Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi

(1)

Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi, 2010.

STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI

SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK

DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Pada Jurusan Teknik Elektro

Universitas Sumatera Utara

Oleh:

050 422 033

KHAIRUL AMRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

FAKULTAS TEKNIK

(2)

LEMBAR PENGESAHAAN

STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI

SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK

DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro

Oleh: 050 422 033 KHAIRUL AMRI

Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing

Ir. RISWAN DINZI, MT

Nip : 131 803 349

Diketahui oleh,

Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU,

NIP: 194610221973021001 Prof. DR. Ir. USMAN BAAFAI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK

(3)

ABSTRAK

STUDI KAPASITAS CONVERTER DAN BANK BATERAI SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK

DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

Dengan pentingnya sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari khususnya dalam teknologi telekomunikasi, maka energi listrik menjadi tuntutan yang harus dipenuhi guna menjaga ketersediaan jaringan komunikasi khususnya komunikasi selular atau Global System For Mobile (GSM).

Sistem Kelistrikan yang digunakan pada Teknologi Telekomunikasi bertujuan untuk menjamin ketersediaan daya listrik bagi network element (NE) serta melindungi network element dari gangguan yang bersifat kelistrikan seperti Overcurrent, under/over voltage. Network element yang terdapat pada teknologi telekomunikasi adalah Base Transceiver Station (BTS), Base Station Controller (BSC), Mobile Service Switching Center (MSC), Transmisi, Intelegent Network (IN), Value Added Service (VAS dan Router.

Pada dasarnya perangkat-perangkat Telekomunikasi tersebut mempunyai asupan tegangan DC (direct Current). Disebabkan penyediaan listrik oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) mempunyai sumber arus bolak-balik / Alternating Current (AC), maka harus ada converter yang dapat mengubah sumber arus bolak – balik tersebut menjadi sumber arus searah atau Direct Current (DC). Selain itu, untuk menjaga kesinambungan ketersediaan sumber arus searah (DC) ini, maka harus ada pencatuan arus searah DC cadangan pada sistim tanpa terputus (no-break) apabila terjadi gangguan pada catuan utama dari PLN.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu

di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul tugas akhir ini adalah “Studi Kapasitas Converter dan Kemampuan

Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan Telekomunikasi”.

Selama dalam masa perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir ini

penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Karena

itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :

1. Ayahanda H. Amarullah dan Ibunda Hj. Siti Hadijah yang tercinta, yang telah

begitu banyak memberikan dukungan moril maupun materil kepada penulis.

2. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai, Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Almarhum Ir. Nasrul Abdi, MT. Yang telah memberikan bimbingan

awal kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang

telah memberikan bimbingan, pengarahan dan motivasi kepada penulis.

5. Bapak Rinaldi A Rianda, Spv Mechanical Electrical Sumbagut Regional

(5)

6. Bapak Rachmad Fauzi, ST. MT Sekretaris Jurusan Teknik Elektro FT-USU

7. Bapak Ir. Eddy Warman selaku dosen wali penulis.

8. Para staff pengajar dan pegawai Jurusan Teknik Elektro FT – USU.

9. Rekan – rekan mahasiswa Teknik Elektro PPSE stambuk 2005 yang telah

banyak membantu dalam penulisan laporan ini.

Akhirnya penulis berharap agar Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita

semua, dan semoga Tuhan Yang Maha Esa melindungi kita semua. Amin

Medan, 26 November 2009

Penulis,

(6)

DAFTAR ISI

DAFTAR JUDUL

LEMBARAN PENGESAHAN ii

ABSTRAK iii

KATA PENGANTAR iv

DAFTAR ISI vi

DAFTAR GAMBAR x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Metode Penulisan 3

1.5 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM) 5

2.1.1 Switching Subsystem (SSS) 6

2.1.2 Base Station System (BSS) 7

2.1.3 Operating And Support System (OSS) 8

2.2 SISTEM KELISTRIKAN 2.2.1 Arus Listrik 8

2.2.2 Faktor Daya dan Daya Kompleks

(7)

2.2.4 Hubungan Seri dan Pembagi Tegangan

2.2.5 Hubungan Paralel dan Pembagi Arus

2.2.6 Generator

2.2.7 Sistem DC Power

2.2.7.1 Instalasi Sistem DC Power

2.2.7.2 Pola Instalasi DC Power

2.2.8 Panel

2.2.9 ATS dan AMF

2.3 CONVERTER (RECTIFIER) 17

2.3.1 Jenis - Jenis Converter 17

2.3.2 Prinsip Operasi Converter Thyristor 18

2.3.3 Converter Penuh Satu Fasa 19

2.3.4 Converter Penuh Tiga Fasa 21

2.4 BATERAI 2.4.1 Bagian – Bagian Baterai 24

2.4.2 Prinsip Kerja Baterai 25

2.4.3 Prinsip Kerja Baterai Asam – Timah 26

2.4.4 Prinsip Kerja Baterai Basa / Alkali 28

2.4.5 Jenis-jenis Baterai 2.4.5.1Baterai Asam ( Lead Acid Storage Battery) 29

2.4.5.2Baterai Basa / Alkali ( Alkaline Storage Battery ) 30

2.4.5.3Berdasarkan elektrolitnya 2.4.6 Cara – Cara Pengisian Baterai 31

(8)

2.4.7.1Hubungan Seri 33

2.4.7.2Hubungan Paralel 33

2.4.7.3Hubungan Kombinasi 34

2.4.8 Kapasitas Baterai 35

BAB III PENELITIAN DAN HASIL PENGUKURAN

3.1 SISTEM KELISTRIKAN DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI 36

3.2 PENELITIAN KAPASITAS BANK BATERAI 39

3.3 PENELITIAN KAPASITAS CONVERTER (RECTIFIER) 44

BAB IV ANALISA HASIL PENELITIAN

4.1 ANALISA SISTEM KELISTRIKAN DI PT.TELKOMSEL 49

4.2 ANALISA KAPASITAS CONVERTER (RECTIFIER) 52

4.2.1 Analisa Kapasitas Converter Siemens Modules GR 60 52

4.2.2 Analisa Kapasitas Powerware APR 48 Rectifier Module 58

4.3 ANALISA KAPASITAS BATERAI

4.3.1 Baterai Sonnenschein dryfit A600 65

4.3.2 Baterai Sonnenschein S12 /130 A C100 68

4.3.3 Baterai Compact Power 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN 83

5.2 SARAN 84

DAFTAR PUSTAKA

(9)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Kemajuan teknologi memungkinkan manusia hidup dalam suasana yang nyaman dan serba praktis. Hal ini semua dimungkinkan dengan adanya energi listrik. Energi listrik sampai saat ini masih memegang peranan penting dalam memenuhi kebutuhan baik untuk rumah tangga, usaha industri, kegiatan sosial

seperti rumah sakit, rumah ibadah dan dalam peranannya dapat mendorong

kegiatan ekonomis sebagai penunjang kemajuan pembangunan Bangsa dan

Negara.

Pemakaian energi listrik dari tahun ke tahun di Indonesia terus meningkat,

sesuai dengan perkembangan beban dengan bertambahnya konsumen listrik untuk

perusahaan besar maupun kecil. Salah satu perusahaan yang terus

mengembangkan kualitas dan kuantitas jaringannya adalah Perusahaan

Telekomunikasi Seluler (Telkomsel). Telkomsel memiliki cakupan jaringan

GSM/GPRS/EDGE/3G paling luas di Indonesia dengan menyediakan cakupan

jaringan suara sama luasnya dengan cakupan jaringan data. Selain itu, jaringan

Telkomsel telah melingkupi lebih dari 95% dari total area populasi Indonesia,

termasuk kota besar, kabupaten, dan kecamatan. Oleh sebab itu, untuk menjaga

kestabilan jaringan yang baik maka harus di dukung oleh penyediaan listrik yang

baik. Maka dari itu penulis akan menyajikan penelitian dan analisa mengenai

(10)

1.2Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan utama dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1) Mempelajari dan menganalisa penggunaan serta pola installasi converter dan

baterai yang sesuai dengan kebutuhan beban yang terdapat di Perusahaan

Telekomunikasi.

2) Mempelajari dan menganalisa sistem cadangan sumber tenaga listrik

(back-up Power) dengan menggunakan Bank Baterai dan cara menghitung

kapasitas baterai serta menghitung kemampuan waktu backup baterai yang

dibutuhkan oleh masing – masing network element.

3) Mengetahui sistem kerja berbagai perangkat telekomunikasi

4) Untuk memenuhi persyaratan kelulusan sarjana di Departemen Teknik Elektro

Universitas Sumatera Utara.

1.3Batasan Masalah

Mengingat luasnya pembahasan tentang sistem tenaga listrik pada

teknologi telekomunikasi, maka untuk mendapatkan hasil tulisan yang maksimal

penulis perlu membatasi masalah yang dibahas. Adapun batasan masalah dalam

tulisan ini adalah:

1) Tidak membahas secara menyeluruh seluruh peralatan dan rangkaian

elektronika sebagai komponen pendukung converter.

2) Tidak membahas penerapan perangkat listrik lainnya selain sistem kelistrikan

PT. Telkomsel, converter (rectifier) dan bank baterai yang digunakan di

(11)

1.4Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

1) Studi literature, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku – buku teks

pendukung.

2) Studi diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan pembimbing

perusahaan mengenai masalah – masalah yang timbul selama penulisan tugas

akhir.

3) Studi penelitian, melakukan penelitian dan analisa di Perusahaan

Telekomunikasi PT. TELKOMSEL Central Japati Jl. Letda Sudjono No.252

Medan untuk mendapatkan data – data yang diperlukan.

1.5Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap tugas akhir ini maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan uraian tentang latar belakang masalah, tujuan

penulisan, batasan masalah, metode pembahasan dan sistematika

penulisan laporan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini membahas tentang teori dasar sistem kerja teknologi

telekomunikasi, sistem kelistrikan, sistem DC power, penerapan

converter (rectifier) serta aplikasi baterai sebagai pencatuan arus

(12)

BAB III PENELITIAN DAN HASIL PENGUKURAN

Bab ini membahas tentang hasil Penelitian serta hasil pengukuran

langsung dari sistem kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi

PT. Telkomsel.

BAB IV ANALISA HASIL PENELITIAN

Bab ini membahas mengenai analisa dari sistem Power di

Perusahaan Telekomunikasi, analisa mengenai kapasitas dan pola

installasi converter, kapasitas dan pola installasi baterai serta

proses charge dan discharge baterai sebagai bagian dari sistem DC

Power.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup laporan yang berisikan kesimpulan dan

saran-saran yang diperoleh penulis dari hasil penelitian ataupun

analisa data – data yang di peroleh.

(13)

BSC

MSC/ VLR

EIR

HLR/AuC

OMC - R

OMS

PSTN/ISDN Other Netwok

OMS SSS

BSS

BAB II

DASAR TEORI

2.1GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM)

Global system for mobile communication (GSM) merupakan sistem

telepon mobile yang terdiri dari beberapa band frekuensi yaitu GSM 900, GSM

1800, GSM 1900. Jaringan GSM terbagi dalam 3 (tiga) sistem utama, yaitu :

Switching Subsystem (SSS), Base Station System (BSS), dan Operation and

Support System (OSS).

(14)

2.1.1 Switching Subsystem (SSS)

Switching Susbsystem adalah unsur jaringan GSM yang berfungsi

memproses panggilan yang ada serta fungsi – fungsi yang berkaitan dengan

pelanggan. Switching Subsystem mencakup unit – unit fungsional berikut ini :

1) MSC (Mobile Switching Center)

Fungsi dari MSC adalah :

• Routing panggilan dari dan ke Mobile Station.

• Memanajemen seluruh panggilan.

• Gateway ke network lain (PSTN, ISDN, Selular lain).

• Memberikan layanan supplementary dan services.

• Billing dan charging.

• Menyediakan fasilitas announcement.

2) VLR (Visitor Location Register)

Visitor Location Register merupakan database yang memiliki informasi

pelanggan sementara yang diperlukan oleh MSC untuk melayani pelanggan

yang berkunjung dari area lain.

3) HLR (Home Location Register)

Home Location Register adalah database yang digunakan untuk menyimpan

dan mengatur data-data pelanggan. Home Location Register dianggap sebagai

database yang paling penting sejak Home Location Register dapat

menyediakan data-data pelanggan tetap, termasuk status layanan pelanggan,

(15)

2.1.2 Base Station System (BSS)

Semua fungsi hubungan radio dijalankan oleh BSS. BSS terdiri dari

Transcoder Controller ( TRC ), Base Station Controller ( BSC ), dan Radio Base

Station (RBS). Semua fungsi yang berhubungan dengan radio dilaksanakan oleh

BSS terdiri dari :

1) BSC (Base Station Controller)

BSC mengatur semua fungsi hubungan radio dari jaringan GSM. BSC adalah

switch berkapasitas besar yang menyediakan fungsi seperti handover HP,

penyediaan chanel radio, kumpulan dari konfigurasi data beberapa cell,

interface ke arah MSC, BTS, dan OMC dan mengendalikan BTS – BTS yang

dibawahnya.

2) TRANSCODER CONTROLLER ( TRC )

TRC menghubungkan BSS dengan kemampuan adaptasi kecepatan. Perangkat

yang menjalankan adaptasi kecepatan disebut transcoder.

Kecepatan bit per chanel dikurangi dari 64 Kbps menjadi 16 Kbps. Ini

mengamankan jalur transmisi antara MSC ke BSC.

3) RADIO BASE STATION ( RBS )

RBS mengendalikan hubungan radio ke handphone (beriteraksi langsung

dengan Mobile Station melalui Radio / Air Interface), Satu RBS dapat

(16)

2.1.3 Operating And Support System (OSS)

Operation and Maintenance Center (OMC) terhubung dengan semua

perlengkapan yang ada di Switching Subsystem (SSS) dan BSS. Implementasi

dari OMC inilah yang disebut sebagai Operation and Support System (OSS). OSS

adalah suatu system fungsional yang digunakan oleh operator untuk memonitor

serta mengendalikan keseluruhan system. OSS bertujuan untuk memberikan

dukungan efektif terhadap aktifitas operasional dan maintenance yang terpusat,

regional atau local yang sangat dibutuhkan oleh sebuah jaringan GSM.

2.2SISTEM KELISTRIKAN 2.2.1 Arus Listrik

Arus listrik disimbolkan dengan huruf I (berasal dari kata

perancis:intensite), di definisikan sebagai perubahan kecepatan muatan terhadap

waktu, atau pengertian lainnya adalah muatan yang mengalir dalam satuan waktu.

Jadi, arus sebenarnya adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut

bergerak maka akan muncul arus, tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus

pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang

mempengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari

atom. Di dalam teori atom modern, dinyatakan bahwa atom terdiri dari partikel

inti ( proton yang bermuatan (+) dan neutron yang bersifat netral) yang dikelilingi

oleh muatan elektron (-). Jadi, normalnya atom bermuatan netral.

Muatan terdiri dari dua jenis yaitu bermuatan positif dan bermuatan

negatif. Arah arus listrik searah dengan arah muatan positif atau berlawanan

(17)

t I

I

t 0

kehilangan elektron, dan menjadi negatif apabila menerima elektron dari partikel

lain. Arus listrik terbagi atas dua jenis :

1) Arus Searah DC (Direct Current).

Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang tetap atau

konstan terhadap satuan waktu, artinya dimanapun kita meninjau arus

tersebut pada waktu yang berbeda akan mendapatkan nilai polaritas yang

sama. Nilai polaritas bisa selalu bernilai positif ataupun selalu bernilai

negatif.

2) Arus Bolak – Balik AC (Alternating Current).

Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang berubah- ubah

terhadap satuan waktu. Pada satu waktu nilai polaritasnya positif, tetapi

pada selang waktu lain nilai polaritasnya negatif.

Gambar 2.2 Arus Searah Gambar 2.3 Arus bolak – balik

2.2.2 Faktor Daya dan Daya Kompleks

Diketahui bahwa daya rata – rata bukan fungsi rms dari arus dan tegangan

saja. Tetapi ada unsur perbedaan sudut Phasa arus dan tegangan. Jika arus dan

(18)

Khairul Amri : Studi Kapasitas Converter Dan Bank Baterai Sebagai Sumber Tenaga Listrik Di Perusahaan

Arus yang mengalir pada sebuah tahanan, akan menimbulkan tegangan

pada tahanan sebesar :

Vr = Ir r

Sehingga

P = V_r . I_m . Cos

Karena tidak adanya beda Phasa antara arus dan tegangan pada tahanan, maka

sudut = 00

sehingga :

P = V. I

Untuk induktor dan kapasitor, arus yang mengalir pada elemen – elemen

ini masing – masing akan tertinggal dan terdahulu sebesar 900 terhadap tegangan

V_L = I_L . jwL

Daya rata – rata elemen – elemen ini adalah nol.

Tegangan dikalikan dengan arus disebut daya semu. Daya rata – rata

dibagi dengan daya nyata disebut faktor daya. Untuk arus dan tegangan sinusoid,

faktor daya dapat dihitung dengan rumus

(19)

θ dinamakan sudut faktor daya, sudut ini menentukan kondisi terdahulu atau

tertinggal tegangan terhadap arus.

Bila sebuah beban diberi tegangan. Impedansi dari beban tersebut akan

menentukan besar arus dan sudut Phasa yang mengalir pada beban tersebut.

Faktor daya merupakan petunjuk yang menyatakan sifat suatu beban.

Misalkan : Faktor daya beban pertama = 1 dan faktor daya beban kedua = 0,5.

Maka beban kedua akan membutuhkan 2 kali lebih besar arus beban yang

pertama. Untuk efisiensi dan operasi, diusahakan faktor daya mendekati satu.

Persamaan bilangan kompleks daya adalah :

S = V_a . I_a [ VA ]

Dimana S = bilangan kompleks daya

V_a dan I_a = besaran fasor

I_a = konjugasi kompleks dari I_a

Jika V_a dan I_a dinyatakan sebagai

Va = V < 1

I_a = I < 2

Persamaan S menjadi :

S = V.I cos ( 1 – 2) + j V.I sin ( 1- 2)

1- 2 adalah sudut yang menyatakan besarnya sudut tegangan yang mendahului

arus. Bilangan nyata dari bilangan kompleks S di definisikan sebagai daya

rata – rata. Oleh karena itu, daya rata – rata ini sering disebut daya nyata atau

(20)

Bagian imajiner dari bilangan kompleks S disebut daya reaktif dan diberi

simbol Q dengan satuan VAR. Sebagaimana daya nyata terdapat pada tahanan,

daya reaktif terdapat pada sebuah reaktansi. Daya reaktif positif akan terdapat

pada induktor dengan arus tertinggal terhadap tegangan. Dengan dasar itu pula,

daya reaktif negatif terdapat pada sebuah kapasitor.

2.2.3 Perhitungan Tiga Phasa

Hampir semua listrik yang digunakan oleh industri, dibangkitkan, di

transmisikan dan didistribusikan dalam sistem tiga phasa. Sistem tiga phasa ini

memiliki besar yang sama (untuk tegangan atau arus) tetapi mempunyai

perbedaan sudut sebesar 120 0 antar Phasanya. Sumbu ini disebut juga sumbu

yang seimbang.

Apabila sumber mensuplai sebuah beban seimbang, maka arus – arus yang

mengalir pada masing – masing penghantar akan memiliki besar yang sama dan

berbeda sudut Phasa sebesar 120 0 satu sama lain. Arus – arus ini disebut arus

yang seimbang. Gambar 2.4 memperlihatkan sebuah rangkaian sederhana dan

diagram fasor sebuah sistem seimbang.

(21)

Vcn

Ic

Van

Ia

Vbn Ib

b)

Gambar 2.4 Sistem Tiga phasa hubungan Y

Sistem pada gambar 2.4 disebut sistem urutan abc, dimana Phasa b tertinggal

120 0 terhadap Phasa a, dan Phasa c tertinggal 120 0terhadap Phasa b. Hanya satu

kemungkinan urutan lagi selain urutan abc yaitu acb. Beban pada gambar 2.4 a

dihubungkan dengan cara hubungan Y. Dalam hubungan tipe Y ini tegangannya

adalah tegangan kawat netral dan arus yang mengalir pada tiap Phasa beban

adalah arus kawat. Tegangan antara masing – masing kawat (saluran) dapat

dihitung sebagai berikut :

Vab = V an + Vnb = V an - Vbn

Vbc = Vbn - V cn

V ca = V cn - V an

Penulisan secara matematis dari gambar 2.4b untuk urutan Phasa abc dapat

dijelaskan sebagai berikut :

Vab = V an . 3 .< 300

(22)

V ca = V cn . 3 .< 300

Masing – masing tegangan kawat – kawat terdahulu 300 dan 3 kali

besar terhadap tegangan kawat netral. Untuk urutan Phasa – Phasa acb persamaan

diatas akan menjadi :

Vab = V an . 3 .< - 300

Vbc = Vbn. 3 .< - 300

V ca = V cn . 3 .< - 300

Daya yang digunakan pada masing – masing Phasa pada beban adalah :

P₁_θ = V an .I1 . cos

Dimana I1 = arus I a

COS = faktor daya

Untuk sistem yang seimbang, daya total yang dipergunakan adalah

P_T = P₃_θ = 3. V an .I1 . cos

= 3 . 3

VH

. I₁. cos

= 3 . VH . I₁ . cos

dimana :

VH = tegangan kawat ke kawat

(23)

Gambar 2.5 Sistem tiga phasa hubungan delta

Baban pada gambar 2.4 adalah terhubung secara bintang (Y). Selain hubungan

bintang ini masih terdapat satu buah hubungan lain untuk beban yang seimbang,

yaitu hubungan delta (∆) seperti digambarkan pada gambar 2.5. Tegangan pada

hubungan delta ini adalah tegangan kawat ke kawat. Hubungan antara arus kawat

dengan arus yang mengalir pada beban dapat dijelaskan dengan rumus :

I a = Iab + I ac = Iab- I ca

Ib = Ibc - Iab

I c = I ca - Ibc

Hubungan antara arus kawat pada hubungan delta untuk urutan Phasa abc dan acb

dapat dijelaskan melalui persamaan – persamaan di bawah ini :

(24)

Ib = Ibc. 3 .< - 300

I c = I ca . 3 .< - 300

Untuk urutan Phasa acb, arus terdahulu 300 terhadap arus Phasa.

Daya yang dikonsumsi setiap Phasa pada beban gambar 2.5 adalah

P₁_θ = VH.Iab . cos

Dimana

VH = Tegangan Vab

Cos = faktor daya

Untuk sistem yang seimbang, daya total yang dikonsumsi ke beban adalah :

P_T = 3 . P1θ = 3 VH . Iab. cos

= 3 . VH. 3 1

I

. Cos

= 3. VH. I₁. Cos

dimana : I1 = arus kawat

Dengan memperhatikan persamaan diatas, maka tampak kedua persamaan

itu adalah sama. Hal ini berarti, jika tegangan kawat – kawat, arus kawat dan Cos

diketahui maka daya yang dikonsumsi dapat dihitung tanpa perlu mengetahui

bentuk hubungan dari beban tersebut. Dengan persamaan yang sama, dapat

diketahui bahwa

|S_T| = 3 . VH. I1

(25)

2.2.4 Hubungan Seri dan Pembagi Tegangan

Dalam rangkaian listrik arus searah, jika resistor dihubungkan secara seri,

maka kuat arus yang melalui tiap resistor adalah sama, yaitu sama dengan kuat

arus yang melalui resistor penggantinya ( I₁= I₂= I₃=I_ek). Beda potensial

(tegangan) tiap resistor dapat dihitung dengan hukum ohm

V = I x R

V₁ = R₁.I₁ dan V₂ = R₂.I₂ dan V₃ = R₃.I₃ maka V_ek = R_ek.I_ek

Jumlah tegangan dapat dihitung : V1 + V2 + V3 = Vek

2.2.8 Hubungan Paralel dan Pembagi Arus

Dalam susunan paralel, tegangan tiap resistor adalah sama, yaitu sama

dengan tegangan resistor penggantinya. V1= V2= V3 = Vek

Jumlah kuat arus : I₁ + I₂ + I₃ = I_ek

Yang dimaksud beban DC, bukan hanya beban yang bersifat resistif saja

tetapi suatu beban yang memerlukan input tegangan DC. Adapun untuk

mendapatkan input tegangan DC, dapat dilakukan dengan menyearahkan tegangan

(26)

2.2.9 Generator

Generator adalah Mesin yang Mengubah Energi Mekanik Menjadi

Energi Listrik. Secara praktis generator sinkron selalu merupakan generator tiga

Phasa. Jika dua buah kumparan diletakkan pada alur yang berbeda pada stator seperti

ditunjukkan pada gambar 2.6, maka tegangan induksi yang dibangkitkan akan

memiliki beda phasa sebesar 120°. Sedang untuk generator 4 kutub ditunjukkan pada

gambar 2.7.

Gambar 2.6 Generator Sinkron Tiga Phasa Dua Kutub

Gambar 2.7 Generator Sinkron Tiga Phasa Empat Kutub

Dimana tiap-tiap fasa memiliki dua buah kumparan yang ditempatkan secara

(27)

phasa dapat dihubungkan seri atau paralel dan generator tiga fasa

kumparan-kumparannya umumnya dihubungkan bintang seperti ditunjukkan pada gambar

2.8

Gambar 2.8 Hubungan Belitan Stator Generator Tiga phasa

2.2.7 Sistem DC Power

DC Power adalah alat bantu utama yang sangat diperlukan sebagai

penyedia arus searah (direct current) yang digunakan untuk peralatan-peralatan

kontrol, peralatan proteksi dan peralatan lainnya yang menggunakan sumber arus

DC, baik untuk unit pembangkit dalam keadaan normal maupun dalam keadaan

darurat (emergency). Pada beberapa unit pembangkit kecil, khususnya

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) maupun Pembangkit Listrik Tenaga

Diesel (PLTD), sumber DC Power digunakan sebagai start-up unit. Dalam

instalasi sumber tegangan / arus searah (direct current / DC) meliputi panel-panel

kontrol, instalasi / pengawatan listrik, meter-meter, indikator dan perlengkapan

lainnya seperti : converter (rectifier), baterai dan inverter. Sumber Instalasi DC

Power dipasok oleh converter (rectifier) baik dari sumber 3 (tiga) phasa maupun

(28)

kebutuhan dan tingkat kepentingannya. Kapasitas baterai biasanya disesuaikan

dengan kebutuhan yang ada pada unit pembangkit itu sendiri baik sebagai back up

power ataupun start up unit cadangan.

2.2.7.1 Instalasi Sistem DC Power

Instalasi sistem DC power berfungsi untuk menyalurkan suplai DC yang

dipasok oleh converter (rectifier) tiga phasa maupun satu phasa yang dihubungkan

dengan baterai. Terdapat 3 (tiga) jenis instalasi atau suplai DC Power yang biasa

digunakan, antara lain:

1)

Instalasi DC power dengan sumber tegangan 220/250 Volt ini dipasok dari

converter (rectifier) yang dihubungkan dengan baterai pada panel DC. Dari panel

DC ini digunakan untuk mensuplai :

Instalasi Sistem DC Power 220 / 250 Volt

• DC Station Board, antara lain untuk motor-motor, indikator, lampu

penerangan dan lain – lain.

• Inverter yang digunakan untuk mensuplai Kontrol dan Instrumentasi pada

turbin, boiler, switchgear dll.

2)

Instalasi DC power dengan sumber tegangan 110/125 Volt ini dipasok dari

converter (rectifier) yang dihubungkan dengan baterai pada panel DC. Dari panel

DC ini digunakan untuk mensuplai 125 Volt DC Station Board, untuk mensuplai : Instalasi Sistem DC Power 110 / 125 Volt

• Kontrol dan instrumentasi seperti pada turbin,boiler,ash dan dash handling dll.

• Relay Proteksi.

(29)

AC 1

Batere 1

Converter 1

3)

Instalasi DC power dengan sumber tegangan 48 volt biasanya digunakan

untuk Telekomunikasi (Telepon / Facsimile) dan Teleproteksi (khusus di Gardu

Induk). Sedangkan instalasi DC power dengan sumber tegangan 24 volt DC biasa

digunakan pada Emergency Diesel Generator untuk Starting Aplications 24 Vdc. Instalasi Sistem DC Power 24 / 48 Volt

2.2.7.2 Pola Instalasi DC Power

Instalasi pada sistem DC power terdiri dari beberapa pola atau model

berdasarkan kondisi peralatan yang terpasang. Hal ini juga dipengaruhi oleh

tingkat keandalan yang dibutuhkan dan kemampuan dari sumber DC itu sendiri .

1) Pola Instalasi DC Power 1

Pola 1 ini terdiri dari 1 (satu) unit trafo, 1 (satu) unit converter (rectifier), 1

(satu) unit baterai dan 1 (satu) unit bus DC. Dalam hal ini pengaman utama dan

pengaman cadangan menggunakan MCB yang berbeda seperti terlihat pada

gambar 2.9

(30)

AC 1

Batere 1

Converter 1

AC 2

Batere 2

Interlock System

Converter 2

2)

Pola yang kedua ini terdiri dari : 2 (dua) unit trafo, 2 (dua) unit converter

(rectifier), 2 (dua) unit baterai dan 1 (satu) unit bus DC. Dalam hal ini pengaman

utama dan pengaman cadangan menggunakan MCB yang berbeda seperti terlihat

pada gambar di bawah ini. Pola operasinya adalah : Pola Instalasi DC Power 2

• Sistem 1 : sumber listrik 1, converter (rectifier) 1 dan baterai 1, beroperasi

memikul beban

• Sistem 2 : sumber listrik 2, converter (rectifier) 2 dan baterai 2, beroperasi

tanpa beban

Sistem 1 dan sistem 2 beroperasi secara bergantian yang dilakukan oleh

Interlock System DC Utama

Gambar 2.10 Pola 2 Instalasi Sistem DC Power

(31)

Converter 1

Batere 2

AC 2 AC 1

Batere 1

Kopel

Converter 2

Pola 3 ini terdiri dari : 2 (dua) unit trafo, 2 (dua) unit Converter (rectifier),

2 (dua) unit baterai dan 2 (dua) unit bus DC. Pengaman utama dan cadangan

menggunakan MCB yang berbeda. Pola operasinya adalah :

• Sistem 1 : Power supply 1, converter (rectifier) 1 dan baterai 1, beroperasi

memikul beban

• Sistem 2 : Power supply 2, converter (rectifier) 2 dan baterai 2, beroperasi

tanpa beban

Pada posisi normal sistem 1 dan sistem 2 operasi secara terpisah, posisi

MCB keluar (MCB kopel interlock dengan MCB sistem 1 dan sistem 2). Pada saat

pemeliharaan sistem 1, MCB sistem 1 dilepas maka MCB kopel akan masuk

secara otomatis. Demikian juga sebaliknya. Lihat diagram dibawah ini

Gambar 2.11 Pola 3 Instalasi Sistem DC Power

Pola instalasi diatas adalah hanya contoh dari sekian banyak pola instalasi

yang berkembang saat ini khususnya di unit pembangkit yang memerlukan

keandalan yang tinggi dengan pola pengoperasian yang tinggi juga.

(32)

Kombinasi panel – panel adalah bentuk dari perlengkapan hubung bagi

pada tempat pelayanannya, terbuat dari konduktif atau tidak konduktif yang di

pasang pada rangka yang dilengkapi dengan perlengkapan listrik seperti sakelar,

kabel dan rel. Perlengkapan hubung bagi yang di batasi dan dibagi – bagi dengan

baik menjadi petak – petak yang tersusun mendatar dan tegak dianggap sebagai

satu panel hubung bagi (PHB).

Terdapat tiga tingkatan (level) pada panel dalam mendistribusikan tenaga

listrik, main distribution level, sub distribution level, dan load level.

•

MDP (main distribution panel) menghubungkan langsung antara sumber

tenaga listrik dengan sub distribution panel (SDP). Digunakan terutama sekali

untuk : Safety disconnection, Coupling busbar section, Proteksi Busbar, Pemilihan

dalam perlengkapan proteksi yang dilengkapi oleh fuse, pemutus sirkit, dan

pemutus sirkit tidak otomatis. Main Distribution Panel (MDP)

•

SDP (sub distribution panel ) digunakan untuk : safety connection,

switching beban listrik, sistem lampu dan motor, proteksi kabel, jaringan listrik

dan beban, proteksi cadangan , proteksi terhadap tegangan lebih, kontrol, metering

dan pengukuran

Sub Distribution Panel (SDP)

2.2.10 ATS dan AMF

ATS adalah singkatan dari automatic Transfer Switch, yaitu proses

pemindahan sumber listrik dari sumber listrik yang satu ke sumber listrik yang

(33)

pengembangan dari COS atau yang biasa disebut secara jelas sebagai charge over

switch , beda keduanya adalah terletak pada sistem kerjanya, untuk ATS kendali

kerjanya dilakukan secara otomatis, sedangkan COS dikendalikan atau

dioperasikan secara manual.

AMF adalah singkatan dari Automatic Main Failure yang maksudnya

menjelaskan cara kerja otomatisasi terhadap sistem kelistrikan cadangan apabila

terjadi gangguan pada sumber listrik / penyulang listrik utama (Main), istilah ini

secara umum sering dijabarkan sebagai sistem kendali.

2.3CONVERTER

Converter sering juga disebut Rectifier adalah suatu rangkaian peralatan

listrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik bolak-balik (Alternating

Current, disingkat AC) menjadi arus listrik searah (Direct Current, disingkat DC),

yang berfungsi untuk pasokan DC power baik ke peralatan-peralatan yang

menggunakan sumber DC maupun untuk mengisi baterai agar kapasitasnya tetap

terjaga penuh sehingga kehandalan unit pembangkit tetap terjamin. Dalam hal ini

baterai harus selalu tersambung ke converter (rectifier).

Kapasitas converter (rectifier) harus disesuaikan dengan kapasitas baterai

yang terpasang, setidaknya kapasitas arusnya harus mencukupi untuk pengisian

baterai sesuai jenisnya yaitu

Baterai alkali = ( 0,2 x Kapasitas baterai ) + beban statis

Baterai Asam = ( 0,1 x kapasitas baterai ) + beban statis

(34)

Converter (rectifier) dengan Phasa terkendali dapat diklarifikasikan pada

dua tipe, tergantung pada suplai masukan

1) Converter (rectifier) satu Phasa

2) Converter (rectifier) tiga Phasa

setiap tipe dapat dibagi lagi menjadi : semiconverter, converter penuh,

dual converter. Semikonverter merupakan converter satu kuadran dan hanya

memiliki satu polaritas tegangan dan arus keluaran. Converter penuh merupakan

converter dua kuadran yang dapat memiliki tegangan keluaran baik positif dan

negatif, akan tetapi keluaran arus converter hanya dapat berharga positif.

Dua converter akan beroperasi pada empat kuadran yang dapat menghasilkan

tegangan dan arus keluaran berharga positif maupun negatif.

2.3.2 Prinsip Operasi Converter Thyristor

Perhatikan rangkaian gambar 2.12a dengan beban resistif. Selama

setengah siklus positif dari tegangan masukan, anoda thyristor relatif positif

terhadap katoda sehingga thyristor disebut terbias-maju. Ketika thyristor T1

dinyalakan pada t = , thyristor T1 akan tersambung dan tegangan masukan

akan muncul di beban. Ketika tegangan masukan mulai negatif pada t = , anoda

thyristor akan negatif terhadap katodanya dan thyristor T1 akan disebut terbias

mundur dan dimatikan. Waktu setelah tegangan masukan mulai positif hingga

thysistor dinyalakan pada t = disebut sudut delay atau sudut penyalaan .

Gambar 2.12b memperlihatkan daerah operasi dari converter dengan

tegangan dan arus keluaran memiliki polaritas tunggal. Gambar 2.12c

memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, arus

(35)

pada aplikasi industri karena keluarannya memiliki ripple yang tinggi dan

frekwensi ripple rendah. Jika fs merupakan frekuensi dari suplai masukan,

komponen frekuensi terendah pada tegangan ripple keluaran akan fs juga.

a) Rangkaian b) Kuadran

(36)

Gambar 2.12 Converter thyristor satu Phasa dengan beban resistif

2.3.3 Converter Penuh Satu Phasa

Rangkaian untuk converter penuh satu Phasa di perlihatkan pada gambar

2.13 dengan beban sangat induktif sehingga arus beban bersifat kontinyu dan

tanpa ripple. Sepanjang setengah siklus positif, thyristor T1 dan T2 terbias maju;

dan ketika thyristor – thyristor ini dianyalakan secara bersamaan pada t = ,

beban akan terhubung ke suplai melalui T1 dan T2. Akibat beban yang bersifat

induktif, thyristor T1 dan T2 akan terus tersambung saat waktu telah melewati t

= , walaupun tegangan masukan telah negatif. Selama setengah siklus tegangan

masukan negatif, thyristor T3 dan T4 akan terbias maju; penyalaan T3 dan T4

akan memberikan tegangan suplai sebagai tegangan bias mundur bagi T1 dan T2.

T1 dan T2 akan dimatikan melalui komutasi line (komutasi natural) dan arus

beban akan ditransfer dari T1 dan T2 ke T3 dan T4. Gambar 2.13b

memperlihatkan daerah operasi converter(rectifier) dan gambar 2.13c yang

memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran dan

arus masukan serta keluaran.

Selama periode dari ke , tegangan masukan Vs dan arus masukan is

akan positif, daya akan mengalir dari catuan ke beban. Saat itu converter(rectifier)

dikatakan berada pada mode operasi penyearahan. Selama periode dari ke + ,

tegangan Vs akan negatif, sedangkan i_s akan positif, sehingga terdapat aliran

(37)

mode operasi inversi. Converter jenis ini digunakan secara ekstensif pada banyak

aplikasi industri sampai level daya 15 KW. Tergantung pada nilai , tegangan

keluaran rata – rata dapat positif ataupun negatif dan memberikan operasi pada

dua kumparan.

(38)

Gambar. 2.13 Converter(rectifier) Penuh Satu Phasa

2.3.4 Converter Penuh Tiga Phasa

Converter tiga Phasa secara ekstensif digunakan pada banyak aplikasi

industri hingga level daya 120kW dengan daerah operasi dua kuadran. Gambar

2.14a memperlihatkan rangkaian converter penuh dengan beban yang sangat

indukt if. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan tiga Phasa. Thyristor dinyalakan

pada interval /3. Frekuensi ripple tegangan keluaran akan 6fs dan kebutuhan

proses filtering menjadi lebih ringan dari converter gelombang setengah maupun

semiconverter tiga Phasa. Pada t = /6 + , thyristor T6 telah tersambung dan

thyristor T1 akan dinyalakan. Selama interval ( /6 + ) ≤ t ≤ ( /2 + ), thyristor

T1 dan T6 tersambung dan tegangan line to line V_ab = (V_an- V_bn) akan muncul

sepanjang beban. Jika diberi nomor seperti pada gambar 2.14a, barisan penyalaan

akan 12,23,34,45,56 dan 61. Gambar 2.14b memperlihatkan bentuk gelombang

dari tegangan masukan, tegangan keluaran, arus masukan dan arus yang melalui

thyristor.

(39)

(40)

b) Bentuk Gelombang

Gambar 2.14 Converter(rectifier) Penuh Tiga Phasa

2.4BATERAI

Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya

berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan

efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel,

adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi

tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi

tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda

yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang

berlawanan didalam sel.

Jenis sel baterai ini disebut juga Storage Battery, adalah suatu baterai yang

dapat digunakan berulang kali pada keadaan sumber listrik arus bolak balik (AC)

terganggu.

2.4.1 Bagian – Bagian Baterai

Keterangan gambar :

1. Plat / elektroda positif

2. Plat / elektoda negatif

3. Separator

4. Kontainer atau wadah

(41)

6. Lubang pengisian elektrolit.

Gambar 2.15 Bagian – bagian baterai

Tiap sel baterai ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu

elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.

Menurut pemakaian baterai dapat digolongkan ke dalam 2 jenis :

• Stationary ( tetap )

• Portable (dapat dipindah-pindah)

2.4.2 Prinsip Kerja Baterai

1) Proses discharge pada sel berlangsung menurut skema Gambar 2.16a.

Bila sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari

anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke

anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda.

2) Pada proses pengisian menurut skema Gambar 2.16b dibawah ini

adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda

positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dan proses

kimia yang terjadi adalah sebagai berikut :

• Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda

melalui power supply ke katoda

• Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda

(42)

Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari

saat pengosongan (discharging)

a) b)

Gambar 2.16 Proses Pengosongan dan Pengisian baterai

2.4.3 Prinsip Kerja Baterai Asam - Timah.

Bila sel baterai tidak dibebani, maka setiap molekul cairan elektrolit Asam

sulfat (H₂SO₄) dalam sel tersebut pecah menjadi dua yaitu ion hydrogen yang

bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negative (SO4

−₎

H₂SO₄ 2H+ + SO₄ −

Proses pengosongan

Bila baterai dibebani, maka tiap ion negatif sulfat. (SO₄ −) akan bereaksi

dengan plat timah murni (Pb) sebagai katoda menjadi timah sulfat (Pb SO₄)

sambil melepaskan dua elektron. Sedangkan sepasang ion hidrogen (2H+) akan

(43)

(PbSO₄) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan satu atom

oksigen untuk membentuk air (H2O). Pengambilan dan pemberian elektron dalam

proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial listrik antara

kutub-kutub sel baterai.

Proses tersebut terjadi secara simultan dengan reaksinya dapat dinyatakan.

Pb O₂+ Pb + 2 H₂SO₄ Pb SO₄+ Pb SO₄+ 2 H₂O Sebelum Proses Setelah proses

Pb O₂ = Timah peroxida (katub positif / anoda)

Pb = Timah murni (kutub negatif/katoda)

2 H₂SO₄ = Asam sulfat (elektrolit)

Pb SO4 = Timah sulfat (kutub positif dan negatif setelah proses

Pengosongan )

H₂O = Air yang terjadi setelah pengosongan

Jadi pada proses pengosongan baterai akan terbentuk timah sulfat (Pb

SO4) pada kutub positif dan negatif, sehingga mengurangi reaktifitas dari cairan

elektrolit karena asamnya menjadi timah, sehingga tegangan baterai antara

kutub-kutubnya menjadi lemah.

Proses Pengisian

Proses ini adalah kebalikan dari proses pengosongan dimana arus listrik

dialirkan yang arahnya berlawanan, dengan arus yang terjadi pada saat

pengosongan.Pada proses ini setiap molekul air terurai dan tiap pasang ion

hydrogen (2H+) yang dekat plat negatif bersatu dengan ion negatif Sulfat (SO₄ −)

(44)

bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada plat positif membentuk timah peroxida

(PbO2).

Proses reaksi kima yang terjadi adalah sebagai berikut :

Pb SO₄+ Pb SO₄+ 2 H₂O Pb O₂+ Pb + 2 H₂SO₄ Setelah pengosongan Setelah pengisian

2.4.4 Prinsip Kerja Baterai Basa / Alkali

Baterai Alkali menggunakan potasium Hydroxide sebagai elektrolit,

selama proses pengosongan (Discharging) dan pengisian (Charging) dari sel

baterai alkali secara praktis tidak ada perubahan berat jenis cairan elektrolit.

Fungsi utama cairan elektrolit pada baterai alkali adalah bertindak sebagai

konduktor untuk memindahkan ion-ion hydroxide dari satu elektroda ke elektroda

lainnya tergantung pada prosesnya, pengosongan atau pengisian, sedangkan

selama proses pengisian dan pengosongan komposisi kimia material aktif

pelat-pelat baterai akan berubah. Proses reaksi kimia saat pengosongan dan pengisian

pada elektroda-elektroda sel baterai alkali sebagai berikut :

Untuk baterai Nickel-Cadmium

2 Ni OOH + Cd + 2 H₂O 2Ni (OH)₂ + Cd (OH)₂

Pengosongan Pengisian

2NiOOH = Incomplate nickelic - hydroxide (Plat positif atau anoda)

Cd = Cadmium (Plat negatif atau katoda)

2Ni (OH)2 = Nickelous hydroxide (Plat positif)

Cd (OH)₂ = Cadmium hydroxide (Plat negatif)

Untuk Baterai nickle – Iron

2 Ni OOH + Fe + 2 H₂O 2Ni (OH)₂ + Fe (OH)₂

Pengosongan Pengisian

(45)

2NiOOH = Incomplate nickelic – hydroxide (Plat positif)

Fe = Iron (Plat negatif)

2Ni (OH)₂ = Nickelous hydroxide (Plat positif)

Fe (OH)₂ = Ferrous hydroxide (Plat negatif)

2.4.5 Jenis-jenis Baterai.

Bahan elektrolit yang banyak dipergunakan pada baterai adalah jenis asam

(lead acid) dan basa (alkali). Untuk itu dibawah ini akan dibahas kedua jenis

bahan elektrolit tersebut.

2.4.5.1 Baterai Asam ( Lead Acid Storage Battery)

Baterai asam bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang

(Sulfuric Acid = H₂S0₄). Didalam baterai asam, elektroda - elektrodanya terdiri

dari plat-plat timah peroksida PbO₂ (Lead Peroxide) sebagai anoda (kutub

positif) dan timah murni Pb (Lead Sponge) sebagai katoda (kutub negatif).

Ciri-ciri umum (tergantung pabrik pembuat) sebagai berikut :

• Tegangan nominal per sel 2 Volt.

• Ukuran baterai per sel lebih besar bila dibandingkan dengan baterai alkali.

• Nilai berat jenis elektrolit sebanding dengan kapasitas baterai.

• Suhu elektrolit sangat mempengaruhi terhadap nilai berat jenis elektrolit,

semakin tinggi suhu elektrolit semakin rendah berat jenisnya dan sebaliknya.

• Nilai standar berat jenis elektrolit tergantung dari pabrik pembuatnya.

• Umur baterai tergantung pada operasi dan pemeliharaan, biasanya dapat

mencapai 10 - 15 tahun, dengan syarat suhu baterai tidak lebih dari 200C.

• Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan

(46)

- Pengisian awal (Initial Charge) : 2,7 Volt.

- Pengisian secara Floating : 2,18 Volt.

- Pengisian secara Equalizing : 2,25 Volt.

- Pengisian secara Boosting : 2,37 Volt.

- Tegangan pengosongan per sel (Discharge ) : 2,0 – 1,8 Volt.

2.4.5.2 Baterai Basa / Alkali ( Alkaline Storage Battery )

Baterai alkali bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (Potassium

Hydroxide) yang terdiri dari :

• Nickel-Iron Alkaline Battery ( Ni- Fe battery )

• Nickel-Cadmium Alkaline Battery ( Ni-Cd battery )

Pada umumnya yang banyak dipergunakan di instalasi unit pembangkit

adalah baterai alkali cadmium ( Ni-Cd ).

Ciri-ciri umum (tergantung pabrik pembuat) sebagai berikut :

• Tegangan nominal per sel 1,2 Volt.

• Nilai berat jenis elektrolit tidak sebanding dengan kapasitas baterai.

• Umur baterai tergantung pada operasi dan pemeliharaan, biasanya dapat

mencapai 15 - 20 tahun, dengan syarat suhu baterai tidak lebih dari 200C.

• Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan

pemeliharaan dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah :

- Pengisian awal (Initial Charge) = 1,6 – 1,9 Volt.

- Pengisian secara Floating = 1,40 – 1,42 Volt.

(47)

- Pengisian secara Boosting = 1,50 – 1,65 Volt

• Tegangan pengosongan per sel (Discharge ) : 1 Volt (reff. Hoppeke & Nife)

2.4.5.3Berdasarkan elektrolitnya

Jenis baterai berdasarkan jenis elektrolitnya terdiri dari sel basah

(baterai basah) dan sel kering (baterai kering). Baterai basah mempunyai ciri – ciri

antara lain elektrolitnya berbentuk cair, kapasitas umumnya besar dan bentuk fisik

umumnya besar. Sedangkan baterai kering mempunyai ciri – ciri antara lain

elektrolitnya berbentuk pasta , kapasitas umumnya kecil dan bentuk fisiknya

lebih kecil.

2.4.6 Cara – Cara Pengisian Baterai

a) Pengisian awal (Initial charge)

Pengisian ini dimaksudkan untuk pembentukan sel Baterai, cara ini hanya

dilakukan pada Baterai yang single sel atau Baterai stasioner dan hanya

dilakukan sekali saja.

b) Pengisian kembali (recharging)

Pengisian recharging dilakukan secara otomatis setelah baterai mengalami

pengosongan. Lamanya pengisian kembali disensor oleh rectifier sehingga

apabila Baterai sudah penuh maka dilanjutkan dengan pengisian trickle.

c) Pengisian equalizing / penyesuaian

Pengisian penyesuaian atau equalizing dimaksudkan untuk mendapatkan

(48)

kapasitas Baterai. pengisian ini juga dilakukan pada saat baterai setelah

adanya penambahan aquades.

d) Pengisian perbaikan/treatment

Pengisian perbaikan atau treatment dimaksudkan untuk memulihkan kapasitas

baterai yang berada dibawah standar setelah Baterai dilakukan perbaikan,

apabila setelah diadakan perbaikan hasilnya belum dicapai dapat dilakukan

beberapa kali.

e) Pengisian khusus / Boost charge

Pengisian khusus atau boost charge dimaksudkan untuk memulihkan baterai

secara cepat setelah adanya pengosongan yang banyak, misalnya pada sistim

operasi charge discharge yang belum mendapat catuan PLN.

f) Pengisian kompensasi Floating/trickle charge

Pengisian kompensasi dimaksudkan untuk menjaga kapasitas baterai selalu

dalam kondisi penuh akibat adanya pengosongan diri (self discharge) yang

besarnya 1% dari kapasitas.

2.4.7 Rangkaian Baterai

Dikarenakan tegangan baterai per sel terbatas, maka perlu untuk

mendapatkan solusi agar tegangan baterai dapat memenuhi atau sesuai dengan

tegangan kerja peralatan maupun untuk menaikkan kapasitas dan juga kehandalan

pemakaian dengan merangkai (meng-koneksi) beberapa baterai dengan cara :

(49)

• Hubungan parallel

• Hubungan Kombinasi, yang terdiri dari seri paralel dan Paralel Seri.

2.4.7.1 Hubungan Seri

Koneksi baterai dengan hubungan seri ini dimaksudkan untuk dapat

menaikkan tegangan baterai sesuai dengan tegangan kerja yang dibutuhkan atau

sesuai tegangan peralatan yang ada. Kekurangan dari hubungan seri ini adalah jika

terjadi gangguan atau kerusakan pada salah satu sel baterai maka suplai sumber

DC ke beban akan terputus.

Gambar 2.17 Hubungan Baterai Secara Seri

2.4.7.2 Hubungan Paralel

Koneksi baterai dengan hubungan paralel ini dimaksudkan untuk dapat

menaikkan kapasitas baterai atau Ampere hour (Ah) baterai. Selain itu juga dapat

memberikan keandalan beban DC pada sistem. Hal ini disebabkan jika salah satu

sel baterai yang dihubungkan paralel mengalami gangguan atau kerusakan maka

(50)

akan mempengaruhi suplai secara keseluruhan sistem, hanya kapasitas daya

sedikit berkurang sedangkan tegangan tidak terpengaruh

Gambar 2.18 Hubungan Baterai Secara Paralel

2.4.7.3 Hubungan Kombinasi

Pada hubungan kombinasi ini terbagi menjadi 2 macam yaitu seri paralel

dan paralel seri. Hubungan ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan ganda baik

dari sisi kebutuhan akan tegangan dan arus yang sesuai maupun keandalan sistem

yang lebih baik. Hal ini disebabkan karena hubungan seri akan meningkatkan

tegangan sedangkan hubungan paralel akan meningkatkan arus dan keandalan

sistemnya.

(51)

Gambar 2.19 Hubungan Baterai Secara Seri Paralel

• Hubungan Paralel Seri

Gambar 2.20 Hubungan Baterai Secara Paralel

2.4.8 Kapasitas Baterai

Kapasitas suatu baterai adalah menyatakan besarnya arus listrik (Ampere)

baterai yang dapat disuplai atau dialirkan ke suatu rangkaian luar atau beban

dalam jangka waktu (jam) tertentu, untuk memberikan tegangan tertentu.

(52)

C = I x t

Dimana :

C = Kapasitas baterai ( Ah )

I = Besar arus yang mengalir (Ampere ) t = Waktu pemakaian ( Jam ).

BAB III

PENELITIAN DAN HASIL PENGUKURAN

3.1SISTEM KELISTRIKAN DI PERUSAHAAN TELEKOMUNIKASI

Sistem Kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi bertujuan untuk

menjamin ketersediaan daya listrik bagi network element (NE) serta melindungi

network element dari gangguan yang bersifat kelistrikan (Overcurrent, under /

over voltage, lithning). Dari hasil penelitian, diperoleh data bahwa network

element yang di suplai adalah :

1) BSC (Base Station Controller)

2) MSC (Mobile Switching Center)

3) Transmisi (PDH dan SDH)

4) IN (Intelegent Network)

5) Router

Sumber tegangan AC digunakan untuk mensuplai peralatan listrik seperti

(53)

inverter sedangkan sumber tegangan DC digunakan untuk mensuplai network

element seperti : RBS, Minilink, Transmisi dan MSC.

Sistem catu daya di Telkomsel Central Japati Tembung dapat di gambarkan

melalui diagram di bawah ini :

Gambar 3.1 Sistem catu daya di Telkomsel

RECTIFIER BEBAN DC

(54)

(55)

(56)

57

3.2 PENELITIAN KAPASITAS BANK BATERAI

Dari penelitian yang dilakukan diperoleh data bahwa terdapat 3 (tiga) jenis

baterai yang digunakan dalam sistem kelistrikan di Perusahaan Telekomunikasi

Central Japati Tembung yang antara lain adalah :

1) Baterai Sonnenschein dryfit A600

Spesifikasi dari baterai Sonnenschein dryfit A600

Tipe baterai : 16OpZV 2000

Tegangan Nominal : 2 Volt

Kapasitas Nominal : 2000 Ah C10

Gambar 3.4 Baterai Sonnenschein dryfit A600

Type Nominal

Tabel 3.1 Data teknik Kapasitas Baterai Sonnenschein dryfit A600

(57)

58

Tabel 3.2 Pengaruh temperatur terhadap pegisian baterai

2) Baterai Sonnenschein S12 /130 A

Gambar 3.5 Baterai Sonnenschein S12 /130 A

Spesifikasi dari baterai Sonnenschein

Tipe baterai : S12/130 A

(58)

59

Type Part Number Nominal

Voltage

Nominal Capacity C100

Discharge Current I100

S12/6.6 S NGSO1206D6HS0SA 12 Volt 6.6 Ah 0.066 A

S12/17 G5 NGSO120017HS0BA 12 Volt 17 Ah 0.17 A

S12/41 A NGSO120041HS0CA 12 Volt 41 Ah 0.41 A

S12/85 A * NGSO120085HS0CA 12 Volt 85 Ah 0.85 A

S12/130 A NGSO120130HS0CA 12 Volt 130 Ah 1.3 A

Capacities C1 - C100 (20 0_C)

Type C1 (1h) C5 (5h) C10 (10h) C20 (20h) C100 (100 h)

1.7 V/C 1.7 V/C 1.7 V/C 1.75 V/C 1.8 V/C

S12/85 A 55 Ah 68.5 Ah 74 Ah 76 Ah 85 Ah

S12/90 A 50.5 Ah 72 Ah 78 Ah 84 Ah 90 Ah

S12/130 A 66 Ah 93.5 Ah 104.5 Ah 110 Ah 130 Ah

S12/230 A 120 Ah 170 Ah 190 Ah 200 Ah 230 Ah

Tabel 3.3 Data teknik Kapasitas Baterai Sonnenschein S12

(59)

60 Keterangan tabel 3.4

• Dengan switch regulator ( dua langkah kontrol ) : pengisian pada kuva B

( pengisian tegangan maksimal ) untuk 2 jam per hari, kemudian switch akan

pindah ke kuva C.

• Pengisian standar ( tanpa switching ) terdapat pada kurva A

• Pengisian Boost (pengisian equalizing dengan external generator) :

Pengisian pada kurva B untuk 5 jam per bulan, kemudian switch akan

pindah ke kurva C

3) Baterai Compact Power

Gambar 3.6 Baterai Compact Power

Berikut Spesifikasi dari Compact Power

Tipe baterai : 6CP155-6V155Ah

Tegangan pengukuran : 5,4 Volt

Kapasitas Nominal : 155 Ah C10

(60)

61 Sistem bank baterai di Perusahaan Telekomunikasi Telkomsel central

japati tembung yang antara lain :

• 1 (satu) sistem bank baterai Sonnenschein S12/130 A dengan kapasitas

4 X 130 Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk BSC 1

• 1 (satu) sistem Bank Baterai Compact Power dengan kapasitas 2 X 155 Ah,

sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk BSC 2

• 1 (satu) sistem Bank Baterai Compact Power dengan kapasitas 2 X 155 Ah,

sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk BSC 3

4 X 130 Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan untuk TMDN 13 dan

TMDN 10

TMDN 19

TMDN 27

• 5 (lima) sistem bank baterai Sonnenschein dryfit A600 dengan kapasitas

5 X 2000Ah, sebagai sumber arus searah (DC) cadangan MSC, Inverter,

(61)

62

3.3 PENELITIAN KAPASITAS CONVERTER (RECTIFIER)

Dari penelitian yang dilakukan diperoleh data bahwa terdapat 2 (dua) jenis

converter (rectifier) yang digunakan dalam sistem kelistrikan di Perusahaan

Telekomunikasi Central Japati Tembung yang antara lain adalah :

1. Converter Siemens Modules GR 60 48 V / 120 A

Gambar 3.7 Converter Siemens Modules GR 60 48V/120 A

• Tegangan keluaran nominal : 48 Volt Keluaran DC (Direct Current Output)

• Pengisisian Floating : 2,23 V/C ( setting range : 51 s.d 58 V DC)

• Pengisian Equalising : 2,33 V/C ( setting range : 52 s.d 60 V DC)

• Rating arus keluaran : 120 A

• Tegangan masukan nominal : 3 phasa AC 400 V…-20%. + 15%

Masukan AC (Alternating Current Input)

• Rating Tegangan Kerja : 184 s.d 265 V

• Frekuensi Nominal : 50/60 Hz

(62)

63 Converter (rectifier) merupakan suatu alat yang dapat mengubah sumber

listrik arus bolak – balik menjadi sumber listrik arus searah. Converter Siemens

Modules GR 60 48 V / 120 A merupakan penyedia sumber tegangan DC (Direct

Current) untuk network element MSC, Inverter, Intelegent Network (IN),

Transmisi, dan Router yang terbagi atas :

1) converter siemens system 7 (Rack 6)

Terdapat 4 (enam) modul converter

Kapasitas converter : 4 X 120 A

Beban yang terukur : 4 X 68 A

Tegangan yang disetting : 54 V