bab ii tinjauan pustaka 2.1 proses pembangkitan tenaga...

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Pembangkitan Tenaga Listrik

Pembangkitan tenaga listrik semakin besar dilakukan dengan cara memutar generator

sinkron sehingga di dapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik tiga fasa. Energi

mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat dari mesin

penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula ( prime mover ). Mesin

penggerak generator yang banyak digunakan dalam praktk, yaitu : mesin diesel, turbin

uap, turbin air dan turbin gas. Mesin-mesin penggerak generator ini mendapat energi

dari:

1. Proses pembakaran bahan bakar ( mesin-mesin termal )

2. Air terjun ( turbin air )

Jadi sesungguhnya mesin penggerak generator melakukan konversi energi primer

menjadi energi generator. Proses konversi energi primer menjadi energi mekanik

menimbulkan ”produk” sampingan berupa limbah dan kebisingan yang perlu

dikandalikan agas tidak menimbulkan masalah lingkungan.

Dari segi ekonomi teknik, komponen biaya penyedia tenaga listrik yang terbesar

adalah biaya pembangkitan, khususnya biaya bahan bakar. Oleh sebab itu, berbagai

tehnik untuk menekan biaya biaya bahan bakar terus berkembang, baik dari segi unit

pembangkit secara individu maupun dari segi operasi sistem tenaga listrik secara

terpadu.

Pusat pembangkit listrik adalah tempat dimana proses pembangkitan tenaga

listrik dilakukan. Mengingat proses pembakitan tenaga listrik merupakan proses

konversi energi primer ( bahan bakar atau potensi air ) menjadi energi mekanik

penggerak generator, yang selanjutnya energi mekanik ini diubah menjadi energi

Universitas Sumatera Utara

listrik oleh generator, maka dalam pusat listrik umumnya terdapat;

1. Instalasi energi primer, yaitu instalasi bahan bakar atau instalasi tenaga air.

2. Instalasi mesin penggerak generator, yaitu instalasi yang berfungsi sebagai

pengubah energi primer menjadi energi mekanik penggerak genertor. Mesin

penggerak generator ini dapat berupa ketel uap beserta turbin uap, mesin

diesel, turbin gas, atau turbin air.

3. Instalasi pendingin, yaitu instalasi yang berfungsi mendinginkan instalasi

mesin penggerak yang menggunakan bahan bakar.

4. Instalasi listrik, yaitu instalasi yang secara garis besar terdiri dari ;

• Instalasi tenaga tinggi, yaitu instalasi yang menyalurkan energi listrik

yang dibangkitkan generator.

• Instalasi tegangan rendah, yaitu instalasi alat-alat bantu dan instalasi

penerangan.

• Instalasi arus searah, yaitu instalasi yang terdiri dari baterai aki beserta

pengisinya dan jaringan arus searah yang terutama digunakan untuk

proteksi, kontrol dan telekomunikasi.

2.1.1 Jenis-Jenis Pusat Pembangkit Listrik

Berdasarkan uraian diatas, di dalam prakteknya terdapat jenis-jenis pusat listrik

sebagai berikut;

1. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA): pusat pembangkit listrik ini

menggunakan tenaga air sebagai sumber energi primer.

2. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD): Pusat pembangkit listrik ini

menggunakan bahan bakar minyak

3. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) : Pusat pembangkit listrik ini

menggunakan bahan bakar batubara, minyak atau gas sebagai sumber energi

primer.

4. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) : Pusat pembangkit listrik ini

menggunakan bahan bakar gas atau minyak sebagai sumber energi primer.

5. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) : Pusat pembangkit

listrik ini kombinasi PLTG dan PLTU. Gas buang dari PLTG dimanfaatkan

untuk menghasilkan uap dalam ketel uap penghasil uap untuk penggerak


turbin uap.

6. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) : PLTP merupakan PLTU yang

tidak mempunyai ketel uap karena uap penggerak turbin uapnya didapat dari

bumi.

7. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) : PLTN merupakan PLTU yang

menggunakan uranium sebagai bahan bakar yang menjadi sumber energi

primernya. Uranium menjalani proses fission ( fisi ) di dalam reaktor nuklir

yang menghasilkan energi panas yang digunakan untuk menghasilkan uap

dalam ketel uap. Uap ini selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin

uap penggerak generator.

2.1.2 Instalasi Listrik dari Pusat Pembangkit Listrik

Pada umumnya pusat listrik membangkitkan arus bolak balik tiga fasa dengan

menggunakan generator sinkron. Gambar 2.1 menggambarkan diagram satu garis

instalasi tenaga listrik sebuah pusat listrik yang sederhana.

Gambar 2.1 Diagram 1 garis instalasi tenaga listrik sebuah pusat listrik

sederhana. PMT/CB = Pemutus tenaga(Circuit Breaker); PMS/DS = Sakelar

Pemisah (Diconnecting Switch)

Tegangan generator yang paling tinggi yang dapat dibangkitkan adalah 23 kV.

Pada saat ini, dalam tingkat riset sedang dikembangkan generator yang dapat

membangkitkan tegangan sampai 150 kV.


Pusat listrik yang sudah beroperasi secara komersial saat ini seperti gambar

2.1, yaitu tegangan dari generator dinaikkan dahulu dengan menggunakan

transformator, baru kemudian dihubungkan ke rel melalui pemutus tenaga (PMT).

Pemutu tenaga adalah sakelar tegangan tinggi yang mampu memutuskan arus

gangguan. Arus gangguan besarnya mencapai beberapa ribu kali besarnya arus

operasi normal.

Di depan dan di belakang setiap pemutus tenaga harus ada pemisah (PMS),

yaitu sakelar yang hanya boleh dioperasikan (ditutup dan dibuka) dalam keadaan tidak

ada arus yang melaluinya, tetapi posisi pisau sakelar harus jelas terlihat. Hal ini

berkaitan dengan masalah keselamatan kerja pada saat instalasi tegangan tinggi akan

dibebaskan dari tegangan karena akan disentuh orang misalnya untuk pekerjaan

pemeliharaan atau perbaikan.

Semua generator sebagai penghasil energi dihubungkan dengan rel (busbar).

Begitu pula semua saluran keluar dari rel pusat listrik dihubunkan dengan rel pusat

listrik. Saluran keluar dari rel pusat listrik ada yang berfungsi mengirim tenaga listrik

dalam jumlah besar ke lokasi lain dan ada yang berfungsi untuk menyediakan tenaga

listrik di lokasi sekitar pusat listrik tersebut berada, bahkan selalu ada saluran (feeder

atau penyulang) yang berfungsi menyediakan tenaga listrik bagi keperluan pusat

listrik itu sendiri. Pusat listrik memerlukan tenaga listrik untuk lampu penerangan dan

untuk menjalankan motor-motor listrik, seperti ; motor listrik penggerak, pompa air

pendingin, motor listrik penggerak penyejuk udara, motor listrik pengangkat, dan lain-

lain.

Dalam pusat listrik ini juga ada instalasi listrik arus searah. Arus searah

diperlukan untuk menggerakkan mekanisme pemutusan tenaga (PMT) dan untuk

lampu penerangan darurat. Sebagai sumber arus searah digunakan baterai aki yang

diisi oleh penyearah.

2.1.3 Masalah Utama dalam Pembangkitan Tenaga Listrik

Proses pembangkitan tenaga listrik dalam prinsipnya merupakan konversi energi

primer menjadi energi mekanik penggerak generator yang selanjutnya energi mekanik


ini dikonversi oleh generator menjadi tenaga listrik. Proses demikian menimbulkan

masalah-masalah sebagai berikut:

1. Penyediaan energi primer.

Energi primer untuk pusat listrik termal adalah bahan bakar.

Penyediaan bahan bakar meliputi : pengadaan, transfortasi dan

penyimpangan, terutama yang memerlukan perhatian terhadap resiko

kebakaran.

2. Penyediaan air pendingin

Masalah penyediaan air pendingin timbul pada pusat termal seperti

PLTU dan PLTD. PLTU dan PLTD dengan daya terpasang di atas 25 MW

banyak yang dibangun di daerah pantai karena membutuhkan air pendingin

dengan jumlah yang besar sehingga pusat listrik ini dapat menggunakan air

laut sebagai pendingin. Untuk unit-unit PLTD yang kecil, di bawah 3 MW,

pendinginnya dapat menggunakan udara dengan menggunakan radiator.

3. Masalah limbah

PLTU batubara menghasilkan limbah berupa abu batu bara dengan

asap yang mengandung gas SO2, CO2 dan NOx. Semua PLTU mempunyai

limbah bahan kimia dari air ketel (blow down). PLTD dan PLTG mempunyai

limbah berupa minyak pelumas. PLTA tidak menghasilkan limbah, malah

limbah dari masyarakat yang masuk kesungai penggerak PLTA sering

menimbulkan gangguan pada PLTA.

4. Masalah kebisingan

Pusat listrik termal menimbulkan seara keras yang merupakan

kebisingan bagi masyarakat yang tinggal di dekatnya. Tingkat kebisingan

harus dijaga agar tidak melampaui standar yang berlaku.

5. Operasi

Operasi pusat listrik sebagian besar 24 jam sehari. Delain itu biaya

penyediaan tenaga listrik sebagian besar ( + 60%) untuk operasi pusat listrik,

khususnya untuk membeli bahan bakar. Oleh karena itu, perlu dilakukan

operasi pusat listrik yang seefisien mungkin. Jika pusat listrik beroperasi

dalam sistem interkoneksi, ( yaitu pusat listrik yang beroperasi paralel dengan

pusat-pusat listrik lain melalui saluran transmisi), maka pusat listrik ini harus

mengikuti pola operasi sistem interkoneksi.

6. Pemeliharaan


Pemeliharaan peralatan diperlukan untuk :

- Mempertahankan efisiensi

- Mempertahankan keandalan

- Mempertahankan umur ekonomis

Bagian-bagian peralatan yang memerlukan pemeliharaan terutama

adalah:

- Bagian-bagian yang bergeser: seperti : bantalan, cincin pengisap (piston ring)

dan engsel-engsel.

- Bagian-bagian yang mempertemukan zat-zat dengan suhu yang berbeda

seperti : penukar panas (heat exchanger) dan ketel uap

- Kontak-kontak listrik dalam sakelar serta klem-klem penyambung listrik.

7. Gangguan dan kerusakan

Gangguan adalah peristiwa yang menyebabkan Pemutusan Tenaga

(PMT) membuka (trip) diluar kehendak operator sehingga terjadi pemutusan

pasokan tenaga listrik. Gangguan esungguhnya adalah peristiwa hubung

singkat yang penyebabnya kebanyakan petir, dan tanaman. Gangguan dapat

juga disebabkan karena kerusakan alat, sebaliknya gangguan ( misalnya yang

disebabkan petir) yang terjadi berkali-kali akhirnya mengakibatkan alat (

misalnya transformator ) menjadi rusak.

8. Pengembangan pembangkit

Pada umumnya, pusat lstrik yang berdiri sendiri maupun yang ada

dalam sistem interkoneksi memerlukan pengembangan. Hal ini disebabkan

karena beban yang dihadapi terus bertambah sedangkan di pihak lain pihak

unit pembangkit yang ada menjadi semakin tua dan perlu dikeluarkan dari

operasi.

9. Perkembangan teknologi pembangkit

Perkembangan teknologi pembangkit umumnya mengarah pada

perbaikan efisiensi dan penemuan teknik konversi energi yang baru dan

penemuan bahan bakar baru. Perkembangan ini meliputi segi perangkat keras

(hardware) seperti komputerisasi dan juga meliputi segi perangkat lunak (

software) seperti pengembangan model-model matematika untuk optimasi.

2.1.4 Sistem Interkoneksi


Pusat pembangkit listrik yang besar, di atas 100 MW umumnya beroperasi dalam

sistem interkoneksi. Pada sistem interkoneksi terdapat banyak pusat beban (yang

disebut gardu induk ,disingkat GI )yang dihubungkan satu sama lain oleh saluran

transmisi. Disetiap GI terdapat beban berupa jaringan distribusi yang melayani para

konsumen tenaga listrik. Jaringan distribusi beserta konsumen ini merupakan suatu

subsistem disribusi. Subsistem dari setiap GI umumnya tidak mempunyai hubungan

listrik satu sama lain ( lihat Gambar 2.2)

Gambar 2.2 memperlihatkan sebagian dari sistem interkoneksi yang terdiri

dari sebuah pusat listrik, dua buah GI beserta subsistem distribusinya. Karena operasi

pusat-pusat listrik dalam sistem interkoneksi saling mempengaruhi satu sama

lain,maka perlu koordinasi operasi. Koordinasi operasi ini dilakkukan oleh ousat

pengatur beban. Koordinasi terutama meliputi:

a. Koordinasi pemeliharaan.

b. Pembagian beban yang ekonomis.

c. Pengaturan frekuensi.

d. Pengaturan tegangan.

e. Prosedur mengatasi gangguan.

Gambar 2.2 Sebagian dari sistem interkoneksi, yaitu sebuah pusat listrik, dua

GI beserta subsistem distribusi


2.1.5 Proses Penyediaan Tenaga Listrik

Setelah tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat listrik, maka tenaga listrik ini

disalurkan ( ditransmisikan ) lalu didistribusikan para konsumen tenaga listrik. Proses

penyediaan tenaga listrik bagi para konsumen ini secara singkat digambarkan oleh

Gambar 2.3.Gambar 2.3 sesungguhnya merupakan salah satu bagian dari sistem

interkoneksi yang digambarkan oleh Gambar 2.2

Gambar 2.3a Proses penyediaan tenaga listrik (pembangkitan dan penyaluran)


Gambar 2.3b Proses penyedian tenaga listrik bagi para konsumen

Dalam pusat listrik, energi primer dikonversikan menjadi energi listrik.

Kemudian energi listrik ini dinaikkan tegangannya untuk disalurkan melaui saluran

transmisi. Tegangan transmisi yang digunakan PLN:70 Kv,150kV, 275Kv, dan

500Kv. PT.Caltex Pacifik Indonesia yang beroperasi di daerah Riau menggunakan

tegangan Kv.Saluran trnsmisi dapat berupa saluran udara atau saluran kabel tanah.

PLN menggunakan frekuensi 50 Hz.Sedangkan PT.Caltex menggunakan fekuensi

60 Hz. Di gardu induk ,tegangan diturunkan menjadi tegangan distribusi primer.

Tegangan distribusi primer yang digunakan PLN adalah 20 kV. Sedangkan PT.Caltex

Pasifik Indonesia menggunakan tegangan distrubusi primer 13,8 Kv.

Dari GI, energi didistribusikan melalui penyulang-penyulang distribusi yang

berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. Pada penyulang – penyulang distribusi

ini trdapat gardu- gardu distribusi. Fungsi gardu distribusi adalah menurunkan

tegangan distribusi primer menjadi tegangan rendah 380/220 Volt yang

didistribusikan melalui jaringan tanah rendah ( JTR ). Konsumen tegangan listrik

disambung dari JTR dengan menggunakan sambungan rumah ( SR ) .Dari

SR,tegangan listrik masuk,masuk ke alat pembatas dan pengukur ( APP ) trlebih

dahulu sebelum memasuki instansi rumah milik konsumen. APP berfungsi membatasi

daya dan mengukur pemakaian energi listrik oleh konsumen.

2.1.6 Mutu Tegangan Listrik

Dengan makin pentingnya peranan tenaga listrik dalam keidupan sehari-hari,

khususnya bagi keperluan industri,maka mutu tenaga listrik juga menjadi tuntutan

yang makin besar dari pihak pemakai tenaga listrik.

Mutu tenaga listrik ini meliputi:

a. Kontinuitas penyediaan;apakah tersedia 24 jam sehari sepanjang tahun.

b. Nilai tegangan ; apakah selalu ada dalam batas-batas yang diijinkan.

c. Nilai frekuensi ; apakah selalu ada dalam batas-batas yang diijinkan.

d. Kedip tegangan ; apakah besarnya dan lamanya masih dapat diterima oleh

pemakai tenaga listrik.


e. Kandungan harmonisa ; apakah jumkahnya masih dalam batas-batas yang dapat

ditrima oleh pemakai tenaga listrik.

Unsur-unsur a sampai dengan e dapat direkam sehingga masalahnya dapat

dibahas secara kuantitatif antara pihak penyedia dan pemakai tenaga listrik.

Power network anaylzer tipe TOPAS 1000 Alat ini mampu melakukan

perekaman:

a. Arus dan tegangan dalam keadaan normal maupun transien.

b. Harmonisa yang terkandung dalam tegangan.

c. Kedip tegangan,variasi tegangan, dan kemiringan tegangan.

d. Frekuensi.

2.1.7 Transmisi dan Distribusi

Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke pusat-

pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi membagikan

tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah.

Generator sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga listrik

dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator

tegangan tersebut dinaikkan menjadi 150-500 kV. Saluran tegangan Tinggi (STT)

menyalurkan tegangan listrik menuju pusat penerima, disini tegangan siturunkan

menjadi tegangan subtransmisi 70 kV. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang

diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan

menengah 20 kV. Melalui trafo distribusi yang tersebar diberbagai pusat-pusat beban,

tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang

akhirnya diterima pihak pemakai.

2.2 Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

2.2.1 Prinsip Kerja PLTG


GENERATOR

Gambar 2.4 skema PLTG

Secara garis besar diagram ini dimulai dari energi udara dan bahan bakar

diubah menjadi energi gas. Energi gas yang dihasilkan dari proses pembakaran

digunakan untuk memutar Turbin sehingga pada step ini ada perubahan energi dari

energi gas menjadi energi mekanik. Karena Turbin dan Generator satu poros maka

pada saat Turbin berputar maka Generator juga ikut berputar sehingga menghasilkan

energi listrik, pada step ini terjadi perubahan energi yaitu dari energi mekanik menjadi

energi listrik.

Udara luar dihisap oleh compressor dan dialirkan ke combuster, demikian juga

dengan bahan bakar yang dipompa oleh pompa bahan bakar menuju combuster juga.

Pada combuster terjadi pertemuan antara udara, bahan bakar, dan panas yang

ditimbulkan oleh ignitor sehingga terjadi pembakaran. Dari hasil pembakaran

menghasilkan gas yang kemudian gas tersebut memutar Turbin dan juga memutar

Generator karena satu poros sehingga timbulah listrik. Sisa gas yang digunakan untuk

memutar Turbin sebagian keluar menuju Stack. Dari flow Diagram diatas dapat

dimbil kesimpulan bahwa pada PLTG menggunakan Siklus Terbuka (Open Cycle)

karena gas yang telah digunakan untuk memutar Turbin langsung dibuang ke Stack

atau dimanfaatkan sebagai pemanas awal pada PLTGU. Dengan menggunakan analisa

termodinamika dapat digunakan siklus brayton, pada siklus ini ada 2 prsoses isobaric

dan 2 proses isentropic.

Proses Pembangkitan PLTG


Gambar 2.5 Proses Pembangkitan pada PLTG

Sesuai dengan prisip kerja dari PLTG maka proses pembangkitan pada PLTG dapat

ditunjukakan pada gambar 2.5 diatas.

Komponen Utama dari PLTG

1. Kompresor.

2. Ruang baker (combuster)

3. Turbin.

4. Generator.

Selain peralatan utama seperti disebutkan diatas diperlukan juga peralatan

pendukung, yaitu :

1. Air Intake

Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor.

2. Blow off Valve

Berfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk ke dalam

kompressor utama atau membuang sebagian udara dari tingkat tertentu untuk

menghindari terjadinya stall (tekanan udara yang besar dan tiba-tiba terhadap

sudu kompresor yang menyebabkan patahnya sudu kompresor)

3. VIGV ( Variable Inlet Guide Fan )


Berfungsi untuk mengatur jumlah volume udara yang akan di kompresikan

sesuai kebutuhan.

4. Ignitor

Berfungsi penyalaan awal atau start up. Campuran bahan bakar dengan udara

dapat menyala oleh percikan bunga api dari ignitor yang terpasang di dekat

fuel nozzle burner dan campuran bahan bakar menggunakan bahan bakar

propane atau LPG.

5. Lube oil system

Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin bearing-bearing

seperti bearing turbin, kompressor, generator. Memberikan minyak pelumas ke

jacking oil system. Memberikan supply minyak pelumas ke power oil system.

Sistem pelumas di dinginkan oleh air pendingin siklus tertutup.

6. Hydraulic rotor barring

Rotor bearing system terdiri dari : DC pump, Manual pump, Constant pressure

valve, pilot valve, hydraulic piston rotor barring. Rotor barring beroperasi

pada saat unit stand by dan unit shutdown ( selesai operasi ). Rotor barring on

< 1 rpm. Akibat yang timbul apabila rotor barring bermasalah ialah rotor

bengkok dan saat start up akan timbul vibrasi yang tinggi dan dapat

menyebabkan gas turbin trip.

7. Exhaust fan oil vapour

Berfungsi utama membuang gas-gas yang tidak terpakai yang terbawa oleh

minyak pelumas setelah melumasi bearing-bearing turbin, compressor dan

generator. Fungsi lain adalah membuat vaccum di lube oil tank yang tujuannya

agar proses minyak kembali lebih cepat dan untuk menjaga kerapatan minyak

pelumas di bearing-bearing ( seal oil ) sehingga tidak terjadi kebocoran

minyak pelumas di sisi bearing.

8. Power oil system

Berfungsi mensupply minyak pelumas ke :


1. Hydraulic piston untuk menggerakkan VIGV

2. Control-control valve ( CV untuk bahan bakar dan CV untuk air )

3. Protection dan safety system ( trip valve staging valve )

Terdiri dari 2 buah pompa yang digerakkan oleh 2 motor AC.

9. Jacking oil system

Berfungsi mensupply minyak ke journal bearing saat unit shut down atau stand

by dengan tekanan yang tinggi dan membentuk lapisan film di bearing. Terdiri

dari 6 cylinder piston-piston yang mensupply ke line-line :

1. 2 line mensupply minyak pelumas ke journal bearing.

2. 2 line mensupply minyak pelumas ke compressor journal bearing.

3. 1 line mensupply minyak pelumas ke drive end generator journal bearing.

4. 1 line mensupply minyak pelumas ke non drive end generator journal

bearing.

2.2.2 Sistem Kontrol Pembangkit Listrik Tenaga Gas

a. Egatrol : Kontrol utama Gas Turbin yang mengatur :

- Start Up Kontrol

Mengatur urut-urutan Start dan Stop Gas Turbin secara Automatis

- Load / Frekuensi Kontrol

Mengatur operasi Gas Turbin untuk mendapatkan beban yang diinginkan

sesuai Set Point-nya.

- Temperatur Kontrol

Mengatur operasi Gas Turbin saat Beban Maximum (Base Load).


b. Unitrol : Mengatur Kerja Excitasi (Tegangan Generator) sesuai permintaan

Egatrol.

2.2.2.1 Kompresor

Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida

mampu mampat, yaitu gas atau udara dengan tujuan meningkatkan tekanan supaya

mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses yang lebih besar (dapat

system fisika maupun kimia contohnya pada pabrik-pabrik kimia untuk kebutuhan

reaksi). Secara umum kompresor dibagi menjadi dua jenis yaitu dinamik dan

perpindahan positif.

Kompresor utama adalah kompesor aksial yang berguna untuk memasok udara

bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai dengan kebutuhan. Kapasitas kompresor

harus cukup besar karena pasokan udara lebih (excess air) untuk turbin gas dapat

mencapai 350 %. Disamping untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, udara

lebih ini digunakan untuk pendingin dan menurunkan suhu gas hasil pembakaran.

Jenis kompresor

1. Kompresor dinamik

1. Kompresor Sentrifugal

1. Kompresor Axial

2. Kompresor perpindahan positif (possitive displacement):

1. Kompresor Piston (Reciprocating Compresor)

1. Kompresor Piston Aksi Tunggal

2. Kompresor Piston Aksi Ganda

3. Kompresor Piston Diagfragma

2. Kompresor Putar

1. Kompresor Ulir Putar (Rotary Screw Compressor)

2. Lobe


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Axial&action=edit&redlink=1�

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Piston&action=edit&redlink=1�

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Piston_Aksi_Tunggal&action=edit&redlink=1�

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Piston_Aksi_Ganda&action=edit&redlink=1�

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Piston_Diagfragma&action=edit&redlink=1�

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Putar&action=edit&redlink=1�

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kompresor_Ulir_Putar&action=edit&redlink=1�

3. Vane

4. Liquid Ring

5. Scroll

2.2.2.2 Ruang baker (combuster)

Combustion Chamber adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran. Ada

turbin gas yang mempunyai satu atau dua Combustion Chamber yang letaknya

terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak dijumpai adalah memiliki

Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustion basket, mengelilingi sisi

masuk (inlet) turbin. Di dalam Combustion Chamber dipasang komponen-komponen

untuk proses pembakaran beserta sarana penunjangnya, diantaranya:

1. Fuel Nozzle

2. Combustion Liner

3. Transition Piece

4. Igniter

5. Flame Detektor

2.2.2.3 Turbin Gas

Turbin Gas berfungsi untuk membangkitkan energi mekanis dari sumber energi panas

yang dihasilkan pada proses pembakaran. Selanjutnya energi mekanis ini akan

digunakan untuk memutar generator listrik baik melalui perantaraan Load Gear atau

tidak, sehingga diperoleh energi listrik. Bagian-bagian utama Turbin Gas adalah:

1. Sudu Tetap

2. Sudu Jalan

3. Saluran Gas Buang

4. Saluran Udara Pendingin


5. Batalan

6. Auxiallary Gear

2.2.2.4 Generator

2.2.2.4.1 Prinsip Kerja Generator

Prinsip kerja generator sinkron dapat dianalisis melalui pengoperasian generator

dalam kondisi berbeban, tanpa beban, menentukan reaktansi dan resistansi dengan

melakukan percobaan tanpa beban (beban nol), percobaan hubung -singkat dan

percobaan resistansi jangkar. Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang

dibangkitkan oleh suatu generator sinkron adalah berbanding secara langsung.

Gambar 2.9 akan memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua

kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar

secara seri.

Gambar 2.6 Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.

Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “lilitan terpusat”, dalam generator

sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing fasa yang terdistribusi

pada masing-masing alur stator dan disebut “lilitan terdistribusi”. Diasumsikan rotor

berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar.


Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus perdetik atau 1

Hertz (Hz). Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka

untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n

rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila rotor

mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing

revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator.

Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, dan

diformulasikan dengan :

602nxPf = (Hertz) (2.1)

Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing masing terpisah

sebesar 120° listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada

kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2.10. Masing-masing lilitan akan

menghasilkan gelombang fluks sinus, dimana satu dengan lainnya berbeda 120°.

Dalam keadaan seimbang besarnya fluks sesaat :

ΦA = Φm.

Sin ωt ΦB = Φm.

Sin ( ωt – 120° ) ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° ) (2.2)

Gambar 2.7 Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub

Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah :

ΦT = ΦA +ΦB + ΦC (2.3)

yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besarnya fluks total adalah:

ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)

Dengan memakai transformasi trigonometri dari :


Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β ) (2.4)

maka dari persamaan diatas diperoleh :

ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ ) + ½.Φm. Sin(ωt – φ) + ½.Φm. Sin (ωt + φ – 240°) +

½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)

Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima

akan saling menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan di dapat fluks

total sebesar,

ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber (2.10)

Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan

sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing -masing fasa adalah :

Emaks = Bm. ℓ. ω r Volt

(2.11)

dimana : Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)

ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)

ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)

r = Radius dari jangkar (meter)

2.2.2.4.2 Konstruksi Generator Sinkron

Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor

sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron . Ada dua struktur kumparan

pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan

yang mengalirkan penguatan DC atau disebut kumparan medan dan sebuah kumparan

atau disebut kumparan jangkar tempat dibangkitkannya GGL arus bolak-balik.

Hampir semua mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar berupa stator yang diam

dan struktur medan magnet berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur

medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melalui cincin geser (slip

ring) dan sikat arang (carbon brush), tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat

arang yaitu sistem brushless excitation.

Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin

dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder seperti

pada gambar 2.8a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti Hydroelectric


(PLTA) atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol seperti pada

gambar 2.8b.

Gambar 2.8a. Bentuk rotor kutub silinder Gambar 2.8b. Bentuk Stator

Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik, yang berbentuk

laminasi agar dimaksudkan untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti

ferromagnetik yang bagus berarti mengandung bahan yang memiliki permeabilitas

dan resistivitas tinggi. Gambar 2.9 memperlihatkan alur stator yang terdapat

kumparan jangkar. Kumparan/belitan jangkar pada stator yang umum digunakan oleh

mesin sinkron tiga fasa, ada dua tipe yaitu : a. Belitan satu lapis (Single Layer

Winding). b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).

Gambar 2.9 Inti Stator dan Alur pada Stator

2.2.2.4.3 Bentuk Stator Satu lapis (Single Layer Winding)

Gambar 2.10 memperlihatkan belitan satu lapis, karena hanya ada satu sisi lilitan

didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan


berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan

segitiga. Antar kumparan fasa dipisahkan sebesar 120 °. Untuk menunjukkan arah

dari putaran rotor seperti ditunjukkan oleh gambar 2.11 (searah jarum jam), urutan

fasa yang dihasilkan o leh suplai tiga fasa adalah ABC disebut urutan fasa positif,

dengan demikian tegangan maks imum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B,

dan kemudian fasa C. Sedangkan kebalikan arah putaran (berlawanan arah jarum jam)

dihasilkan dalam urutan ACB, atau disebut urutan fasa negatif. Jadi GGL yang

dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah :

EA = EA ∟ 0° Volt

EB = EB ∟ - 120° Volt

(2.5)

EC = EC ∟ - 240° Volt

Gambar 2.10 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa.


Gambar 2.11 Urutan fasa ABC.

2.2.2.4.4 Belitan Berlapis Ganda (Double Layer Winding)

Generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur

perkutub perfasa. Gambar 2.9 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar

yang secara umum banyak digunakan. Pada masing -masing alur ada dua sisi lilitan

dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang

tidak terletak kedalam alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak ada

tegangan dalam winding overhang.

Gambar 2.12 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa.

2.2.2.4.5 Gaya Gerak Listrik Kumparan

Gaya gerak listrik pada kumparan jangkar, dihasilkan dengan frekuensi dan besarnya

tegangan bergantung pada masing -masing fasa.

Apabila :

Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T


T = Jumlah lilitan per fasa

dϕ = ϕ P dan dt = 60/N detik

maka GGL induksi rata-rata per penghantar :

60//60

NPN

PdtdEr ϕϕϕ

===

(2.6)

sedangkan jika,

120PNf =

atau,

PfN 120

=

sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi :

ϕϕ fP

fxPEr 212060

== Volt (2.7)

bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka GGL rata-rata/fasa,

E = 2.f.φ.Z Volt

E = 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T Volt

maka GGL efektif/fasa,

E = 1,11 × 4.f.φ.T = 4,44 × f .φ.T Volt (2.8)

bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa :

E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Volt) (2.9)

2.2.2.4.6 Generator Tanpa Beban

Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada

kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan ( If), maka pada kumparan jangkar

stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban ( Eo), yaitu sebesar:

Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt

(2.10)


Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak

terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila

besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik

saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 2.11. Kondisi generator tanpa

beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada gambar

2.11b.

a b

Gambar 2.13. a dan b Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban

2.2.2.4.7 Generator Berbeban

Bila generator diberi beban yang berubah -ubah maka besarnya tegangan terminal V

akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada :

a. Resistansi Jangkar

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegangan

jatuh/fasa dan I . Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

b. Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi

tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut “fluks

bocor”.


c. Reaksi Jangkar

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani

akan menimbulkan fluks jangkar (ΦA) yang berintegrasi dengan fluks yang dihasilkan

pada kumparan medan rotor (ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluks resultan

sebesar AFR φφφ += .

2.2.2.4.8 Sistem Eksitasi pada Generator Sinkron

Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada generator

listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu generator dapat

menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung

pada besar arus eksitasinya. Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses

pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator

listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:

2.2.2.4.8.1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat ( brush excitation)

Pada Sistem Eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari

generator arus searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang disearahkan

terlebih dahulu den gan menggunakan rectifier.

Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau

menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet

permanen. Dalam lemari penyearah, tegangan listrik arus bolak balik diubah atau

disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter

utama (main exciter). Untuk mengalirkan arus eksitasi dari main exciter ke rotor

generator digunakan cicin geser (slip ring) dan sikat arang (carbon brush), demikian

juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter. Gambar 2.12

menunjukkan sistem eksitasi dengan sikat.


Gambar 2.14 Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation).

Prinsip Kerja Sistem Eksitasi dengan Sikat (Brush Excitation) adalah sebagai

berikut: Generator penguat yang pertama, adalah generator arus searah hubungan

shunt yang menghasilkan arus penguat bagi generator penguat kedua. Generator

penguat (exciter) untuk generator sinkron merupakan generator utama yang diambil

dayanya. Pengaturan tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur

besarnya arus eksitasi (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau

tahanan asut. Potensiometer ini mengatur arus eksitasi generator pertama dan

generator penguat kedua menghasilkan arus eksitasi generator utama. Dengan cara ini

arus eksitasi yang diatur tidak terlalu besar nilainya (dibandingkan dengan arus

generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu

besar. PMT arus eksitasi generator utama dilengkapi tahanan yang menampung energi

medan magnet generator utama karena jika dilakukan pemutusan arus eksitasi

generator utama harus dibuang ke dalam tahanan. Sekarang banyak generator arus

bolak-balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang dapat

digunakan bagi penguatan generator utama sehingga penyaluran arus searah bagi

penguatan generator utama, oleh generator penguat kedua tidak memerlukan slip ring

karena penyearah ikut berputar bersama poros generator. Slip ring digunakan untuk

menyalurkan arus dari generat or penguat pertama ke medan penguat generator

penguat kedua. Nilai arus eksitasi kecil sehingga penggunaan slip ring tidak

menimbulkan masalah. Pengaturan besarnya arus eksitasi generator utama dilakukan

dengan pengatur tegangan otomatis supaya nilai tegangan klem generator konstan.

Pengaturan tegangan otomatis ini pada awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi

sekarang sudah menjadi elektronik menggunakan Automatic Voltage Regulator

(AVR).


2.2.2.4.8.2 Sistem Eksitasi Tanpa Sikat ( Brushless Excitation)

Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi tanpa

sikat, karena sikat dapat menimbulkan loncatan api pada putaran tinggi. Untuk

menghilangkan sikat digunakan dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar

2.14 menunjukkan sistem eksitasi tanpa sikat. Penggunaan sikat atau slip ring untuk

menyalurkan arus eksitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya

arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi

keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat

(brushless excitation).

Gambar 2.15 Sistem Eksitasi tanpa sikat ( Brushless Excitation)

Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat, antara lain adalah:

1. Energi yang diperlukan untuk eksitasi diperoleh dari poros utama ( main

shaft), sehingga keandalannya tinggi .

2. Biaya perawatan berkurang karena pada sistem eksitasi tanpa sikat tidak

terdapat sikat arang, komutator dan slip ring.

3. Pada sistem eksitasi tanpa sikat tidak terjadi kerusakan isolasi karena

melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang.

4. Mengurangi kerusakan (trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere) sebab

semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup .

5. Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat arang, sehingga meningkatkan

keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.


6. Pemutus medan generator (generator field breaker), field generator dan bus

exciter atau kabel tidak diperlukan lagi .

7. Biaya pondasi berkurang, sebab ali ran udara dan bus exciter atau kabel tidak

memerlukan pondasi.

Prinsip kerja sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation) adalah sebagai

berikut: Generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator penguat kedua

disebut main exciter (penguat utama). Main exciter adalah generator arus bolak –balik

dengan kutub pada statornya. Rot or menghasilkan arus bolak-balik disearahkan

dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator

utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus eksitasi

generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak-balik dengan rotor berupa

kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator.

Tegangan bolak-balik disearahkan oleh penyearah dioda dan menghasilkan

arus searah yang dialirkan ke kutub-kutub magnet yang ada pada stator main exciter.

Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter diatur oleh pengatur tegangan

otomatis (Automatic Voltage Regulator atau AVR). Besarnya arus eksitasi

berpengaruh pada besarnya arus yang dihasilkan main exciter, maka besarnya arus

main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator

utama. Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung

singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda

berputar yang putus, hal ini harus dapat dideteksi. Gangguan pada rotor yang berputar

dapat menimbulkan distorsi medan magnet pada generator utama dan dapat

menimbulkan vibrasi (getaran) berlebihan pada unit pembangkit.

2.2.2.5 Generator Dijadikan Motor Start pada Turbin Gas

Untuk menstart turbin gas diperlukan daya mekanis untuk memutar poros turbin dan

juga poros dari kompresor agar didapat udara bertekanan yang akan dicampur dengan

bahan bakar dalam ruang bakar yang untuk selanjutnya akan dinyalakan agar

menghasilkan gas hasil pembakaran penggerak turbin sehingga akhirnya turbin

bergerak.


Daya mekanis yang diperlukan untuk menstrat turbin bisa berasal dari mesin

diesel yang distart dengan menggunakan baterei aki atau dari motor listrik yang

disediakan khusus untuk strat.

Generator utama memberikan dayanya kepada rel 150 kV. Rel 6,6 kV adalah

rel untuk alat-alat bantu seperti motor penggerak pompa air pendingin dan motor

pengisi air ketel. Rel 400 Volt adalah rel untuk memasok berbagai alat bantu seperti :

1. SEE : Peralatan eksitasi statis yang diperlukan sewaktu strat.

2. SFC : Pengubah frekuensi statis yang diperlukan untuk menstart generator

sebagai motor start.

Pada waktu menstart turbin gas dengan cara menjadikan generator sebagai

motor start, generator tersebut harus dilengkapi dengan komparan asinkron kemudia

distart sebagai motor asinkron. Pada proses start ini, generator tersebut diberi pasokan

400 volt dengan frekuensi rendah yang diatur oleh SFC. Setelah generator ini mulai

berputar sebagai motor asinkron, frekuensinya secara bertahap dinaikkan sehingga

putaran generator terus naik dan apabila sudah mendekati putaran sinkron kemudian

diberi penguatan oleh SEE sehingga generator ini mencapai tegangan untuk paralel

dengan sistem. Kemudian generator tersebut diparalel dengan sistem melalui proses

sinkronisasi. Setelah generator ini paralel dengan sistem, langkah selanjutnya adalah

menghidupkan turbin gas.

2.2.2.5.1 Paralel Generator

Paralel generator dapat diartikan menggabungkan dua buah generatoratau lebih dan

kemudian dioperasikan secara bersama – sama dengan tujuan :

1. Mendapatkan daya yang lebih besar.

2. Untuk effisiensi (Menghemat biaya pemakaian operasional dan Menghemat

biaya pembelian)

3. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator.

4. Untuk menjamin kotinyuitas ketersediaan daya listrik.

2.2.2.5.2 Sinkronisasi


Jika kita hendak memparalelkan dua generator atau lebih tentunya kita harus

memperhatikan beberapa persyaratan paralel generator tersebut. Beberapa persyaratan

yang harus dipenuhi adalah :

1. Tegangan kedua generator harus mempunyai amplitudo yang sama.

2. Tegangan kedua generator harus mempunyai frekwensi yang sama, dan

3. Tegangan antar generator harus sefasa.

Dengan persyaratan diatas berlaku apabila :

1. Lebih dari dua generator yang akan kerja paralel.

2. Dua atau lebih sistem yang akan dihubungkan sejajar.

3. Generator atau pusat tenaga listrik yang akan dihubungkan pada sebuah

jaringan.

Metoda sederhana yang dipergunakan untuk mensikronkan dua generator atau lebih

adalah dengan mempergunakan sinkroskop lampu. Yang harus diperhatikan dalam

metoda sederhana ini adalah lampu – lampu indikator harus sanggup menahan dua

kali tegangan antar fasa.

2.3 Konsep Energi Listrik

2.3.1. Energi Listrik

Energi listrik merupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus. Energi

listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:

• Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan

kompor listrik.

• Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.

• Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.

• Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu,

peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).

Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka

sumber arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung pada:

• Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).

• Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).


• Waktu atau lamanya arus mengalir (t).

Berdasarkan pernyataan di atas, dan karena harga V = R.i, maka persamaan

energi listrik dapat dirumuskan dalam bentuk :

W = V.i.t

= (R.i).i.t

W = i2.R.t (dalam satuan watt-detik)

(2.11)

dan karena i = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan dengan:

W = i2.R.t

= (V/R2.R.t

W = V2.t/R (dalam satuan watt-detik)

(2.12)

Keuntungan menggunakan energi listrik:

a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.

b. Mudah ditransmisikan.

c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.

Energi listrik yang dilepaskan itu tidak hilang begitu saja, melainkan berubah

menjadi panas (kalor) pada penghantar. Besar energi listrik yang berubah menjadi

panas (kalor) dapat dirumuskan:

Q = 0,24 V i t……kalori

Q = 0,24 i2 .R t…..kalori

Q = 0,24 V2.t/R….kalori

Jika V, i, R, dan t masing-masing dalam volt, ampere, ohm, dan detik, maka

panas (kalor) dinyatakan dalam kalori.

Konstanta 0,24 didapat dari percobaan joule, Di dalam percobaannya Joule

menggunakan rangkaian alat yang terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta

penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan pada

penghantar dalam waktu t detik, ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik

berbanding lurus dengan:


• Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)

• Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)

• Waktu selama arus mengalir (t), dan hubungan ketiganya ini dikenal sebagai

"hukum Joule"

Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24

kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah:

Q = 0,24 V.i.t kalori

2.3.2 Daya Listrik

Daya listrik adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang

berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka daya

listrik (P) dapat dirumuskan:

Daya = Energi/waktu

P =W/t

P = V.i.t/t

= V.i

P = i2 R

P = V2/R (dalam satuan volt-ampere, VA) (2.13)

Satuan daya listrik :

a. watt (W) = joule/detik

b. kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.

Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu:

Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan energi

adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour (kWh).

1 kWh = 36 x 105 joule

Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule

per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW).

Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut:


1 HP = 746 W = 0,746 kW

1kW = 1,34 HP

Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam

satuan Hourse Power (HP)atau (ft)(lb)/(sec).

2.3.3 Frekuensi Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan

dengan frekuensi yang praktis konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal

harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai

hubungan erat dengan nilai frekuensi dalam sistem, sedangkan beban sistem yang

berupa daya aktif maupun daya reaktif selalu berubah sepanjang waktu. Sehubungan

dengan hal ini harus ada penyesuaian antara daya aktif yang dihasilkan dalam sistem

pembangkitan harus disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini

dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator.

Menurut hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanis penggerak generator

dengan perputaran generator

TG – TB = H x dω/dt m (2.14)

Dimana :

TG = Kopel penggerak generator

TB = Kopel beban yang membebani generator

H = Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya

ω = kecepatan sudut perputaran generator ,

dimana f = ω/2π

secara mekanis dengan melihat persaman diatas maka :

TG – TB = ∆T < 0 , maka ω < 0 frekuensi turun

TG – TB = ∆T > 0 , maka ω > 0 frekuensi naik


dari persamaan di atas terlihat bahwa besarnya frekuensi tergantung dari besarnya

selisih antara kopel generator dengan kopel yg membebani generator, sehingga untuk

mengatur frekuensi dalam sistem tenaga listrik dapat diatur dari dua sisi yaitu sisi

generator maupun sisi beban

Cara pengaturan frekuensi

1. Pengaturan daya aktif ( sisi generator)

2. Load shedding (sisi beban)

3. Pengalihan daya pada saluran

1. Pengaturan daya aktif

Frekuensi pada sistem tenaga listrik dapat diatur dengan melakukan pengaturan daya

aktif yang dihasilkan generator. Pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan

kenaikan jumlah bahan bakar yang digunakan untuk menaikkan daya aktif. Pada

PLTU adalah berapa laju batu bara yang ditambah untuk dibakar sedangkan pada

PLTA adalah berapa besar debit air yang dinaikkan untuk menggerakkan turbin

sehingga menghasilkan kenaikan daya aktif. Pengaturan bahan bakar ini dilakukan

dengan menggunakan governor. Sehingga pada pengaturan daya aktif ini erat

kaitannya dengan kerja governor pada sistem pembangkit thermal maupun air.

2. Load shedding (pelepasan beban)

Jika terdapat gangguan dalam sistem yang menyebabkan daya tersedia tidak dapat

melayani beban, misalnya karena ada unit pembangkit yang besar jatuh (trip), maka

untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan beban.

Keadaan yang kritis dalam sistem karena jatuhnya unit pembangkit dapat dideteksi

melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat.

Pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan karena lepasnya (trip) unit

generator yang besar dapat mengurangi aliran daya aktif yang mengalir ke beban,

sehingga menyebabkan generator-generator yang lain dipaksa bekerja. Jika hal ini

berlangsung terus menerus dapat menyebabkan kerusakan mekanis pada batang kopel

generator karena dipaksa bekerja. Untuk itu diperlukan relay under frequency yang

berfungsi untuk mendeteksi penurunan frekeunsi sistem secara tiba-tiba akibat adanya


unit pembangkit besar yang lepas dari sistem. Salah satu cara untuk menaikkan

frekeunsi tersebut adalah dengan melepas beban.

Gambar 2.16 grafik perubahan frekuensi sebagai fungsi waktu dengan adanya

pelepasan beban

Turunnya frekeunsi dapat menurut garis 1 , garis 2, atau garis 3. Makin besar unit

pembangkit yang jatuh (makin besar daya tersedia yang hilang) makin cepat frekeunsi

menurun. Kecepatan menurunnya frekuensi juga bergantung pada besar kecilnya

inersia sistem. Semakin besar inersia sistem, makin kokoh sistemnya, makin lambat

turunnya frekuensi.

Dalam grafik 2.16 dimisalkan bahwa frekuensi menurun menurut garis 2. Setelah

mencapai titik B dilakukan pelepasan beban tingkat pertama oleh under frequency

control relay (UFR) yang bekerja setelah mendeteksi frekuensi sebesar Fb dengan

adanya pelepasan beban tingkat pertama maka penurunan frekuensi berkurang

kecepatannya. Sampai di titik C UFR mendeteksi frekeunsi sebesar Fc dan akan

melakukan pelepasan beban tingkat kedua dst sampai frekeunsi sistem kembali

normal ke frekeunsi Fo.


Gambar 2.17 Grafk turunnya frekuensi sebagai akibat gangguan unit

pembangkit

Gambar 2.18 Grafik naiknya frekuensi setelah adanya pelepasan beban

3.Pengalihan daya pada saluran

Cara lain untuk mengatur frekuensi sistem yaitu dengan mengatur pengiriman daya

aktif pada daerah yang memiliki kerapatan beban yang tinggi.

2.3.4 Faktor Daya

PLN memberikan biaya tambahan bagi kalangan industri berupa beban daya reaktif

bila peralatan listriknya berfaktor daya rendah. Faktor daya yang rendah terjadi karena

daya reaktif yang tinggi. Contoh peralatan yang dapat menimbulkan daya reaktif

adalah peralatan yang menggunakan transformator dan kumparan.


Faktor daya nilainya berkisar antara 0 hingga 1. PLN menetapkan faktor daya

harus lebih besar dari 0,85 bagi pelanggan industri agar tidak dibebani biaya

tambahan. Namun, PLN tidak membebankan biaya tambahan tersebut kepada

pelanggan rumah tangga. Tulisan berikut bermaksud mengajak anda mengenal faktor

daya.

Listrik bolak-balik (AC) memiliki dua buah komponen daya, yaitu daya aktif

(P) dan daya reaktif (Q). Daya aktif adalah daya yang dikonsumsi oleh bermacam-

macam peralatan listrik. Daya aktif akrab dikenal dengan satuan watt. Sedangkan

daya reaktif muncul ketika arus listrik menggerakkan suatu peralatan listrik, daya ini

tidak memberi dampak apapun terhadap kerja suatu peralatan. Biasanya, daya reaktif

adalah daya yang membuat peralatan atau mesin menjadi panas. Artinya, daya reaktif

ini terbuang sia-sia.

Resultan antara keduanya disebut sebagai daya nyata (S). Meskipun daya aktif

(P) adalah daya sebenarnya yang dibutuhkan oleh beban, tetapi daya yang harus

dipasok oleh PLN adalah daya nyata (S). Sebagaimana persamaan Pythagoras, besar

daya nyata (S) diperoleh dari, S2 = P2 + Q2.

Gambar 2.19 Faktor Daya

Faktor daya sering disebut cos phi (cos φ). Phi(φ) adalah sudut antara daya

aktif (P) dengan daya nyata (S). Jika perbandingan antara daya aktif (P) dan daya

nyata (S) lebih kecil daripada 0,85 maka PLN akan mengenakan denda. Semakin

rendah faktor daya (kurang dari tetapan cos φ= 0,85), maka semakin besar biaya yang

dibebankan kepada konsumen.


Gambar berikut ini mengilustrasikan bahwa listrik yang dibangkitkan oleh

generator adalah daya nyata yang terukur dengan satuan kVA. Selanjutnya, ketika

listrik mengoperasikan sebuah peralatan elektronik, daya listrik akan terbagi menjadi

daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAr).

Gambar 2.20 Ilustrasi Munculnya Daya Reaktif

Daya aktif yang dikonsumsi pelanggan dicatat dengan kWh meter. Sementara

itu, untuk mengukur daya reaktif pelanggan industri PLN menggunakan kVARh

meter.

Kerugian Bila Faktor Daya Rendah

Industri yang memiliki faktor daya rendah menyebabkan PLN harus memasok daya

yang lebih besar daripada beban yang seharusnya. PLN akan merugi karena untuk

membangkitkan daya lebih besar mengakibatkan harga beli listrik dari pembangkit

lebih mahal.

Dengan kata lain, bila faktor daya bernilai besar (mendekati 1), maka PLN

hanya perlu memasok daya sesuai kebutuhan beban yang seharusnya. Harga beli

listrik dari pembangkit pun akan stabil.


Di pihak pelanggan industri, faktor daya yang rendah membuat daya

tersambung mereka menjadi lebih besar. Dengan demikian, biaya tambahan listrik

akan dibebankan kepada mereka sebagai kompensasi atas kerugian yang dialami PLN.

Meningkatkan Faktor Daya

Daya reaktif (Q) dapat terjadi karena induktansi atau kapasitansi. Induktansi

diakibatkan oleh komponen berbentuk kumparan (misalnya motor listrik atau

transformator step down pada adaptor). Sedangkan kapasitansi diakibatkan oleh

komponen kapasitor.

Jika beban bersifat induktif maka perlu ditambahkan kapasitor, dan jika beban

bersifat kapasitif maka perlu ditambahkan induktor agar daya reaktif (Q) mendekati

nol. Bila daya reaktif mendekati nol artinya besar faktor daya mendekati 1. Namun

perlu diingat, beban tersebut tidak mungkin mengalami faktor daya tepat sebesar 1,

sebab selalu ada daya yang berubah menjadi panas.

Dengan demikian, kunci untuk meningkatkan faktor daya adalah

menambahkan kapasitor pada beban yang bersifat induktif atau menambahkan

induktor pada beban yang bersifat kapasitif. Sebagian besar beban pada industri

bersifat induktif, karena terdapat motor induksi dan transformator. Oleh karenanya,

industri umumnya memasang bank kapasitor atau capacitor bank guna mengeliminasi

daya reaktif (Q).

Besarnya kemampuan kapasitansi yang dimiliki capacitor bank harus

disesuaikan untuk beban induksi. Ukurlah secara tepat daya reaktif semula dan daya

reaktif target. Kapasitas kapasitor yang berlebihan justru membuat beban yang semula

bersifat induktif menjadi kapasitatif. Artinya, daya reaktif tetap tidak mendekati nol.

Meningkatkan faktor daya bukanlah berarti mengefisienkan energi.

Meningkatkan faktor daya hanyalah memastikan daya tersambung sesuai dengan

beban yang dibutuhkan. Maka, bila di luaran sana terdapat alat yang dikatakan

mampu menghemat listrik dengan prinsip kerja memperbesar faktor daya, tentu saja

hal itu bukanlah termasuk menghemat listrik, melainkan upaya menghemat biaya

listrik sebab menghindari munculnya biaya beban tambahan.

2.4 Sistem 3 Fasa


Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan

dan diserap oleh beban semuanya seimbang, Ppembangkitan = Ppemakain, dan juga

pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1

fase yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fase dengan

yang lainnya mempunyai beda fase sebesar 120°listrik, sedangkan secara fisik

mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan secara bintang (Y, wye)

atau segitiga (delta, Δ, D).

Gambar 2.21 sistem 3 fase.

Gambar 3.2 menunjukkan fasor diagram dari tegangan fase. Bila fasor-fasor tegangan

tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam

(arah positif), maka nilai maksimum positif dari fase terjadi berturut-turut untuk fase

V1, V2 dan V3. sistem 3 fase ini dikenal sebagai sistem yang mempunyai urutan fasa a

– b – c . sistem tegangan 3 fase dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fase.

2.4.1 Hubungan Bintang (Y, wye)

Gambar 2.22 Hubungan Bintang (Y, wye).


Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan menjadi satu

dan menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan antara dua terminal dari tiga

terminal a – b – c mempunyai besar magnitude dan beda fasa yang berbeda dengan

tegangan tiap terminal terhadap titik netral. Tegangan Va, Vb dan Vc disebut tegangan

“fase” atau Vf. Dengan adanya saluran / titik netral maka besaran tegangan fase

dihitung terhadap saluran atau titik netralnya, juga membentuk sistem tegangan 3 fase

yang seimbang dengan magnitudenya (akar 3 dikali magnitude dari tegangan fase).

Vline = akar 3 Vfase = 1,73Vfase

(2.15)

Sedangkan untuk arus yang mengalir pada semua fase mempunyai nilai yang

sama,

ILine = Ifase

Ia = Ib = Ic

Maka daya pada generator dapat dihitung dengan persamaan :

PT = 3.Vf.If.cos θ

(2.16)

Setelah dilakukan pengukuran dan pengambilan data, dapat dilihat terdapat

perbedaan besar nilai dari masing-masing tegangan dan arus pada setiap fasa.

Sehingga untuk menghitung besar daya dari keluaran generator maka dapat dihitung

dengan menghitung masing-masing fasa terlebih dahulu atau dengan persamaan :

Pf = Vf.If.cos θ

(2.17)

2.4.2 Hubungan Segitiga

Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan sehingga

membentuk hubungan segitiga 3 fase.


Gambar 2.23 Hubungan Segitiga (delta, Δ, D).

Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran dihitung

antar fase, karena tegangan saluran dan tegangan fasa mempunyai besar magnitude

yang sama, maka:

Vline = Vfase

Tetapi arus saluran dan arus fasa tidak sama dan hubungan antara kedua arus tersebut

dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff, sehingga:

Iline = akar 3 Ifase = 1,73Ifase (2.18)

2.4.3 Daya pada Sistem 3 Fase

2.4.3.1. Daya sistem 3 fase Pada Beban yang Seimbang

Jumlah daya yang diberikan oleh suatu generator 3 fase atau daya yang diserap oleh

beban 3 fase, diperoleh dengan menjumlahkan daya dari tiap-tiap fase. Pada sistem

yang seimbang, daya total tersebut sama dengan tiga kali daya fase, karena daya pada

tiap-tiap fasenya sama.


Gambar 2.24 Hubungan Bintang dan Segitiga yang seimbang.

Jika sudut antara arus dan tegangan adalah sebesar θ, maka besarnya daya perfasa

adalah

Pfase = Vfase.Ifase.cos θ

(2.19)

sedangkan besarnya total daya adalah penjumlahan dari besarnya daya tiap fase, dan

dapat dituliskan dengan,

PT = 3.Vf.If.cos θ

(2.20)

Pada hubungan bintang, karena besarnya tegangan saluran adalah 1,73Vfase

maka tegangan perfasanya menjadi Vline/1,73, dengan nilai arus saluran sama dengan

arus fase, IL = If, maka daya total (PTotal) pada rangkaian hubung bintang (Y) adalah:

PT = 3.VL/1,73.IL.cos θ = 1,73.VL.IL.cos θ

(2.21)

Dan pada hubung segitiga, dengan besaran tegangan line yang sama dengan

tegangan fasanya, VL = Vfasa, dan besaran arusnya Iline = 1,73Ifase, sehingga arus

perfasanya menjadi IL/1,73, maka daya total (Ptotal) pada rangkaian segitiga adalah:

PT = 3.IL/1,73.VL.cos θ = 1,73.VL.IL.cos θ

(2.22)

Dari persamaan total daya pada kedua jenis hubungan terlihat bahwa besarnya

daya pada kedua jenis hubungan adalah sama, yang membedakan hanya pada


tegangan kerja dan arus yang mengalirinya saja, dan berlaku pada kondisi beban yang

seimbang.

2.4.3.2. Daya sistem 3 fase pada beban yang tidak seimbang

Sifat terpenting dari pembebanan yang seimbang adalah jumlah phasor dari ketiga

tegangan adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah phasor dari arus pada

ketiga fase juga sama dengan nol. Jika impedansi beban dari ketiga fase tidak sama,

maka jumlah phasor dan arus netralnya (In) tidak sama dengan nol dan beban

dikatakan tidak seimbang. Ketidakseimbangan beban ini dapat saja terjadi karena

hubung singkat atau hubung terbuka pada beban.

Dalam sistem 3 fase ada 2 jenis ketidakseimbangan, yaitu:

1. Ketidakseimbangan pada beban.

2. ketidakseimbangan pada sumber listrik (sumber daya).

Kombinasi dari kedua ketidakseimbangan sangatlah rumit untuk mencari

pemecahan permasalahannya, oleh karena itu saya hanya akan membahas mengenai

ketidakseimbangan beban dengan sumber listrik yang seimbang.

Gambar 2.25 Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase.

Pada saat terjadi gangguan, saluran netral pada hubungan bintang akan teraliri

arus listrik. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase dapat diketahui dengan

indikasi naiknya arus pada salahsatu fase dengan tidak wajar, arus pada tiap fase


mempunyai perbedaan yang cukup signifikan, hal ini dapat menyebabkan kerusakan

pada peralatan.

2.5 Tegangan dan Arus pada Rangkaian Tiga Fasa yang Seimbang

Sistem tenaga listrik biasanya disuplay oleh generator berfasa tiga. Biasanya generator

mensuplay beban-beban berfasa tiga yang seimbang, yang artinya bahwa pada ketiga

fasa tersebut terdapat beban yang identik. Gambar 2.26 memperlihatkan sebuah

generator dengan hubungan-Y yang netralnya ditandai o, yang mensuplay suatu beban

yang juga dengan hubungan-Y dan seimbang dan netralnya ditandai n.

Rangkaian ekivalen dari generator berfasa tiga terdiri dari sebuah emf

dimasing-masing fasanya, yang digambarkan sebagai lingkaran-lingkaran.Pada

generator, emf Ea’o, Eb’o, Ec’o sama besarnya tetapi berselisih fasa 120osatu terhadap

yang lain. Jika besarnya masing-masing 100 V dengan Ea’o diambil sebagai referensi

maka, Ea’o = 100/0oV Eb’o = 100/240o V Ec’o = 100/120o V

Gambar 2.26 Diagram rangkaian dari sebuah generator dengan hubungan –Y

yang terhubung pada beban –Y yang seimbang.

Pada terminal generator , tegangan-tegangan terminal kenetral adalah :

Vao= Ea’o- IanZg

Vbo= Eb’o- IbnZg


(2.22)

Vco= Ec’o -IcnZg

Karena o dan n berada pada potensial yang sama maka :

r

cn

Rg

oacn

r

bn

Rg

obbn

r

an

Rg

oaan

ZV

ZZEI

ZV

ZZEI

ZV

ZZEI

=+

=

=+

=

=+

=

'

'

'

(2.23)

Tegangan-tagangan antar saluran adalah Vab, Vbe,Vca. Dengan mengikuti jalan

dari a ke b dan lewat n kita dapatkan :

Vab = Van + Vnb = Van - Vbn

(a) (b)

Gambar 2.27 Tegangan-tegangan pada rangkaian tiga-fasa seimbang.

(a)tegangan –tegangan terhadap netral (b)hubungan antara suatu tegangan

saluran dan tegangan-tegangan ke netral.

Meskipun Ea’o dan Van tidak sefasa, kita dapat saja memilih untuk

menggunakan Van, dan bukan Ea’o, sebagai pedoman untuk menentukan tegangan.

Maka Gambar 2.27a terlihat sebagai diagram fasor dari tegangan-tegangan terhadap

netral, dan gambar 2.27b melukiskan bagaimana Vab didapatkan. Besarnya Vab adalah:

anab

oanab

VV

VV

3

30cos2

=

= (2.24)

Seperti suatu fasor, Vab mendahului 30o terhadap Van, dan karena itu : o

anab VV 303 ∠= (2.25)


Beban-beban yang seimbang sering dihubungkan dengan konfigurasi ∆, se perti

terlihat dalam gambar 2.28.

Gambar 2.28 Diagram rangkaian dari beban tiga-fasa yang dihubungkan secara- ∆

2.6 Daya Pada Rangkain Tiga Fasa Yang Seimbang

Total daya yang diberikan oleh sebuah generator tiga fasa atau yang diserap suatu

beban tiga fasa dapat diperoleh dengan mudah dengan menjumlahkan dya pada ketiga

fasanya. Pada suatu rangkaian yang seimbang, ini sama dengan 3 kali daya pada fasa

yang mana juga, karena daya pada semua fasa adalah sama.

Jika besarnya tegangan ke netral V p untuk suatu beban yang terhubung-Y

adalah:

cnbnanp VVVV === (2.26)

Dan jika besarnya arus fasa I p untuk suatu beban yang terhubung-Y adalah :

cnbnanp IIII === (2.27)

Maka dengan daya tiga fasa total adalah :

ppp IVP Φ= cos3 (2.28)

Dimana pΦ adalah sudut dengan arus fasa tertinggal terhadap tegangan fasa,

jadi sama dengan sudut dari impedansi di masing-masing fasa. Jika V L dan I L

berturut-turut adalah besarnya tegangan antar-saluran dan arus saluran, maka :

3L

pVV = dan I p = I L (2.29)

Dan dengan mensubsitusikan ke persamaan diperoleh:

pLLIVP Φ= cos3 (2.30)

Total vars adalah


pLL

ppp

IVQ

IVQ

Φ=

Φ=

sin3

sin3 (2.31)

Dan voltampere dari beban adalah:

LLIVQPS 322 =+= (2.32)

Jika bebannya dihubungkan secara- ∆ , tegangan pada masing-masing

impedansi adalah tegangan antar-saluran, dan arus yang mengalir lewat masing-

masing impedansi sama dengan besarnya arus saluran dibagi 3 , atau

V p =V L dan 3L

pII = (2.33)

Daya tiga-fasa total adalah:

ppp IVP Φ= cos3 (2.34)

Dan dengan mensubsitusikan nilai V p dan I p dari persamaan 2.33 dalam

persamaan 2.34 diperolleh :

pLLIVP Φ= cos3 (2.35)

Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang dibangkitkan,

disalurkan dan diserap oleh beban semuanya seimbang, P pembangkitan = P

pemakain, dan juga pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang

terdiri dari tegangan 1 fase yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama

tetapi antara 1 fase dengan yang lainnya mempunyai beda fase sebesar 120°listrik,

sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan

secara bintang (Y, wye) atau segitiga (delta, Δ, D).


bab ii tinjauan pustaka 2.1 proses pembangkitan tenaga...

Documents