DASAR TEORI DAN ANALISA DATA
4.1. Dasar Teori
4.1.5. Diagram Blok Aktuator PLTA Saguling
Keluaran yang kedua dari main distributing valve juga sama dengan keluaran pada slow clossing valve.
Gambar 4.14 Diagram blok aktuator PLTA Saguling
Berikut ini merupakan penjelasan dari blok diagram diatas sebagai berikut :
P
M
1. Regulator governor bertipe PID
Regulator governor merupakan tipe PID terdiri dari beberapa bagian circuit control berbahan padat yang didalamnya terdiri dari Speed Sensing Circuit, Proportional-Integral-Derivative amplifiers dan sebuah Watt Transducer amplifiers. Sinyal control akan memberikan pesan dari regulator menuju converter pada governor aktuator. Bukaan guide vane dikembalikan ke Power Amplifier Circuit di dalam regulator dalam bentuk sinyal arus balik elektrik dengan cara membandingkan transformer yang terpasang pada aktuator.
Penjelasan umum PID governor unit sebagai berikut : (1) Quick and Stable Control
PID (Porportional, Integrated and Derivative Module) sistim ini memungkinkan untuk mengontrol dengan cepat dan stabil, dapat diaplikasikan pada turbin air manapun dan pompa turbin yang memungkinkan.
(2) Easy adjustment
Setiap PID. Modul dapat diatur dengan bebas. Dengan tambahan, pengaturannya yang mudah dan akurat dipastikan oleh multi-turn type setting dial.
(3) High precision Control
Bukaan servomotor utama dikonvert oleh semi konduktor transducer yang diubah menjadi sinyal elektrik untuk keluaran. (4) Feedback of guide vane opening
Kontrol memperoleh keluaran pada nilai bukaan guide vane yang berfungsi menyesuaikan nilai rekomendasi beban tetap.
(5) Pulse Frequency Detection
Bagi deteksi kecepatan (Frekwensi), gelombang frekwensi terdapat dalam sinyal kecepata yang digunakan, oleh karena itu, sinyal
PMG memungkinkan keakuratan dalam mendeteksi voltage rendah di dalam speed region rendah.
(6) Modular Construction
Unit elektrik governor memakai modul, dimana modul itu dapat dibaca dan di ganti oleh papan cadangan. Fungsi modul terbagi dan fungsi-fungsinya tersimbol dari jenis gambar yang tercetak di modul. Gambaran umum fungsi PID Governor
Gambaran yang diberikan merujuk pada PID Governor Block Diagram yaitu :
1. Control power supply dan power supply unit (1) Supply Power
Sebagai penyedia daya pada control governor, supply power biasanya menggunakan 2 tipe. Yaitu PMG 110 V dan back-up supply 110 V DC apabila terjadi kegagalan daya AC (mati listrik). Sampai turbin air mencapai rpm yang ditentukan, 110 V DC digunakan dan mengikuti operasi parallel. Supply power yang digunakan ialah PMG power supply AC di rancang mampu bertahan (tidak mengalami kerusakanan terhadap peralatan) apabila voltase dan frekwensi meningkat hingga nilai 200%. Power Supply AC juga dirancang selalu mencapai ketepatan governor control.
(2) Peralatan Power Supply
Peralatan ini merupakan DC voltage regulator, outputnya ialah tegangan yang telah diatur untuk beroperasinya sirkuit.
Didalam governor unit, Supply power dari AC dan DC digunakan sebagai input unit
Untuk Output Voltasenya diantaranya adalah :
2. Speed detector
Dari frekwensi yang termuat dalam sinyal PMG, speed detector memperoleh sinyal DC yang sepadan dengan kecepatan.
3. Dead band
Ini merupakan frekwensi dead band untuk frekwensi control (speed control) dan dead band bisa di ganti berdasarkan pada keadaan seperti water turbin start-up dan after parallel operation start.
4. PID control
Bagian PID control merupakan bagian penting operasi yang bergantung pada karakteristik dinamis dari system governor.
Proportional (P) : Sinyal yang digunakan untuk membandingkan perubahan seketika dari Input Deviation Signal yang merupakan outputnya.
Integral (I) : sinyal integral untuk mengintegrasi Input Deviation Signal menjadi 0.
Derivative (D) : sinyal untuk membedakan input Deviation signal untuk menstabilkan sistim governor dan respon cepat pada output.
5. Speed droop
Perbedaan antara posisi sinyal detektor dan rekomendasi pengaturan beban (65P) dihitung dan hasilnya di kali oleh pembagian nilai droop rate. Nilai resultan di jumlah pada sinyal output dari dead band dan rekomendasi pengaturan beban (65P). Di langkah ini, beban aktual dari generator dikontrol agar menjadi rekomendasi pengaturan beban.
6. Position detection
Posisi servomotor terdeteksi oleh sebuah differential transformer (tipe rotary) untuk memberikan sinyal DC yang sesuai untuk posisi.
Untuk memancing differential transformer, besarnya frekwensi voltage dari governor harus tersedia, dimana harus proposional pada posisi servomotor
mengganti papan module, metode keluaran potensiometer konvensional juga bisa digunakan.
7. Power amplifier
Amplifier ini membandingkan sinyal permintaan posisi servomotor dengan posisi servomotor dengan posisi servomotor aktual dan amplifiernya.
2. Converter
Converter merupakan bagian komponen untuk mengkonversi sinyal elektrik dari governor regulator menjadi perpindahan mekanik aktuator main distributing valve. Nilai perpindahan berubah-ubah berdasarkan besarnya sinyal elektrik.
PLTA Saguling menggunakan converter bermerek TOSHIBA. Toshiba menggunakan servo valve yang bernama power guide dengan model PG800 dan dibuat oleh NIRECO sebagai converter governor aktuator. Tipe power guide yang di gunakan adalah spool, pilot spool secara langsung dapat beroperasi dengan permanen magnet yang kuat dan coil geser.
Sinyal yang berkedip terus-menerus terpasang di atas converter driving signal berfungsi untuk membuat viibrasi di dalam pilot spool dan mainspool agar mencegah terjadinya sticking.
3. Start stop valve (65S)
Katup ini merupakan jenis katup yang digunakan untuk membuka dan menutup pergerakan oli bertekanan tinggi menuju governor aktuator. Jenis 65S merupakan jenis katup yang digunakan, dimana tidak semua katup pada blok diagram aktuator menggunakan jenis katup ini. Pemberian sinyal berfungsi untuk mendistribusikan oli bertekanan tinggi dari converter menuju main distributing valve.
Katup jenis ini berfungsi untuk memberikan sinyal menuju slow closing valve guna mengalirkan oli bertekanan tinggi. Sehingga, slow clossing valve tidak akan bekerja sebelum mendapatkan sinyal dari solenoid valve 65SCS. Penjelasan mengenai jenis 65SCS sama seperti penjelasan jenis 65S. Solenoid valve digunakan pada saat apabila terjadinya trip.
5. Slow closing valve (closing mode change)
Katup jenis ini berfungsi sebagai katup yang digunakan apabila terjadinya trip guna pengganti dari main distributing valve. Hubungan instrumentasi antara slow closing valve dengan main distributing valve adalah OR.
6. Main distributing valve
Didalam main distributing valve terdapat distributing valve dengan prinsip kerja sebagai berikut :
Distributing valve terdiri dari inlet valve dimana digerakkan secara langsung dari control unit dan main distributing valve untuk mengkontrol guide vane servomotor. Inlet valve menyatu pada main distributing valve, terdiri dari cassing, pilot plunger, valve bushing, dan valve spring, serta bagian untuk mengkontrol oli pada main distributing valve. Valve bushing berada diantara casing dan pilot plunger diantara sisi atas dan bawah mereka. Main distributing valve terdiri dari casing, plunger, valve seat dan valve servomotor. Didalam cassing terdapat bagian untuk menuju guide vane servomotor. Main ditibuting valve pada piston dan control piston merupakan common rod, yang memiliki kontrol piston yang berada diatas dari main plunger rod. Main distributing valve dengan sisi inlet untuk oli bertekanan tinggi dan dua sisi outlet untuk guide vane servomotor, dimana dikendalikan oleh hidrolik automatic valve (type piston).
Sebuah plunger dari bagian pilot distributing valve dikontrol oleh control unit yang siap untuk terkoneksi dengan rod dan berpindah keatas atau kebawah mengikuti perpindahan dari kontrol unit dan mengirimkan oli ke bagian sisi bawah atau atas pada kontrol piston. Jika pilot plunger berpindah ke atas, oli
Perpindahan ke sisi bagian atas pada valve plunger yang terbuka akan mengikuti oli bertekanan tinggi menuju bagian sisi yang terbuka pada gate servomotor piston. Ketika kontrol piston berpindah ke sisi atas, bagian ujung kanan pada pilot valve restoring lever akan berpindah dengan pilot valve bushing untuk meninggalkan stopper, dimana stopper merupakan bagian dari restoring lever, gaya yang dihasilkan oleh kinerja pegas pada bushing
mengalami kenaikan. Bushing berpindah kesisi atas pada jarak yang sama dengan pilot vale yang berpindah, serta bagian dari bushing yang tertutup akan diberhentikan oleh aliran oli. Jika pilot valve plunger berpindah ke bawah, oli bertekanan tinggi akan mengalir menuju sisi bagian bawah dari kontrol piston, dimana kontrol piston akan mendesak oli bertekanan tinggi ke bawah, oleh karena itu memindahkan main distributing valve plunger yang kebawah akan menyebabkan beroperasinya guide vane servomotor menuju close guide vane. Ketika kontrol piston berpindah ke bawah, tekanan pada pilot valve restoring lever mendesak pilot valve bushing untuk jatuh menuju bagian terluar dan menghentikan aliran oli serta menghentikan main distributing valve plunger yang ada disisinya.
7. LVDT
LVDT merupakan sebuah transformer diferensial yang memberikan output tegangan linear diatas ± 10 inch dari jarak perpindahannya. LVDT terdiri dari kumparan primer dan dua gulungan sekunder yang terpisah.
LVDT beroperasi dengan prinsip dimana gulungan primer pusat merupakan energi dari sumber arus AC. Pemasangan bagian luar dari gulungan sekunder terhubung dalam rangkaian seri dan posisinya disusun berhadapan.
LVDT dapat mengatur output tegangan melalui pergerakan inti besi. Sehingga menghasilkan tegangan yang di inginkan.
Plunger yang terpasang pada core merupakan komponen pengatur output tegangan.
Ga mbar 4.15 Perangkat LVDT sisi samping
8. Guide vane servomotor
Guide vane merupakan suatu komponen utama pada turbin air yang berfungsi untuk mengarahkan air yang masuk pada spiral case agar air dapat memusatkan tekanan pada runner blade atau sudu turbin. Tiap unit turbin terdiri dari 20 buah guide vane dimana bukaan dan tutupan guide vane diatur oleh governor dan digerakan oleh servomotor.
Servomotor adalah sebuah aktuator yang dilengkapi dengan kendali dengan system closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada servomotor posisi putaran sumbu (axis) dari motor diinformasikan kembali ke rangkaian control yang ada di dalam servomotor.
Jumlah : 20 buah
Material : stainless steel casting (JIS G5121 SCS1) Berat per Guide Vane : 31 kg
Gambar 4.16 Guide vane
Prinsip kerja guide vane servomotor sebagai berikut :
Ukuran yang cocok untuk guide vane ialah dimana masing-masing dari guide vane memiliki batang yang dapat didukung oleh bearing guide vane, guide vane memiliki fungsi untuk mengkontrol dan mengarahkan air ke runner. Guide vane, stay vane dan runner blade saling berkoordinasi sehingga tidak mengakibatkan kelebihan air yang mengalir yang mengakibatkan getaran pada system operasi turbin. Dalam pemilihan guide vane harus didasari oleh besar dari setiap guide vane dan gaya resultan hidrolik. Guide vane dirancang untuk dapat menahan tegangan yang secara terus menerus. Guide vane terbuat dari material baja cor. Area yang kritikal pada guide vane yaitu di body guide vane dan batang guide vane yang memang di desain untuk mengerima tegangan konsentrasi seminimal mungkin. Body guide vane dilapisi dengan stainless stell pada bagian atas dan bawah serta sepanjang garis guide vane yang berdekatan. Setiap guide vane dipasang oil-less bearing di bagian head cover dan ring bagian bawah. Pada Setiap bagian atas batang guide vane juga dipasang thurst bearing (bantalan) untu menahan beban dari guide vane dan menahan gaya hidrolik ke atas dan kebawah.
Mekanisme operasi guide vane terdiri dari guide vane arms link, dan guide vane operating ring. Guide vane dipasang disekitar dan diluar bagian inlet runner. Guide vane digerakan dan ditempatkan oleh mekanisme guide vane.
Air keluar menuju batang guide vane membawa aliran keluar menju head cover, dan turun menuju lubang dranase guide vane dan akhirnya menuju tempat drainase.
9. Water turbine
Turbin yang digunakan pada PLTA Saguling merupakan jenis turbin francis. Prinsip kerja turbin francis sebagai berikut :
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam suddu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimamfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin.
Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalm air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan (governor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.
Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya. Pipa isap pada turbin ini mempunyai fungsi mengubah energi kecepatan menjadi energi tekan.
10. Generator
Generator bekerja berdasarkan hukum faraday yakni apabila suatu penghantar diputarkan didalam sebuah medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet maka pada ujung penghantar tersebut akan timbulkan GGL (garis gaya listrik) yang mempunyai satuan Volt.
11. PMG
Permanen magnet generator disediakan untuk Governor PID guna mendeteksi kecepatan dari unit pembangkit dan untuk menyediakan sumber daya governor yang dilengkapi diatas poros permanet magnet generator serta untuk mengoperasikan relay kecepatan dan jarak.
Perintah ini menggambarkan konstruksi dan penanganan permanen magnet generator (PMG) yang digunakan untuk sumber governor listrik dari generator dan water turbin.
PMG adalah konstruksi dengan pelat berbentuk baja magnet permanen yang berada diantara pelat baja ringan membentuk kutub saient, seperti yang
Baja magnetik memiliki kekuatan koresif yang sangat tinggi dengan sendirinya, dan tidak berubah kemagnetannya ketika terjadi hubung singkat.
Baja magnetik sangat rapuh dan dapat dengan mudah rusak jika jatuh atau diberikan tekanan, sehingga harus diganti peralatan dalamnya dan harus mengalami perbaikan guna pembongkaran dan perakitan bantalan.
Tabel 4.3 Nama komponen vertikal PMG
No Part Name 1 Cover 2 Ball bearing 3 Stud bold 4 Eye bold 5 Bearing bracket 6 Terminal box 7 Lead cable 8 Terminal block 9 Armature core 10 Permanent magnet steel 11 Support plate 12 Armature winding 13 Pole core 14 Insulating plate 15 Stator flame 16 Support plate 17 Ball bearing 18 Shaft 19 Parallel key Gambar 4.18 Horizontal PMG
Tabel 4.4 Nama komponen horizontal PMG
No Part Name 1 Parallel key 2 Shaft 3 Ball bearing 4 Stud bold 5 Bearing bracket 6 Stator flame 7 Lifting lag 8 Armature core 9 Support plate 10 Armature winding 11 Bearing bracket 12 Support plate 13 Permanent magnet steel 14 Spring washer 15 Ball bearing 16 Cover