BAGIAN I - GENERATOR

1

Sistem Kelistrikan

Unit Pembangkit Listrik

Outline Sistem Kelistrikan Pembangkit

2

1. Generator

2. Transformer

3. Gardu Induk Pembangkit

4. Sistem Kelistrikan Bantu (Auxiliary Power System)

5. Sistem DC & Sistem Emergency

6. Sistem Perangkat Proteksi Lokal

Bagian I - Generator

3

Sub Bahasan :

Generator

Sistem Eksitasi

Sistem Sinkronisasi

Generator

4

Fungsi Generator : menghasilkan tenaga listrik /

mengubah energi gerak pada turbin menjadi energi

listrik; pada nilai tegangan dan frekuensi

tertentu.

Pada pembangkit umumnya digunakan generator

sinkron 3 fase, dengan tegangan pembangkitan s.d

tegangan menengah;

Energi listrik yang dibangkitkan generator

dikirimkan ke trafo utama dan trafo unit

pembangkit.

Generator

5

6

7

Komponen Generator

8

Komponen utama generator :

Rotor : bagian yang berputar

Stator : bagian yang diam

Exciter : menghasilkan arus eksitasi yang diperlukan generator

Pada generator dengan kapasitas besar:

kumparan medan berada di rotor

tegangan listrik diinduksikan kumparan jangkar di stator.

Komponen Pendukung generator :

Pendingin generator

Relai proteksi

Rotor

9

10

Stator

11

Prinsip Operasi Generator

12

Frekuensi generator

13

Frekuensi generator sinkron dengan putaran mekanis

generator.

Frekuensi adalah fungsi kecepatan putaran dan jumlah kutub.

120

Pnf s

No. of polesSpeed (rpm) at

50 Hz

Speed (rpm) at

60 Hz

2 3,000 3,600

4 1,500 1,800

6 1,000 1,200

8 750 900

10 600 720

12 500 600

Tegangan Luaran Generator

14

Luaran generator berupa tegangan bolak balik (AC)

Tegangan generator adalah fungsi :

Kecepatan putaran dan

Fluks medan arus eksitasi

Konstanta : jumlah belitan, susunan belitan, jumlah kutub

Eeff = C n

k If

AC Sinusoidal

15

AC Power

16

Daya sesaat (p)= nilai tegangan sesaat dikalikan arus sesaat

Daya aktif (P) = daya yang didisipasikan menjadi kerja

Daya rekatif (Q)= daya yang diubah pada komponen reaktif

Daya semu (S) =

Faktor daya (pf) =

Generator 3 Phase

17

Tengangan 3 fase

18

Hubungan 3 fase

Hubungan bintang Y

Vline = 3 x Vphase Iline = Iphase

Hubungan Delta

Iline = 3 x Iphase Vline = Vphase

Daya rangkaian tiga fase

Daya Sistem 3 phase

21

- Jika magnitude tegangan fase ke netral adalah |Vp|, dan

magnitude arus fase adalah |Ip| maka daya 3 fase

- P3 = 3 |Vp| |Ip| cos

P3 = 3 |VL| |IL| cos

- Q3 = 3 |Vp| |Ip| sin

Q3 = 3 |VL| |IL| cos

- |S| = (P2+Q2) = 3 |Vp||Ip|=3 |VL| |IL|

- Faktor daya = cos = P/S

Operasi Generator

Operasi tanpa beban

Operasi berbeban terpisah

Operasi paralel generator

Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron

23

Persamaan tegangan pada

generator :

dengan

Ea = tegangan induksi pada

jangkar

V = tegangan terminal output

Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

ams

saa

XXX

jIXIRVE

;

Ea = cn

Alternator tanpa beban

Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan

rotor diberi arus medan (If); tegangan akan terinduksi pada

kumparan jangkar stator.

Ea = cn

Dimana

c = konstanta mesin

n = putaran sinkron

= fluks yang dihasilkan oleh If

Operasi Generator Tanpa Beban

Operasi generator berbeban

Dalam keadaan Generator berbeban akan mengalir Arus

jangkar (Ia).

Tegangan Ea tidak sama dengan V .

kondisi ini depengaruhi oleh jenis beban yang mempunyai

power faktor berbeda dan besar Arus jangkar (Ia).

Generator berbeban dengan pf lagging

Generator Berbeban dengan pf = 1

Generator Berbeban dengan pf Leading

Regulasi Tegangan

Regulasi Tegangan (VR) menyatakan nilai prosentase untuk

pengaturan besaran tegangan antara tegangan tanpa beban

dengan kondisi berbeban (beban penuh)

Perubahan Tegangan pada Berbagai

Kondisi Pembebanan

Karakteristik Generator terhadap

Beban Daya Aktif

Kenaikan beban daya aktif akan menurunkan putaran dan

frekuensi generator

Karakteristik Generator terhadap

Beban Daya Reaktif

SISTEM EKSITASI

34

Sistem eksitasi menyediakan medan magnet yang

diperlukan pada generator

Fungsi sistem eksitasi:

Besar tegangan output generator, atau

Besar daya reaktif generator

Meningkatkan stabilitas operasi paralel generator sinkron

Sistem eksitasi secara umum terdiri dari :

Excitation power unit : menyediakan arus eksitasi

Excitation regulator : mengontrol output arus eksitasi

35

Blok Diagram Sistem Eksitasi

36

Excitation regulator

Power unit

Gnerator

Input signal

Excition

Electric system

Sistem eksitasi statik

37

Sistem eksitasi statik disuplai dari eksiter yang bukan mesin

bergerak.

Suplai daya listrik untuk eksiter dapat diambil dari output

generator itu sendiri atau sumber lain dengan melalui

excitation transformer, disearahkan melalui rectifier dan

disalurkan ke rotor generator.

Tegangan output diatur menggunakan regulator.

Eksitasi Statik

38

Sistem Eksitasi Dinamik

39

Sistem eksitasi dinamik disuplai dari eksiter yang merupakanmesin bergerak.

Arus penguat medan generator didapatkan dari exciter yang umumnya terpasang satu poros dengan generator utama

Eksiter dapat berupa :

generator DC atau

generator AC yang disearahkan menggunakan rectifier.

Eksitasi bisa dengan sikat atau tanpa sikat (brushless)

Pada generator kapasitas besar, digunakan generator penguat secara bertingkat. Generator penguat pilot (pilot exciter) dan

Generator penguat utama (main exciter).

Generator dengan eksitasi dinamik

40

Eksitasi dengan sikat

- Exciter berupa generator arus searah

- Hubungan exciter ke generator melalui slip ring dan brush

Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation)

Penyaluran arus eksitasi ke rotor generator utama menggunakan rotating rectifier (tidak menggunakan brush)

Blok Diagram Sistem Eksitasi

43

Brushless Excitation

44

Blok diagram brushless excitation

45

F

MLZ, WLZexcitation regulator

LH

2YH

1YH

GZ

KZ

JL

MKJFL

DK

Peralatan pada sistem eksitasi

Pilot exciter : memberi penguatan pada main exciter.

Main exciter : Sebagai penguat utama bagi generator setelah

terlebih dahulu mendapat arus penguatan dari pilot exciter.

AVR : Sebagai pengendali agar tegangan output generator

selalu stabil/konstan

CT/ PT AVR : Sebagai pengukur arus dan tegangan output

dari generator.

Sinkronisasi Generator

47

Sinkronisasi : menghubungkan generator sinkron ke grid

sistem interkoneksi listrik operasi paralel

Operasi sinkronisasi dilakukan menggunakan piranti

sinkronisasi (synchroscope)

Syarat operasi sinkron :

Tegangan sama

Frekuensi sama

Fase sama

Urutan fase sama

Prinsip Sinkronisasi

48

Dua tegangan yang digunakan

pada sistem sinkronisasi

diambil dari sisi sistem (grid)

dan sisi generator-

transformer. Tegangan

tersebut dikirimkan ke piranti

sinkronisasi

Tegangan sama

49

Antara tegangan generator ( yang akan dipararel ) dengan tegangan

sistem jaringan harus sama besarnya ( nilainya ).

Tegangan generator diatur dengan mengatur arus eksitasi

generator.

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.

Frekuensi sama

50

Frekuensi generator dan frekuensi sistem harus sama.

Untuk menyamakan frekuensi, 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).

Fase sama

51

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.

Pra sinkronisasi generator

52

Sebelum melakukan sinkronisasi generator dengan sistem

jaringan (infinite bus), pastikan bahwa :

Pemutus tenaga ( circuit breaker ) generator dalam keadan terbuka

Pemutus tenaga sistem eksitasi generator dalam keadan terbuka.

Mesin berputar pada putaran nominal dengan governor pada posisi

minimum.

Semua kondisi unit normal dan memuaskan untuk di

sinkronisaikan.

Sistem jaringan telah bertegangan dan pemisah (disconnecting

switch) pada bus sudah masuk.

Sinkronisasi manual

53

Prosedur sinkron pada generator secara manual :

1) Naikkan putaran mesin dengan kontrol governor hingga putarannya sama dengankecepatan frekuensi sistem.

2) Periksa sistem eksitasi, kemudian masukan pemutus tenaga penguat medan ( field breaker ).

3) Naikan arus eksitasi, periksa tegangan generator bila tegangan generator mencapainormal, masukan sistem pengatur tegangan (AVR ) ke posisi auto.

4) Masukan switch synchroscope keposisi manual. Dan lihat apakah kecepatan mesin fast atau slow dibanding kecepatan sistem.

5) Atur eksitasi agar tegangan generator sama dengan tegangan sistem.

6) Atur frekuensi dan sudut fasa dengan menggunakan kontrol governor agar synchroscope berputar perlahan kearah fast.

7) Pada saat jarum synchroscope mendekati titik nol (jam 12), tekan tombol pemutustenaga generator sehingga CB masuk pada saat jarum menunjuk titiknol. Generator telah sinkron.

8) Matikan peralatan sinkronisasi dan selektor switch.

Generator beroperasi terpisah

Apabila Generator beroperasi secara terpisah (

Isolated system) :

Daya aktif dan reaktif yang disuplai oleh Generator

ditentukan oleh jumlah kebutuhan beban yang

tersambung.

Set point, governor dari Generator akan mengendalikan

frekwensi operasi sistem daya.

Arus medan (set point regulator medan )

mengendalikan tegangan terminal sistem daya.

Operasi Paralel Generator

Persyaratan Operasi Paralel Generator :

Tegangan sama antara running dan incoming.

Frekwensi sama.

Sudut phase gelombang arus bolak-balik sama

Urutan phase sama.

Paralel Generator

Generator beroperasi

paralel, dengan menaikkan

set point governor dari

salah satu generator (G2),

maka frekwensi sistem

naik dan daya aktif yang

disuplai oleh generator

naik, sementara daya aktif

yang disuplai generator

lainnya (G1)turun.

Paralel Generator

Generator beroperasi

paralel, dengan menikkan

set ponit governor salah satu

generator (G2), tanpa

manaikkan frekwensi sistem

atau konstan, sementara

generator lainnya (G1)

menurunkan set point

governor,

Paralel Generator

Generator beroperasi paralel, dengan menaikkan salah satu arus medan

(G2), maka tegangan sistem naik, dan daya reaktif yang disuplai ke sistem

naik, sementara daya reaktif generator lainnya (G1) akan turun.

Paralel Generator dengan Infinite Bus

Jaringan infinite bus adalah jaringan sistem daya yang sangat

besar dan luas yang terhubung secara interkoneksi dari unit-

unit pembangkit.

Jika generator terhubung ke sistem infinite bus maka

pengaturan arus eksitasi/penguatan medan tidak

berpengaruh pada perubahan tegangan sistem, melainkan

berpengaruh pada pengaturan aliran daya reaktif ke sistem

Pengaturan Daya Aktif Pengaturan daya aktif ( P ) unit pembangkit yang terhubung pada

sisten infinte bus adalah dengan mengatur governor, yang berarti

mengatur jumlah bahan bakar pada PLTD, PLTG atau uap pada

PLTU, PLTP.