Analisis Vibrasi Pada Generator Sinkron (Studi Kasus Pada Pltu Pangkalan Susu 2 x 200 Mw)

(1)

61 DAFTAR PUSTAKA

[1] “Learning Guide Operasi PLTU" Manual Book PLTU PT. Indonesia Power Uboh Labuan Learning Center.

[2] Kerszenbaum Isidor Geoff Klempner “Handbook of Large Turbo Generator Operation and Maintainance. IEEE Press. 2008

[3] Rosyid Nuur Harjono. “Pemanfaatan Spektrum Vibrasi untuk mengindikasikan kerusakan pada motor induksi di PLTU Indramayu 3 x 300 MW”.Universitas Diponegoro.2013

[4] Jevtic M.B. “Numerical and experimental aspects of thermally induced vibration in real rotor”. 2011. Vol 15

[5] Alberto Bellini. “Diagnosis of bearing faults in induction machines by vibration or current signals : a critical comparison”. IEEE.2005

[6] Girdshar, Paresh. 2004. “ Practical Machinary Vibration Analysis and predictive maintenance”. Elsevier. Burlington

[7] Irasari Pudji. “Analisis Getaran pada Generator Magnet Permanen 1 KW Hasil Rancang Bangun Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik. LIPI.2010

[8] Lamma Mustari. “Studi Kasus Vibrasi Generator STG 1.0 PLTGU Muara Karang”. Teknik Elektro. Universitas Mercu Buana. 2010

(2)

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan di PLTU Pangkalan Susu. Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal diseminarkan dan disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.

3.2 Bahan dan Perlengkapan Pengujian

Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah data generator, data beban yang dilayani generator, dan data vibrasi pada bagian rotor generator. Peralatan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah generator sinkron, alat ukur vibration analyzer, dan peralatan lain yang dibutuhkan.

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Dalam melaksanakan penelitian, data yang dibutuhkan diambil terlebih dahulu. Data tersebut kemudian dianalisa dan dihitung sesuai dengan rumus terkait. Kemudian hasil yang didapat akan disajikan dalam bentuk tabel dan kurva.

3.4 Variable yang Diamati

Variabel – variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi :

 Trending data vibrasi portable  Beban MW

(3)

 Temperatur

 Arus medan (If)

3.5 Prosedur Penelitian

Berdasarkan diagram alir flowchart, teknik perhitungan dan pengolahan dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:

(4)

1. Penentuan setting data

Mempersiapkan setting data seperti spesifikasi generator dan standar vibrasi yang digunakan untuk mengetahui kondisi kelayakan mesin beroperasi. Standar yang digunakan adalah ISO 7919.

2. Pengambilan data vibrasi

Melakukan pengukuran vibrasi berdasarkan karakterikstiknya. 3. Pengukuran Trending

Trending adalah plot dari suatu variabel/parameter kondisi mesin (vibrasi) sepanjang waktu tertentu, yang digunakan sebagai petujuk atau indikator terjadinya perubahan (biasanya memburuknya suatu mesin). Trending atau dalam pemeliharaan prediktif, digunakan untuk memonitor kondisi. Misalnya, trending yang meningkat dari vibrasi suatu mesin, menunjukkan makin memburuknya kondisi mesin tersebut.

4. Perbandingan dengan ukuran standar

Membandingkan tingkat kenaikan vibrasi dari data sebelumnya yaitu dari standar ISO 7919 dan trending data atau kondisi mesin sepanjang waktu tertentu.

5. Pengolahan dan analisa data

Data kemudian dilakukan perhitungan dan diamati perubahannya dengan MW, MVAR, dan temperatur. Kemudian diberikan rekomendasi penyelesaian permasalahan vibrasi yang ada. Data tersebut kemudian dianalisa dan disajikan dalam bentuk tabel dan kurva.

(5)

HASIL PENELITIAN & PEMBAHASAN 4.1 Umum

Generator merupakan suatu peralatan utama dalam suatu sistem pembangkitan energi listrik. Pada PLTU Pangkalan Susu, generator mempunyai kapabilitas 220 MW setiap unitnya. Rotor generator diputar oleh turbin uap yang berfungsi sebagai prime mover. Energi mekanik pada rotor ini dikonversikan menjadi energi listrik yang nantinya digunakan untuk berbagai macam kebutuhan. Dalam penggunaannya, generator beroperasi secara terus-menerus sesuai dengan kebutuhan beban yang dilayaninya. Suatu benda yang diam apabila dibebani oleh suatu gaya akan menimbulkan gerakan sekitar titik setimbang. Getaran akibat beban dinamis yang diterima mesin apabila dilakukan secara rutin dengan periode yang lama akan menimbulkan getaran siklis yang dapat menyebabkan kelelahan material. Getaran dalam gerakan melingkar yang terjadi pada mesin putar tidak dapat dihindari, tetapi dengan pengujian besar getaran yang terjadi, akan dapat diketahui getaran tersebut menyebabkan kerusakan atau tidak.

Untuk mengatasi hal tersebut, maka generator perlu mendapatkan pengukuran dan analisa condition monitoring terhadap parameter kelistrikan untuk melihat pengaruhnya terhadap ketahanan generator.

(6)

Gambar 4.1 Layout bearing generator sinkron PLTU Pangkalan Susu 220 MW

Dalam bab ini, penulis berusaha melakukan pengukuran generator dan memperlihatkan pengaruhnya terhadap parameter – parameter kelistrikan .

4.2 Data Hasil Percobaan Data Umum Generator

Berikut adalah spesifikasi generator yang digunakan :

 Unit : GT 1

 Rating Generator : 258.8 MVA / 220 MW

 Rating tegangan : 15.75 kV

 Rating arus : 9488 A

 Frekuensi : 50 Hz

 Faktor daya : 0.85

 Jumlah Kutub : 2

 Rating Tegangan eksitasi : 472 V  Rating arus eksitasi : 1845 A

 Sistem Pendinginan : Hidrogen

 Sistem eksitasi : Statis, Sikat

(7)

Hasil pengukuran kond

berdasarkan trending data dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini :

Tabel 4.1 Trending data vibrasi bearing 6 pada generator sinkron

Data 06/01/ pengukuran perpindahan getaran diketahui bahwa titik tertinggi terdapat pada pengukuran arah sumbu x (horizontal) sebesar 86 µm sedangkan paling re terdapat pada sumbu z (aksial) yaitu sebesar 10,6 µm.

0 20

SV 6X SV 6Y BV 6

Hasil pengukuran kondisi vibrasi pada generator pada berdasarkan trending data dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini :

Tabel 4.1 Trending data vibrasi bearing 6 pada generator sinkron

06/01/15 05/02/15 15/04/15 10/05/15

1,6 63,3 77,6 79,6

53,9 51,3 52 53,4

17,9 35,5 10,6 40,6

1,6 63,3 77,6 79,6

Kurva perpindahan (displacement) getaran dapat digambarkan sebagai berikut

Gambar 4.2 Grafik respon getaran bearing 6

Seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 , pada pengamatan respon getaran untuk pengukuran perpindahan getaran diketahui bahwa titik tertinggi terdapat pada pengukuran arah sumbu x (horizontal) sebesar 86 µm sedangkan paling re terdapat pada sumbu z (aksial) yaitu sebesar 10,6 µm.

20 40 60 80 100

isi vibrasi pada generator pada bearing 6 berdasarkan trending data dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini :

20/06/15 86 54,5 14,0 86

) getaran dapat digambarkan sebagai berikut

(8)

Pada bearing 7 , hasil pengukuran respon getaran pada generator dapat dilihat pada tabel 4.2

Tabel 4.2 Hasil trending data vibrasi di bearing 7 yaitu:

Data 06/01/15 SV 7X 32,5 SV 7Y 24,2

BV 7 9,9

Vibmaks 32,5

Kurva perpindahan getaran dapat dilihat sebagai berikut :

Seperti yang terlihat pada Tabel 4.2, pada pengamatan respon getaran pada bearing 7 untuk pengukuran respon getaran diketahui bahwa titik tertinggi terdapat pada pengukuran arah sumbu x (horizontal) sebesar 67,8 µm sedangkan paling

Pada bearing 7 , hasil pengukuran respon getaran pada generator dapat dilihat

Tabel 4.2 Hasil trending data vibrasi di bearing 7 yaitu:

15 05/02/15 15/04/15 10/05/15

35,5 67,8 40,9

22,2 41,1 25,7

10,2 9,6 12

35,5 67,8 40,9

Kurva perpindahan getaran dapat dilihat sebagai berikut :

Seperti yang terlihat pada Tabel 4.2, pada pengamatan respon getaran pada bearing 7 untuk pengukuran respon getaran diketahui bahwa titik tertinggi terdapat pada pengukuran arah sumbu x (horizontal) sebesar 67,8 µm sedangkan paling rendah terdapat pada sumbu z yaitu sebesar 9,6 µm.

20 40 60 80

Pada bearing 7 , hasil pengukuran respon getaran pada generator dapat dilihat

20/06/15 56,1 31,4 11,4 56,1

(9)

Jika membandingkan vibrasi yang terjadi pada kedua bearing maka diperoleh perbandingan kurva yang terlihat pada gambar dibawah sebagai berikut

Vibrasi terjadi paling tinggi berada pada arah horizontal bearing 6 yaitu 86 µm. Jika keadaan ini berlanjut secara terus menerus maka akan membahayakan pengoperasian generator sehingga perlu melakukan suatu analisa terhadap kenaikan vibrasi yang terjadi.

4.4 Analisa Sensitivitas Termal 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

(10)

Berdasarkan data operasional dari tanggal 06 Januari 2015 – 20 Juni 2015, pukul 10:30 saat dilakukannya pengukuran vibrasi menunjukkan pengaruh vibrasi terhadap berbagai parameter kelistrikan sebagai berikut :

Tabel 4.2 Pengaruh vibrasi terhadap daya output (Pout), daya reaktif, arus

eksitasi, tegangan eksitasi, dan temperatur bearing rotor. Vib

Dari trending data operasional yang terlihat diatas bahwa potensi kenaikan beban terhadap vibrasi . Oleh karena itu dilakukan sebuah pengujian pengaruh sensivitas termal terhadap vibrasi yang terjadi . Pengujian ini dilakukan dengan cara :

 Pembebanan dilakukan setahap demi setahap hingga 60% pembebanan, kemudian dicatat vibrasi yang terjadi

MW Vib maks MVAR PF IF VF

30 12,1 69,5 0,74 865,8 257,9

60 22,9 71,75 0,73 1373,6 283,6

90 40 78,37 0,85 1588,9 301,4

(11)

Dari tabel diatas, maka pengaruh kenaikan beban terhadap vibrasi dapat diperlihatkan seperti gambar berikut

 Beban (MW) dijaga dalam keadaan konstan sementara arus medan akan naik perlahan-lahan diikuti dengan MVAR .

(12)

Terlihat dari grafik diatas, peningkatan arus eksitasi di rotor generator meningkatkan terjadinya vibrasi . Ini dikarenakan peningkatan temperatur metal dan temperatur belitan rotor yang tidak merata. Keadaan ini menyatakan bahwa vibrasi yang terjadi pada rotor bisa disebabkan oleh sensitivitas termal reversible.

Untuk mengetahui tingkat kelayakan pengoperasian mesin berputar seperti generator maka diperlukan perbandingan dengan standar vibrasi ISO 7919 yang diperlihatkan seperti tabel berikut :

Tabel 4.3 – Recommended values for maximum relative displacement of the shaft for steam turbines and generators at the zone bounderies.

Zone Boundary Shaft rotational speed

(r/min)

1500 1800 3000 3600

Peak to peak displacement of shaft ( )

(13)

Berikut adalah zona evaluasi yang diizinkan untuk vibrasi rotor mesin yang menyediakan petunjuk untuk melakukan tindakan preventif selanjutnya.

Zona A :

Vibrasi pada mesin yang berada dalam tahap commisioning. Zona B :

Mesin dengan vibrasi pada zona ini adalah dalam keadaan normal dan dapat diterima untuk operasi jangka panjang.

Zona C:

Mesin dengan vibrasi pada zona ini dianggap tidak bekerja dengan baik untuk operasi jangka panjang dan merupakan zona ALARM.

Zona D :

Vibrasi pada zona ini dapat menyebabkan kerusakan pada mesin dan harus lakukan perbaikan mesin.

(14)

BAB V

KESIMPULAN & SARAN 5.1 Kesimpulan

Dari penelitian ini, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari data operasi, perubahan beban yang dilayani generator akan mempengaruhi perubahan temperatur dan vibrasi di rotor generator. Semakin besar beban yang dilayani generator, maka semakin tinggi pula vibrasi dan temperatur pada rotor generator tersebut. Dengan melihat trending trending data vibrasi tertinggi sebesar 86µm dengan beban 219,5 MW dan temperatur 78,2 °C.

2. Generator sinkron mengalami gejala sensivitas termal tipe reversible, yang disebabkan distribusi tempeatur yang tidak merata di sepanjang rotor. 3. Dari penelitian ini, di ketahui bahwa tingkat vibrasi pada generator PLTU

(15)

5.2 Saran

Dari penelitian ini, ada beberapa saran yang diajukan penulis, yaitu sebagai berikut:

1. Sebaiknya penelitian yang selanjutnya dapat menganalisa vibrasi generator berdasarkan analisis sinyal arus (signal current analysis).

(16)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Generator Sinkron

Generator arus bolak – balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi

tenaga listrik arus bolak – balik. Generator arus bolak – balik sering disebut juga

sebagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron.

Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah

putaran medan magnet pada stator .

Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub –

kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar

pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub – kutub rotor

tidak dapat tiba – tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar

terhubung dengan jala – jala. Generator arus bolak – balik dibagi menjadi dua jenis,

yaitu: a. Generator arus bolak – balik 1 phasa

b. Generator arus bolak – balik 3 phasa

Gambar diagram kedua bentuk generator arus bolak – balik tersebut dapat dilihat

dari gambar 2.1 berikut.

(a) (b)

Gambar 2.1 (a) Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub

(17)

Perbedaan prinsip antara generator DC dengan generator AC adalah letak

kumparan jangkar dan kumparan statornya. Pada generator DC, kumparan jangkar

terletak pada bagian rotor dan kumparan medan terletak pada bagian stator.

Sedangkan pada generator AC, kumparan jangkar terletak pada bagian stator dan

kumparan medan terletak pada bagian rotor.

2.2 Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC yang dipasang ke belitan rotor akan

menghasilkan medan magnet rotor. Kemudian rotor akan diputar dengan suatu

kecepatan tertentu oleh sebuah penggerak mula, memutarkan medan magnet

didalam mesin dan menginduksikan tegangan pada belitan stator.

Rotor dari generator ini, pada dasarnya merupakan elektromagnet yang

besar, dimana konstruksi kutub-kutubnya dapat berupa kutub menonjol dari

permukaan rotor, dan bentuknya seperti tapak sepatu sehingga sering juga disebut

dengan rotor bentuk kutub sepatu. Bentuk kutub tidak menonjol adalah konstruksi

kutub-kutubnya sama tinggi dengan permukaan rotor yang berbentuk silinder,

sehingga bentuk ini sering juga disebut dengan rotor silinder.

Rotor-rotor ini sifatnya untuk menghasilkan medan magnet, maka

laminasinya perlu dibuat sedemikian rupa untuk menghasilkan rugi-rugi eddy

sekecil mungkin.

Dalam hal ini, arus searah harus disuplai ke rangkaian medan dirotor, yang

(18)

1. Suplai arus searah berasal dari sumber tegangan eksternal dengan cara

menghubungkannya ke terminal belitan medan melalui slipring dan

sikat.

2. Suplai arus searah berasal dari sumber daya khusus yang terpasang

langsung pada poros generator tersebut.

Pada prinsipnya, konstruksi generator sinkron sama dengan motor sinkron.

Secara umum, konstruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang diam)

dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang

berbentuk simetris dan silindris. Selain itu generator sinkron memiliki celah udara

ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluksi atau

induksi energi listrik dari rotor ke-stator.

Pada Gambar 2.2 dapat dilihat konstruksi sederhana dari sebuah generator

sinkron secara umum :

(19)

2.2.1 Rotor

Rotor terdiri dari beberapa komponen utama yaitu:

1. Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi

dipisahkanoleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasang ke slip ring

inikemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush)

yangletaknya menempel pada slip ring.

2. Sikat

Sebagian dari generator sinkron ada yang memiliki sikat ada juga yang tidak

memiliki sikat. Sikat pada generator sinkron berfungsi sebagai saklar putar

untuk mengalirkan arus DC ke-kumparan medan pada rotor generator sinkron.

Sikat terbuat dari bahan karbon tertentu.

3. Kumparan Rotor (Kumparan Medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama

dalammenghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari

sumbereksitasi tertentu.

4. Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros

rotor tersebut telah dibentuk slot-slot secara parallel terhadap poros rotor.

(20)

Gambar 2.3 Rotor Generator Sinkron

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya sebuah elektromagnet yang

besar. Kutub medan megnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan

non salient pole (kutub selinder atau tak menonjol).

1. Rotor Kutub Menonjol (Salient Pole Rotor)

Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan

dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk

mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy, kumparan-kumparan

medannya terjadi dari bilah tembaga persegi. Kutub menonjol ditandai dengan

rotor berdiameter besar dan panjang sumbunya pendek.

Selain itu jenis kutub salient pole, kutub magnetnya menonjol keluar dari

permukaan rotor. Belitan-belitan medan dihubung seri. Ketika belitan medan ini

disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub yang

berlawanan.

Bentuk kutub menonjol generator sinkron tampak seperti Gambar 2.4

(21)

Gambar 2.4 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan

kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator sinkron tipe

seperti ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem

pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah

dan sedang karena :

 Konstruksi kutub menonjol tidak terlalu kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi.

 Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi yang besar dan bersuara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi.

2. Rotor Kutub Tak Menonjol (Rotor Silinder)

Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silender yang mempunyai

sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga

(22)

dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur disisi luarnya dan

terhubung seri yang dienerjais oleh eksiter.

Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat panjang.

Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena

rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol (salient pole rotor).

Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar 2.5

berikut :

Gambar 2.5 Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan

putaran tinggi (1500 atau 3000 rpm) biasanya digunakan untuk pembangkit listrik

berkapasitas besar misalnya pembangkit listrik tenaga uap dan gas. Rotor silinder

baik digunakan pada kecepatan tinggi karena :

 Distribusi disekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga lebih baik dari kutub menonjol.

(23)

2.2.2 Stator

Stator (armature) adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat untukmenerima

induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban disalurkan melalui

stator. Komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan lilitan kawat

konduktor yang sangat banyak.

Bentuk suatu stator dari generator sinkron dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut :

Gambar 2.6 Stator Generator Sinkron

Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu:

1. Rangka stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga intijangkar

generator.

2. Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besimagnetic

khusus terpasang ke rangka stator.

3. Alur (slot) dan Gigi

(24)

Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup

seperti pada gambar 2.7 berikut :

Gambar 2.7 Bentuk-bentuk Alur

4. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan inimerupakan

tempat timbulnya ggl induksi.

2.3 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron

Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan

ini biasanya tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator.

Tegangan induksi sama dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada

arus jangkar yang mengalir pada mesin. Beberapa faktor yang menyebabkan

perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan terminal adalah:

1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada

stator, disebut reaksi jangkar.

2. Induktansi sendiri kumparan jangkar.

3. Resistansi kumparan jangkar.

(25)

Stator terdiri dari belitan-belitan. Suatu belitan konduktor akan terdiri dari

tahanan Ra dan induktansi Xla maka rangkaian ekivalen suatu generator sinkron

dapat dibuat seperti Gambar 2.8.

adj

Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron

Dengan melihat Gambar 2.14 maka dapat ditulis Persamaan tegangan generator

sinkron sebagai berikut :

Ea = V + jXarIa + jXlaIa + RaIa...(2.1)

Dan persamaan terminal generator sinkron dapat ditulis

V = Ea – jXarIa – jXlaIa – RaIa...(2.2)

Dengan menyatakan reaktansi reaksi jangkar dan reaktansi fluks bocor sebagai

reaktansi sinkron, atau Xa = Xar + Xla dapat dilihat pada Gambar 2.15 maka

persamaan menjadi :

V = − − (Volt)...(2.3)

Sehingga rangkaian ekivalen generator sinkron tiga fasa dapat digambarkan.

Gambar di bawah ini menunjukkan rangkaian penuh dari suatu generator sinkron

(26)

Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa

Gambar di atas menunjukkan suatu sumber DC (VF) yang disuplai ke

rangkaian medan rotor (yang ditunjukkan oleh induktansi dan resistani yang

terhubung seri). Resistor (RF) dihubungkan secara seri dengan resitor yang dapat di

atur (Radj) , dimana Radj dapat mengontrol besarnya nilai arus medan (IF).

Sehingga rangkaian ekivalen dari rotor suatu generator sinkron ditunjukkan

(27)

Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Rotor pada Generator Sinkron

Jika ketiga fasa generator sinkron identik semua nilainya (kecuali sudut

fasanya), maka dapat digunakan rangkaian ekivalen generator untuk tiap fasa

seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut:

Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perfasa

Hal yang harus diperhatikan ketika menggunakan rangkaian ekivalen

perfasa adalah : ketiga fasa mempunyai tegangan dan arus yang sama hanya ketika

beban yang dilayani olehnya seimbang. Jika beban generator tidak seimbang, maka

(28)

2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit kumparan medan

magnit yang terletak di antara kutub magnit utara dan selatan diputar oleh prime

mover, maka pada kumparan rotor akan timbul medan magnit atau fluks yang

bersifat bolak – balik atau fluks putar. Fluks putar ini akan memotong – motong

kumparan stator sehingga pada ujung – ujung kumparan stator timbul gaya

geraklistrik karena pengaruh induksi dari fluks putar tersebut. Gaya gerak listrik

(ggl) yang timbul pada kumparan stator juga bersifat bolak – balik, atau berputar

dengan kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar rotor.

Secara singkat prinsip kerja generator sinkron dapat dijelaskan sebagai

berikut :

1) Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan

medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan

medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah

tetap.

2) Penggerak mula (Prime Mover yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya

persamaan

fe = frekuensi listrik (Hz)

(29)

3) Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor,

akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar

yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah

besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang

melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada

ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan (2.5)

= − (2.5)

dimana

E = ggl induksi (Volt) N = Jumlah belitan

C = Konstanta p = Jumlah kutub

n = Putaran (rpm) f = Frequensi (Hz) ϕ = Fluks magnetik (weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang

ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan

jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan

jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200

satu sama lain. Setelah itu ketiga

terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.

(30)

2.5 Kecepatan Putar Generator Sinkron

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan

kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian

elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah

putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan

frekuensi elektrik pada stator adalah:

= 60 2

Dimana:

f = frekuensi listrik (Hz)

n = kecepatan putar rotor (rpm)

p = jumlah kutub magnet

P/2 = jumlah pasang kutub

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan

magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar

rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap

pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada kecepatan

tetap dengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh untuk

membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputardengan kecepatan

3600 rpm.Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus

(31)

2.6 Internal Generator Sinkron

Besarnya tegangan induksi yang dibangkitkan pada stator sesuai dengan

Hukum Faraday yang menyatakan bahwa :

= − (2.6)

Dimana :

: Gaya gerak listrik induksi

: Jumlah kumparan

: Laju fluks magnet

2.7 Diagram Fasor

(32)

Diagram fasor memperlihatkan bahwa terjadinya pebedaan antara tegangan

teminal V dalam keadaan berbeban dengan tegangan induksi (Ea) atau tegangan

pada saat tidak berbeban. Diagram dipengaruhi selain oleh faktor kerja juga oleh

besarnya arus jangkar (Ia) yang mengalir. Dengan memperhatikan perubahan

tegangan V untuk faktor keja yang berbeda-beda, karakteristik tegangan teminal V

terhadap arus jangkar Ia diperlihatkan pada gambar 2.12

2.8 Torsi dan Daya Generator Sinkron

Generator sinkron adalah mesin sinkron yang bekerja dengan

mengkonversikan daya mekanis ke daya listrik tiga fasa . Sumber daya mekanis ini

disebut penggerak mula yang mempunyai putaran konstan. Bila hal ini tidak

dipenuhi dapat menyebabkan frekuensi yang dihasilkan generator tidak sesuai yang

diinginkan.

Secara teori bahwa daya mekanis yang dihasilkan penggerak mula oleh

generator sinkron diubah menjadi daya elektrik. Perbedaan antara daya output dan

daya input mesin sinkron dinyatakan sebagai rugi-rugi mesin.

Rugi-rugi ini diperlihatkan ada gambar 2.13, daya input mekanis pada poros

generator (Pin) :

Pin = . (2.7)

Dan daya yang dikonversikan dari mekanikal menjadi elektrikal yang

prosesnya terjadi dalam mesin adalah

Pconv = . (2.8)

(33)

Dimana adalah sudut antara Ea dan Ia. Perbedaan antara daya input dan

daya yang dikonversikan dalam generator dinyatakan dalam rugi-rugi mekanis dan

rugi-rugi inti dan rugi sasar (stray) pada generator.

Gambar 2.13 Diagram aliran daya generator sinkron

Dan besar daya output yang sebenarnya dapat ditulis dalam bentuk

persamaan :

Untuk tegangan jala-jala Pout = √3. VT. IL. cos (2.10)

Untuk tegangan phasa Pout = 3. Vϕ. IA. cos (2.11)

Output daya reaktif Qout =√3. VT. IL. sin (2.12)

Besarnya torsi induksi pada generator ini dinyatakan dalam persamaan :

= k .BR x BS (2.13)

Sedangkan besarannya :

(34)

Dimana δ adalah sudut magnetik antara rotor dengan medan magnet (sudut torsi).

Cara lain untuk torsi induktif pada generator sinkron dapat dikembangkan pari

persamaan Pconv = . ,torsi dapat dinyatakan juga dalam bentuk :

= 3. Vφ EA sin δ (2.15)

ωm Xs

Persamaan diatas menyatakan torsi induksi dalam bentuk besarn

listrik,sedangkan persamaan = k .BR x BS menunjukkan persamaan dalam

bentuk mekanik.

2.9 Generator Sinkron Tanpa Beban

Dengan memutar generator sinkron diputar pada kecepatan sinkron dan

rotor diberi arus medan (If), maka tegangan (E0) akan terinduksi pada kumparan

jangkar stator. Bentuk hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut.

E0 = c.n.Φ (2.16)

Dimana :

c = konstanta mesin

n = putaran sinkron

Φ = fluks yang dihasilkan oleh If

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator,

karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus

medan (If). Apabila arus medan (If) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga E0

(35)

Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik

sampai titik saturasi (jenuh) seperti diperlihatkan pada gambar 2.13 berikut.

(a) (b)

Gambar 2.14 (a) Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban

(b) Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tanpa Beban

2.10 Generator Sinkron Berbeban

Bila generator diberi beban yang berubah – ubah maka besarnya tegangan

terminal Vt akan berubah – ubah pula. Hal ini disebabkan adanya :

• Jatuh tegangan karena resistansi jangkar (Ra)

• Jatuh tegangan karena reaktansi bocor jangkar (XL)

(36)

Gambar rangkaian dan karakteristik generator sinkron berbeban diperlihatkan pada

gambar 2.15 berikut ini.

(a) (b)

Gambar 2.15 (a) Kurva Karakteristik Generator Berbeban

(b) Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Berbeban

Persamaan tegangan pada generator berbeban adalah:

Ea = VΦ + IaRa + j IaXs (2.17)

Xs = XL + Xa (2.18)

Dimana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar per phasa (Volt)

VΦ = tegangan terminal output per phasa (Volt)

Ra = resistansi jangkar per phasa (ohm)

Xs = reaktansi sinkron per phasa (ohm)

XL = reaktansi bocor per phasa (ohm)

(37)

2.11 Teori Dasar Getaran

Getaran adalah gerakan osilasi disekitar sebuah titik, gerakan massa yang

diberikan gaya (forced vibration) tanpa friction/gesekan. Getaran mesin adalah

gerakan suatu bagian mesin maju dan mundur dari keadaan diam. Getaran yang

ditimbulkan pada suatu mesin dapat mengambarkan kondisi gerakan-gerakan yang

tidak diinginkan pada komponen-komponen mesin. Contoh sederhanaditunjukkan

pada suatu getaran pegas dapat dilihat pada Gambar 2.16.Gerakan massa dari posisi

netral menuju batas puncak, kembali ke posisinetral, lalu menuju batas bawah dan

kembali ke posisi netral dapat diwakilkan dengan gerakan satu putaran lingkaran.

Gerakan satu putaran lingkaran ini memberikan informasi terpenting dalam

pengukuran getaran. Pergerakan yangkontinu akan menghasilkan gerakan periodik

atau harmonik.

Gambar 2.16 Getaran Murni

2.12 Karakteristik Getaran

Kondisi suatu mesin dan masalah-masalah kerusakan mekanik yang terjadi

dapat diketahui dengan mengukur karakteristik sinyal getaran pada mesin tersebut

(38)

memetakan gerakan dari pegas tersebut terhadap waktu. Pada Gambar 2.16

,menjelaskan tentang karakteristik getaran.

Gambar 2.16 Karakteristik getaran

2.12.1 Perpindahan Getaran (Vibration Displacement)

Pada Gambar 2.16, Perpindahan Getaran atau Vibration Displacement di

tunjukan pada getaran dengan jarak yang ditempuh dari suatu puncak ke puncak

(peak to peak), Perpindahan tersebut pada umumnya dinyatakan dalam satuan

mikron (μm) atau mils. Dimana : 1 μm = 0,001 (mm) dan 1 mils = 0,001 (inch).

2.12.2 Kecepatan Getaran ( Vibration Velocitn )

Pada Gambar 2.16, Kecepatan Getaran di notasikan dengan dua keadaan

yaitu (peak) dan menurut ISO menggunakan (rms). Pada gerak periodik

getarankecepatan maksimum terjadi pada titik (posisi netral) sedangkan kecepatan

minimum titik puncak atas (top or crest) dan titik puncak bawah (bottom or

trough), Kecepatan getaran maksimum ini biasanya dalam satuan : mm/det atau

(39)

Untuk root mean square (rms). Nilai peak = 1,414 x nilai rms. Kadang-kadang

digunakan juga satuan inch/sec (peak) atau inch/sec (rms), 1 inches = 25,4 (mm) .

2.12.3 Percepatan Getaran (Vibration Acceleration )

Pada Gambar 2.16, karakteristik getaran lain dan juga penting adalah

percepatan. kecepatan getaran adalah nol titik puncak atas (top or crest) dan titik

puncak bawah (bottom or trough), tetapi pada bagian-bagian tersebut akan

mengalami percepatan mengalami nilai maksimum. Sedang pada kondisi netral

percepatan getaran adalah nol. Secara teknis percepatan adalah laju perubahan dari

kecepatan. Percepatan getaran pada umumnya dinyatakan dalam, satuan

“g”,dimana satu “g” adalah percepatan yang disebabkan oleh gaya gravitasi pada

permukaan bumi. Sesuai dengan perjanjian intemasional satuan gravitasi pada

permukaan bumi “g” adalah 9,0665 (m/det2), 386,087 (in/det2) atau 32, 1739

(ft/det2) .

2.12.4 Frekuensi (Frequencn)

Pada Gambar 2.14 , titik A sampai titik E merupakan cycle kesatu, pada

titik E sampai titik I cycle kedua, pada titik I sampai titik M cycle ketiga,

danseterusnya. Pada titik puncak atas (top or crest) nilai maksimum positif

diatasgaris dasar (line reference) dan titik puncak bawah (bottom or trough)

nilaimaksimun negatif dibawah garis dasar (line reference). Satu gelombang

terdiridari titik puncak atas (top or crest) dan titik puncak bawah. frekuensi dari

getarantersebut biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus getaran yang terjadi tiap

menit (CPM = Cycles per minute). Sebagai contoh sebuah mesin bergetar 60 kali

(40)

Frekuensi bisa juga dinyatakan dalam CPS (cycles per second) atau Hertz dan

putaran dinyatakan dalam revolution per minute (RPM). Frekuensi = 1/periode[1].

Gambar 2.17 Fundamental Gelombang

2.12.5 Amplitudo (Amplitude)

Pada gambar 2.4 gelombang 1 dan gelombang 2 mempunyai panjang gelombang

yang sama, tetapi titik puncak atas (top or crest) dan titik puncak bawah (bottom or

trough ) berbeda. Jarak antara garis dasar (line reference) dan titik puncak atas (top

or crest) disebut Amplitudo (Amplitude) .

2.9.6 Fase (Phase)

Pada gambar 2.5, terlihat bentuk gelombang dengan intensifikasi amplitudo dan

frekuensi, tetapi titik puncak atas (top or crest) mengalami pergeseran (offset)

dengan jarak T/4 disebut sudut fase ( phase angle). Jarak T =360°, sehingga sudut

(41)

Gambar 2.17 Hubungan Fase dalam gelombang yang sama.

2.13 Jenis –Jenis Vibrasi

Vibrasi diklasifikasikan menjadi dua kategori yaitu :

1) Vibrasi bebas

Vibrasi bebas adalah vibrasi suatu benda yang terjadi tanpa adanya

hentakan – hentakan dari luar benda itu secara terus menerus. Jadi yang

disebut sebagai getaran bebas yaitu benda tersebut bergetar sendiri

setelah bebas dari gangguan - gangguan tersebut diatas. Sebagai contoh

sederhana adalah sebuah bell yang dipukul sekali saja maka pada bell

itu terjadi vibrasi bebas yang makin lama makin kecil.

2) Vibrasi paksa

Vibrasi paksa terjadi hampir pada seluruh mesin-mesin yang sedan

beroperasi. Pada contoh diatas sebuah bell yang dipukul, apabila

pukulan itu dilakukan secara terus - menerus, maka vibrasi yang terjadi

adalah vibrasi paksa. Jika gaya pada pukulan itu tetap dan berulang

secara sama,maka vibrasi bell akan stabil yaitu besar dan frekuensinya

(42)

2.14 Penyebab Terjadinya Vibrasi

Vibrasi adalah pergerakan dar rotor generator atau komponennya yang

keluar dari titik netralnya.Vibrasi atau getaran yang ditimbulkan oleh peralatan

yang berputar semisal motor, pompa, fan dan sejenisnya akan memberikan

petunjuk tentang kondisi dari peralatan tersebut berada dalam kondisi yang baik

ataukah sebaliknya.Secara umum penyebab terjadinya anomali getaran pada sebuah

peralatan yang berputar adalah sebagai berikut :

1) Unbalance atau imbalance

Unbalance adalah terjadinya pergeseran titik pusat massa dari titik

pusat putarnya sehingga akan menimbulkan getaran yang tinggi.

2) Misalignment

Vibrasi yang disebabkan oleh penyambungan poros yang tidak simetris

dan besarannya tergantung dari ketidaksimetrisan penyambunganya,

semakin tidak simteris penyambungan poros pada sebuah peralatan

maka menyebabkan vibrasi akan semakin tinggi. Gejala vibrasi yang

diakibatkan oleh misalignment hampir sama dengan gejala unbalance

akan tetapi dengan menggunakan vibriometer yang memadai akan lebih

mudah membedakan antara unbalance dan misalignment yaitu dari

analisa sudut fasanya. Terdapat beberapa jenis misalignment seperti

misalignment pada sambungan kopling, sabuk, rantai, roda gigi dan

lain-lain.

(43)

Vibrasi ini terjadi pada journal bearing yaitu pada mesin-mesin

dengan sistem pelumasan minyak bertekanan, serta mesin putaran

tinggi (di atas putaran kritis pertama).

4) Gesekan (rubbing)

Gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang tetap

disebut rubbing. Gesekan ini bisa terjadi secara terputus-putus

(intermitent) atau secara terus menerus (continue) selama berputar.

5) Variasi beban

Beban besar (overload) pada mesin dapat menyebabkan vibrasi

yang tinggi. Untuk melakukan analisa dari fenomena ini maka

karakstristik pengoperasian mesin harus difahami, sehingga dalam

mengukur getaran dasar (baseline vibration) sangat penting untuk

memperhatikan variasi getaran terhadap beban, tekanan dan

temperatur.

6) Themal Sensitivity

Termal sensitivitas pada rotor generator adalah sebuah fenomena

yang terjadi pada sebuah rotor generator yang menyebabkan

perubahan vibrasi pada rotor generator seiring dengan perubahan

arus medan. Pada dasarnya termal sensitivitas dapat disebabkan oleh

distribusi temperatur yang tidak sama disekitar permukaan rotor

atau akibat gaya aksial yang terdistribusi tidak merata pada rotor

dikarenakan perbedaan koefisien termal ekspansi yang besar antara

belitan yang terbuat dari tembaga dan ini rotor yang terbuat dari

(44)

belitan rotor secara mekanik maupun elektrik, generator akan

terbebankan secara tidak merata yang akan menyebabkan rotor

bengkok dan menyebabkan perubahan besaran vibrasi.

2.15 Vibrasi Generator dan Sensitivitas Thermal (Thermal Sensitivitn)

Analisa stabilitas thermal dilakukan ketika tidak diketahui asal terjadinya

vibrasi pada generator. Tujuan dari analisa ini adalah mempersempit analisa asal

penyebab terjadinya vbrasi dengan menganalisa pengaruhnya terhadap arus medan

(If) yang terjadi pada belitan medan. Thermal sensitivity adalah problem pada

kumparan rotor generator yang disebabkan terjadinya ketidaksamaan/tidak

meratanya kuat medan elektromagnetik sehingga rotor menjadi bengkok karena

tekanan medan elektromagnetik yang tidak merata tersebut dan menimbulkan

vibrasi di luar batas yang dipersyaratkan.

Sensitivitas thermal merupakan sebuah fenomena yang terjadi pada rotor

ketika perubahan vibrasi berbanding lurus dengan perubahan arus medan (If).

Penyebab sensitivitas termal adalah ketidakseimbangan distribusi panas disekitar

belitan rotor atau akibat gaya aksial yang terdistribusi tidak merata pada rotor

dikarenakan perbedaan koefisien termal ekspansi yang besar antara belitan yang

terbuat dari tembaga dan ini rotor yang terbuat dari campuran baja.

Jika ada ketidakseimbangan pada area seputar belitan rotor secara mekanik

maupun elektrik, generator akan terbebankan secara tidak merata yang akan

menyebabkan rotor bengkok dan menyebabkan perubahan besaran vibrasi.

Secara umum, sensitivitas termal dibagi menjadi dua jenis termal, keduanya

(45)

mengikuti perubahan arus eksitasi sedangkan tipe irreversible artinya perubahan

arus eksitasi tidak berpengaruh pada perubahan besaran vibrasi yang

ditimbulkanya. Jika situasi ini terjadi perlu dilakukan pemeriksaan lebih lanjut pada

kondisi rotor. Tipe reversibe dan irreversible terlihat pada gambar ,yang

menunjukkan pengaruh arus eksitasi (If) terhadap vibrasi pada rotor generator.

2.16 Kurva Kapabilitas (Curve Capabilitn)

Generator adalah mesin listrik yang berfungsi merubah energi mekanik

yang berasal dari turbin sebagai penggerak mula (prime mover) menjadi energi

listrik. Untuk memudahkan operator pada umumnya setiap generator dilengkapi

dengan Capability Curve, kurva ini berupa korelasi batasan operasi pembebanan

generator. Dalam banyak kasus termal sensitivitas tidak menyebabkan generator

tidak beroperasi, melainkan hanya membatasi operasi pada arus eksitasi yang

rendah saja untuk menghindari peningkatan vibrasi

(a)

Gambar 2.18 (a) Tipe Reversible (b) Tipe Irreversible

(46)

Dari grafik kurva kapabilitas pada gambar berikut terlihat ada 3 daerah

operasi. Daerah A-B dibatasi oleh temperatur kumparan medan, B-C dibatasi

temperatur kumparan jangkar dan C-D dibatasi temperatur inti kumparan jangkar.

Secara umum termal sensitivitas tidak dipengaruhi pola operasi B-C dan C-D, hal

ini karena pada kedua kurva pola operasi B-C dan C-D diatas tidak besar.

Gambar 2.19 Kurva Kapabilitas secara umum

Jika level vibrasi masih berada dalam keadaan yang dapat diterima,

sensitivitas termal tidak menjadi sebuah masalah besar. Masalah akan terjadi jika

selama masa operasi jika vibrasi melebihi batas yang dapat diterima oleh kurva

kapablilitas. Pada gambar 2.20 dibawah akan diperlihatkan kapabilitas dari

generator sinkron pada PLTU Pangkalan Susu, khususnya sehingga dapat diketahui

(47)

Gambar 2.20 Kurva Kapabilitas Generator Sinkr

Pada gambar dibawah terlihat skematik diagram beaaring yang terdapat

pada PLTU Pangkalan Susu. Bearing yang diamati adalah bearing pada

yaitu bearing 6 dan bearing 7. Pengukuran generator dilakukan pada arah radial

(horizontal dan vertikal) dan pada arah axial.

2.17 Penyebab Sensitivitas Thermal

Beberapa hal yang bisa menyebabkan terjadinya fenomena sensitivitas

termal adalah sebagai berikut :

 Short turn ( Hubung Singkat)

Short turn terjadi karena adanya breakdown pada isolasi diantara

beliatan. Short turn merupakan faktor utama dari terjadinya thermal

sensitivity.Kelayakan dari operasi generator sendiri sangat bergantung

pada penyebaran dan jumlah hubung singkat yang terja

Kurva Kapabilitas Generator Sinkron PLTU Pang. Susu

pada PLTU Pangkalan Susu. Bearing yang diamati adalah bearing pada

(horizontal dan vertikal) dan pada arah axial.

Penyebab Sensitivitas Thermal

hal yang bisa menyebabkan terjadinya fenomena sensitivitas

termal adalah sebagai berikut :

Short turn ( Hubung Singkat)

pada penyebaran dan jumlah hubung singkat yang terjadi. Dalam proses on PLTU Pang. Susu

pada PLTU Pangkalan Susu. Bearing yang diamati adalah bearing pada generator

hal yang bisa menyebabkan terjadinya fenomena sensitivitas

(48)

start/stop unit yang berulang-ulang, gesekan akan lebih sering terjadi

antara belitan dengan belitan akibatnya akan mengikis isolasi antara

belitan. Jika terjadi hubung singkat lebih besar pada belitan yang satu

dengan yang lainnya, maka resistansi belitan akan lebih rendah dari

yang lainnya akibatnya terjadi perbedaan temperatur. Oleh karena

perbedaan distribusi panas yang tidak merata ini, menyebabkan

peristiwa pembengkokan rotor yang akan berbanding lurus dengan arus

eksitasi ( If ) yang terjadi.

 Ventilasi pendingin tertutup

Tertutupnya lubang pendingin dapat secara signifikan mempengaruhi

keseimbangan temperatur dari rotor generator. Ini dapat terjadi jika ada

benda asing masuk kedalam kumparan medan dan menutupi lubang

ventilasi dan pendingin. Permasalahan permasalahan ini membuat

distribusi temperatur menjadi tidak sama, yang kemudian

mempengaruhi kumparan medan dan akhrinya menyebabkan reversible

thermal sensitivity.

 Perbedaan ketebalan block pemisah pada ujung belitan

Jarak antar blok pada end winding rotor generator harus sesuai, pas dan

seragam. Jarak yang tidak sama dapat mengakibatkan gaya yang tidak

seragam pada core (steel field forging) melalui retaining ring sehingga

bisa mengakibatkan reversible thermal sensitivity.

(49)

Untuk mengetahui suatu mesin kondisi umum kelayakan mesin yang

beroperasi dan mengetahui mesin tersebut layak atau tidak layak untuk beroperasi

pada batas vibrasi tertentu. Maka diperlukan standar vibrasi yang digunakan untuk

mengetahui tahap kerusakan mesin akibat vibrasi yaitu ISO 7919−2:2001. Tabel

2.1 dibawah merupakan batas perpindahan getaran yang terbagi pada beberapa

zona aman dan tidak aman.

Tabel 2.1 – Recommended values for maximum relative displacement of the shaft

for steam turbines and generators at the zone bounderies.

Zone Boundary Shaft rotational speed (r/min)

1500 1800 3000 3600

Peak to peak displacement of shaft ( )

A/B 100 90 80 75

B/C 200 185 165 150

C/D 320 290 260 240

Berikut adalah zona evaluasi yang diizinkan untuk vibrasi rotor mesin yang menyediakan petunjuk untuk melakukan tindakan preventif selanjutnya.

Zone A :

Vibrasi pada mesin yang berada dalam tahap commisioning. Zone B :

Mesin dengan vibrasi pada zona ini adalah dalam keadaan normal dan dapat diterima untuk operasi jangka panjang.

Zona C:

Mesin dengan vibrasi pada zona ini dianggap tidak bekerja dengan baik untuk operasi jangka panjang dan merupakan zona ALARM.

Zone D :

Vibrasi pada zona ini dapat menyebabkan kerusakan pada mesin dan merupakan zona TRIP.

(50)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama yaitu pusat pembangkit listrik, saluran transmisi dan sistem distribusi. Pusat pembangkit

merupakan rangkaian alat atau mesin yang merubah energi mekanikal untuk menghasilkan energi listrik. Generator listrik adalah sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi mekanik menjadi listrik. Penggunaan

generator listrik di pusat pembangkit listrik tidak terlepas dari permasalahan yang dapat menyebabkan kerugian. Salah satu kerugian yang terjadi pada mesin listrik

adalah vibrasi / getaran pada mesin. Getaran merupakan fenomena yang banyak terjadi pada mesin berputar yang menunjukkan pergerakan keluar dari titik netralnya. Getaran dan generator tidak dapat dipisahkan karena generator

mempunyai dimensi kecepatan yang berporos. Suatu mesin yang ideal jika dipandang dari sudut vibrasi yaitu mesin yang tidak mengalami vibrasi sama sekali. Namun kelihatannya kondisi tersebut mustahil diperoleh karena sangat sulit

mendapatkan fabrikasi mesin tanpa sisa ketidakseimbangan atau mesin yang bergerak berputar tanpa menimbulkan gesekan satu bagian dengan bagian lainnya .

Oleh karena itu dibutuhkan suatu analisa vibrasi guna memonitor kondisi vibrasi yang terjadi pada generator. Penulis akan melakukan penelitian di PLTU Pangkalan Susu dan menganalisa keterkaitan antara terjadinya vibrasi terhadap

(51)

11 dapat menjadi acuan dalam pencegahan dan pemeliharaan mesin generator sinkron

yang lebih baik.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Berapa besar pengukuran vibrasi di PLTU Pangkalan Susu

2. Bagaimana tingkat keparahan vibrasi jika dibandingkan dengan acuan klasifikasi getaran yang sesuai dengan standar ISO 7919.

3. Bagaimana hasil analisa penyebab terjadinya vibrasi generator pada

PLTU Pangkalan Susu.

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui besar pengukuran vibrasi di PLTU Pangkalan Susu.

2. Mengetahui tingkat keparahan vibrasi yang disesuaikan dengan acuan klasifikasi getaran dengan standar ISO 7919.

3. Menjelaskan analisa penyebab terjadinya vibrasi generator sinkron di

PLTU Pangkalan Susu.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

(52)

3. Analisa vibrasi yang digunakan adalah dengan metode condition

monitoring, yaitu dengan melakukan monitoring kondisi mesin melalui

data yang telah diambil.

4. Analisa penyebab vibrasi dibatasi pada masalah sensivitas termal.

1.5 Manfaat

Manfaat yang diharapkan dari tugas akhir ini adalah untuk menganalisa keterkaitan antara terjadinya vibrasi terhadap parameter kelistrikan dan pengaruhnya terhadap performasi generator listrik di PLTU Pangkalan Susu

(53)

i

ABSTRAK

Penggunaan generator sinkron di dunia, khususnya di pusat pembangkit

listrik tidak terlepas dari permasalahan yang dapat menyebabkan kerugian.

Kerugian yang timbul tidak hanya dalam jumlah kecil, melainkan dapat juga

menghasilkan kerugian dalam jumlah cukup besar dalam proses produksi.

Menjaga mesin listrik agar selalu dalam kondisi ideal, sehingga

menghasilkan daya output yang maksimal adalah harapan perusahaan listrik. Mesin

yang ideal dipandang dari sudut vibrasi, adalah mesin yang tidak menghasilkan

vibrasi sama sekali. Namun kelihatannya kondisi tersebut mustahil diperoleh

karena sangat sulit mendapatkan fabrikasi mesin tanpa sisa ketidakseimbangan atau

mesin yang bergerak berputar tanpa menimbulkan gesekan satu bagian dengan

bagian lainnya .

Oleh karena itu dilakukan pengukuran vibrasi dan metode condition

monitoring akibat vibrasi yang terjadi pada mesin. Sehubungan dengan hal tersebut

di atas, maka penulis mencoba untuk menganalisa vibrasi sehingga dapat

meminimalisir kerugian yang timbul jika terjadi vibrasi yang melebihi batas

ambang normal. Hal ini diharapkan dapat membantu pemeliharaan prediktif yang

terjadi akibat gangguan vibrasi pada generator.

Penelitian akan dilakukan di PLTU PangkalanSusu 2 x 200 MW. Metode

analisis yang digunakan adalah metode condition monitoring, yaitu memonitor

kondisi mesin melalui data yang diambil, membandingkannya dengan data

sebelumnya sehingga dapat dilihat perubahan yang terjadi pada mesin , kemudian

menganalisa kategori vibrasi tersebut berdasarkan standar vibrasi ISO

(54)

ANALISIS VIBRASI PADA GENERATOR SINKRON

(STUDI KASUS PLTU PANGKALAN SUSU 2 x 200 MW)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

(55)

(56)