogen dialirkan kedalam alternator melalui manifold atas, sedang CO2di vent ke

atmosfir melalui manifold bawah.

- Penaikan hidrogen berlangsung hingga tercapai tingkat pemurnian 95 % H2in CO2,

kemudian vent diatur ( diperkecil ) .

c. Menaikkan tekanan hidrogen

Setelah vent dikurangi aliran hidrogen ditambah, sehingga tekanan hidrogen di

dalam alternator naik, sedang tekanan minyak perapat menyesuaikan. Penaikan

tekanan hidrogen berlangsung hingga sedikit dibawah tekanan kerja normal.

tujuannya agar pada saat alternator dibebani dan temperaturnya naik, maka tekananhidrogen akan naik hingga mencapai tekanan kerjanya.

d. Menggeluarkan Hidrogen dengan CO2Gas CO2 dialirkan ke alternator melalui manifold bawah dan hidrogen di vent ke

atmosfir melalui manifold atas. Penggeluaran ini berlangsung hingga mencapai

konsentrasi 90% CO2in H2.

e. Mengeluarkan CO2dengan dengan udara

Setelah konsentrasi CO2 in H2 mencapai 90% pengisian CO2 ke alternator distop.

Apabila alternator akan stop lama akan dilakukan pemeliharaan, maka CO2didalam

alternator harus dikeluarkan, caranya dengan mengalirkan udara kering ke alternator

melalui manifod atas dan membuang CO2ke atmosfir melalui manifold bawah.

Pengisian dan pengeluaran gas ke dan dari alternator sebaiknya dilakukan dengan

alternator dalam kondisi diam ( berhenti ), tetapi apabila terpaksa karena sesuatu hal,

proses tersebut dapat dilakukan dalam kondisi alternator berputar. Namun ini berarti

memerlukan gas yang lebih banyak.

Dalam kondisi operasi , kemurnian dan tekanan hidrogen cenderung turun. Oleh

karena itu, pasok hidrogen harus dibuka secara periodik atau kontinyu, demikian pula

vent ke atmosfir. Untuk mencegah adanya uap air didalam hidrogen, maka hidrogen di

__________________________________________________________________________________



43/45

________________________________________________________________________________

PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


dalam alternator diberi silica gell untuk menyerap air. Silica gell ini akan menjadi

jenuh setelah digunakan beberapa lama, sehingga harus di keringkan. Warna silica

gell yang sudah jenuh adalah merah muda, sedang warna yang normal adalah biru.

Gambar 28. Sistem Purg ing Gas ke Generator

9. PERAPAT POROS

9.1. Fungsi dan Konstruksi

Fungsi utama perapat poros alternator adalah, mencegah gas hidrogen keluar ke

atmosfir, karena tekanan gas hidrogen didalam alternator lebih tinggi dari tekanan

udara luar. Sebagai media perapat digunakan minyak pelumas. Konstruksi perapatyang sederhana diperlihatkan pada gambar 29.

Perapat tipe radial ini terbentuk dari dua pasang sirip perapat ( sealing fin ) dengankelonggaran ( clearance ) yang kecil. Untuk mencegah kerusakan yang disebabkanoleh gesekan, maka perapat tersebut ditekan oleh pegas yang lemas. Minyak perapatdengan tekanan sedikit lebih tinggi dari tekanan hidrogen dialirkan ketengah perapatdan memberi perapatan dengan mengalir kedua arah yang berlawanan, satu ke arahsisi hidrogen dan yang lain ke arah sisi udara. Untuk mencegah minyak masuk kedalam casing alternator, dipasang ring penghapus minyak. Minyak ini selanjutnyadialirkan ke tangki vakum dan gas hidrogen dipisahkan dari minyak untuk dikembalikan

ke alternator.

__________________________________________________________________________________



44/45

________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________


PT PLN (Persero)

UNIT JASA DIKLAT


Sedang minyak yang ke sisi udara dikumpulkan dalam tangki detraining. Minyakperapat dipasok dengan menggunakan pompa yang digerakan oleh motor listrik.Tekanan minyak perapat dipertahankan sedikit lebih ( sekitar 0,5 bar ) tinggi dari

tekanan hidrogen dengan menggunakan katup pengatur.

9.2. Jenis-jenis Perapat

Ada dua tipe perapat yang umum digunakan, yaitu :a. Perapat radial atau perapat berpermukaan aksial ( lihat gambar 29 ). Pada

umumnya alternator menggunakan perapat tipe ini, karena konstruksinya sederhana

dan pemeliharaannya mudah. Ada dua jenis perapat radial, yaitu simple flow dan

double flow. Jenis single flow mempunyai tingkat kebocoran yang lebih besar dibanding

jenis double flow, sehingga diperlukan pasok gas yang lebih banyak saat beroperasi.

b. Perapat aksial atau perapat berpermukaan radial.

Perapat aksial terdiri dari thrust bearing yang ditahan oleh pegas atau tekanan minyak

terhadap Collar pada poros rotor. Minyak dialirkan ketengah perapat dalam arah aksial

dan terbelah menjadi dua aliran dengan arah yang berlawanan. Minyak akan mengalir

ke sisi udara dan sisi hidrogen, lihat gambar 30.

Gambar 29 Perapat poros (radial) generator


45/45

10. Teknologi Pengoperasian Generator

Documents

Transcript of 10. Teknologi Pengoperasian Generator