ANALISA PEMBAGIAN BEBAN GENERATOR
PADA PEMBANGKIT LISTRIK DIESEL (PLTD) TITI KUNING
TUGAS AKHIR
Ditulis Untuk Memenuhi Sebahagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh:
RIWANDO SIHOMBING 1205052097
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN 2015
iii INTISARI
Generator yang terdapat di PLTD terdapat enam buah generator namun hanya empat generator yang berfunsi dengan baik. Tipe yang digunakan pada PLTD Titi Kuning adalah SAB Frame M – 9. Dari data spesfikasii daya aktif yang dihasilkan adalah sebesar 4141 kW dengan tegangan dan arus yang dihasilkan sebesar 7000 V dan 427 A serta daya semu sebesar 5176,2 kVA sehingga daya reaktif sebesar 3105,72 kVAR menghasilkan daya total aktif sebesar 16,57 MW dan daya reaktif sebesar 12,42 MVAR. Dari data operasional pembagian beban pada generrator PLTD dikelompokkan kedalam dua jenis yaitu: pembagian beban reaktif total sebesar 7,725 MVAR dan pembagian beban aktif total 10,30 MW dimana daya ini disuplai oleh generator ke trafo untuk didistribusikan.
iv ABSTRACT
Contained in diesel generators are six generators but only four generators that it functions properly. The type used on diesel Titi Yellow is SAB Frame M - 9. From the data spesfikasii active power generated is equal to 4141 kW with voltage and current generated at 7000 V and 427 A and the apparent power of 5176.2 kVA so that the reactive power by 310,72 kVAR produce a total power of 16.57 MW active and reactive power of 12.42 MVAR. Burden sharing of operational data on diesel generrator grouped into two types: the division of the burden of a total of 7.725 MVAR reactive and active load sharing power total of 10.30 MW of which is supplied by the generator to the transformer for distribution.
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan petunjuk, rahmat serta kekuatan dan keselamatan bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Laporan tugas akhir ini berjudul ―Analisa Pembagian Beban Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Titi Kuning‖ disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa untuk menyelesaikan program Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
Dalam penyelesaian laporan tugas akhir ini penulis tidak jarang mendapat kesulitan, namun karena adanya bimbingan, dukungan berupa materi, jasa dan doa dari semua pihak, masalah tersebut dapat terselesaikan. Untuk itu penulis pada kesempatan ini menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T, Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Idham Kamil, S.T, M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Medan.
3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T, Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
4. Bapak Darwis AR, S.T, selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan pengajaran dalam menyusun tugas akhir ini.
5. Bapak dan Ibu staf pengajar di Jurusan Teknik Mesin, khususnya Dosen Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
vi
6. Seluruh staf Administrasi dan teknisi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.
7. Orang tua penulis dan seluruh anggota keluarga yang telah banyak memberikan semangat perjuangan, bantuan, dorongan, dan nasihat baik moral maupun material.
8. Rekan-rekan seperjuangan Mahasiswa Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik angkatan 2012, khususnya EN-6D untuk kebersamaannya selama penulis menjalankan perkuliahan.
Penulis menyadari pula bahwa laporan tugas akhir ini kuranglah dari kesempurnaan, untuk itu penulis dengan tulus mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun agar lebih baik di masa yang datang.
Akhir kata, semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan juga pembaca.
Medan, Agustus 2015 Penulis,
Riwando Tamba Tua Sihombing NIM: 1205052097
vii
COVER ... i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xii
INTISARI ... xiii
ABSTRACT ... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat ... 3
1.5 Batasan Masalah... 4
1.5 Metode Pengumpulan Data ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 5
BAB 2 DASAR TEORI ... 6
2.1 Generator Sinkron ... 6
2.2 Prinsip Kerja Generator... 7
2.3 Kontruksi Generator ... 9
viii
2.3.2 Bagian Yang Bergerak (Rotor) ... 12
2.4 Sistem Eksitasi Pada Generator Sinkron ... 15
2.4.1 Sistem Eksitasi Menggunakan Sikat ... 15
A. Sistem Eksitasi Statis ... 16
B. Sistem Eksitasi Dinamis... 17
2.4.2 Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation) ... 17
2.5 Prinsip Kerja Exiter PLTD Titi Kuning ... 18
BAB 3 SINKRONISASI ALTERNATOR ... 20
3.1 Umum ... 20
3.2 Tujuan Sinkronisasi ... 20
3.3 Jenis Sinkronisasi ... 20
3.3.1 Forward Synchronization (Sinkronisasi Maju) ... 20
3.3.2 Backward Synchronization (Sinkronisasi Terbalik) ... 21
3.4 Syarat-Syarat Memparalelkan Generator ... 21
3.4.1 Metode Sinkronisasi ... 26
1. Memasang Lampu Sinkronisasi ... 26
A. Metode Lampu Gelap ... 26
B. Metode Lampu Terang ... 29
2. Peralatan Sinkronisasi Generator ... 30
A. Selektor Program Sinkron ... 30
B. Alternator Control ... 30
C. Differential Frequency ... 30
ix
E. Synchonizer ... 31
3. Alat Ukur Sinkronisasi (Cara Otomatis)... 32
A. Sinkronoskope Instrument ... 32
B. Double Volmate ... 33
C. Phase Sequence Indikator ... 33
D. Double Frequency Meter ... 34
4. Proses Sinkronisasi ... 34
5. Paralelisasi Dua Buah Alternator Dengan Ukuran Sama ... 36
3.5 Pembagian Beban Pada Generator Yang Bekerja Secara Paralel ... 42
3.5.1 Daya Aktif Frekuensi ... 43
3.5.2 Speed Drop Governor ... 45
3.5.3 Pengaruh Perubahan Torsi ... 46
3.5.4 Pengaruh Perubahan Eksitasi ... 46
3.6 Alat Pembagian Beban ... 47
3.6.1 Sistem Rangkaian Pembagi Beban (Load Sharing) ... 47
3.6.2 Prinsip Alat Pembagian Beban Generator... 48
BAB 4 ANALISA PERHITUNGAN DAYA AKTIF DAN REAKTIF ... 49
4.1 Data Generator dan Exciter di PLTD Titi Kuning ... 49
4.2 Beban Harian PLTD Titi Kuning ... 49
4.3 Menghitung dan Mengatur Daya Aktif dan Reaktif dari Dua Generator... 57
4.3.1 Data Spesifikasi ... 57
4.3.2 Data Operasi ... 59
x
5.1 KESIMPULAN ... 63 5.2 SARAN ... 65 DAFTAR PUSTAKA ... 66
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Silent-pole Rotor dan Cylindrical Rotor ... 6
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 8
Gambar 2.3 Gelombang Tegangan Induksi ... 9
Gambar 2.4 Pembangkitan Tiga Fasa ... 10
Gambar 2.4a Kontruksi Generator ... 10
Gambar 2.4b Kontruksi Generator ... 11
Gambar 2.5 Stator ... 14
Gambar 2.6 Rotor Kutub Menonjol ... 15
Gambar 2.7 Rotor Kutub Selinder ... 15
Gambar 2.8 Diagram Prinsip Sistem Eksitasi Statik ... 16
Gambar 2.9 Diagram Prinsip Sistem Eksitasi Dinamik dengan Eksiter Generator DC ... 17
Gambar 2.10 Diagram Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation) ... 17
Gambar 3.1 Forward Synchronization ... 21
Gambar 3.2 Backward Synchronization ... 21
Gambar 3.3 Operasi Paralel Generator Dengan Lampu Sinkronoskop ... 22
Gambar 3.3a Sinkronisasi Generator dengan Jala-Jala ... 23
Gambar 3.3b Urutan Fasa Yang Belum Sama ... 24
Gambar 3.3c Urutan Fasa Yang Sama ... 24
Gambar 3.4 Dua Buah Sinkronisasi yang disinkronisasikan ... 25
Gambar 3.5 Perbedaab Gelombang tegangan dua buah Alternator ... 26
Gambar 3.6 Rangkain Metode Lampu Gelap ... 27
Gambar 3.7 Diagram Vektor dari Urutan Fasa ... 28
Gambar 3.8 Sistem Urutan tiga fasa ... 28
Gambar 3.9 Rangkaian Metode Lampu Terang ... 29
Gambar 3.10 Differential Frequency ... 31
Gambar 3.11 Diffensial Voltage ... 31
Gambar 3.12 Synchronizer ... 32
Gambar 3.13 Sinkronoskope ... 33
Gambar 3.14 Double Voltage ... 33
xii
Gambar 3.16 Double Frequency Meter... 34
Gambar 3.17 Dua Buah Generator dalam Satu Busbar ... 35
Gambar 3.18 Generator yang Dihubungkan Paralel ... 35
Gambar 3.19 Generator Bus House ... 37
Gambar 2.20 Generator Bus House Negative ... 37
Gambar 3.21 Diagram House Operasi Peningkatan Governor pada Generator 2 ... 38
Gambar 3.22 Diagram House Peningkatan Generaator 2 terhadap Medan Arus ... 39
Gambar 3.23 Diagram House Pembagian Daya Aktif ... 39
Gambar 3.24 Diagram House Pembagian Daya Reaktif... 41
Gambar 3.25 Diagram House Untuk Pengaturan Tegangan Terminal ... 42
Gambar 3.26 Diagram Vektor dua buah Generator Sinkron yang Bekerja Paralel ... 44
Gambar 3.27 Karakteristik Speed Drop Governor... 45
Gambar 3.28 Pengunaan Alat Beban ... 48
Gambar 3.29 Governor ... 49
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Spesifikasi Name Plate Generator Sinkron ... 54 Tabel 4.2 Data Exiter Generator Sinkron ... 55
1 BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini sangat pesat, terutama di bidang teknologi mengakibatkan beberapa efek yang mempengaruhi kehidupan masyarakat untuk melangkah lebih maju (modernisasi), berpikiran praktis dan sederhana atau gampang. Hal semacam ini membutuhkan sarana pendukung yang sederhana pula, praktis dan berteknologi tinggi. Salah satunya adalah teknologi komunikasi elektronika yang berperan di segala bidang kehidupan manusia. Energi listrik merupakan salah satu kebutuhaan pokok yang penting dalam kehidupan manusia saat ini. dimana hampir semua aktifitas manusia berhubungan dengan energi listrik. Seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan tingkat populasi penduduk di Indonesia yang semakin tinggi makaa permintaan akan energi listrik juga meningkat karena energi listrik dapat dengan mudah dibangkitkan, ditransmisikan, lalu didistribusikan dengan melalui bentuk konversi energi dari energi yang satu menjadi bentuk energi yang lainnya. Oleh karena itu upaya yang dilakukan oleh pemerintah agar dapat memenuhi kebutuhan listrik masyarakat.
Suatu sistem tenaga listrik tidak hanya didukung oleh sistem operasi yang optimal maupun pelayan yang efisien, tetapi juga tergantung pada sistem pengontrolan dan sistem proteksi itu sendiri. Tujuan sistem pengontrolan dalam sistem tenaga llistrik adalah mengontrol agar setiap peralatan listrik yang membangun sistem kelistrikan dapat bekerja secara maksimal mulai dari pengontrolan sistem pembangkitan ke beban sampai pada pengontrolan terhadap gangguan yang mungkin terjadi selama pengoperasian sistem itu sendiri.
Governor engine berfungsi untuk mengontrol kerja dari generator, dimana
tujuannya untuk mempertahankan kondisi kerja dari generator itu sendiri dengan mengatur parameter-parameter yang ada di dalamnya seperti frekuensi dan tegangan. Hal ini sebenarnya dilakukan untuk mempertahankan kesinambungan
2 pelayanan kepada konsumen. Dalam peningkatan beban listrik yang generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar-generator-generator dengan pasokan lain yang lebih, untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya.
Berdasarkan permasalahan diatas maka penulis tertarik untuk membahas mengenai ―Analisa Pembagian Beban Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Titi Kuning‖ sebagai judul tugas akhir.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah:
1. Bagaimana prinsip kerja generator sinkron pada aplikasi generator sinkron PLTD Titi Kuning.
2. Bagaimana cara pengaturan kontrol gavernor engine yang berpengaruh terhadap pembagian beban generator sinkron yang beroperasi secara paralel pada PLTD Titi Kuning.
3. Untuk mengetahui metode dan syarat sinkronisasi pada generator sinkron.
4. Untuk mengetahui proses sinkronisasi pada generator sinkron. 5. Untuk mengetahui proses sinkronisasi pada generator sinkron
1.3 TUJUAN
Tujuan dari pembahasan simulator alat pemindah barang yaitu:
1. Mengetahui lebih rinci tentang Generator yang digunakan oleh PLTD Titi Kuning dan prinsip kerja generator sinkron.
2. Mengetahui metode mengsinkronisasikan Alternator.
3. Mengetahui pengaruh perubahan torsi penggerak dan eksitasi terhadap pembagian beban pada generator yang diparalelkan. 4. Mendapatkan efisiensi out-put daya genset dan hal yang
3 5. Mendapatkan karakteristik pembagian beban genset yang beroperasi paralel dengan cara isochronus dan speed droop pada
prime mover.
6. Dapat menentukan pengaturan pembagian beban genset yang optimal berdasarkan biaya per kWh-nya.
7. Dapat mengatur kapan dan berapa jumlah genset yang beroperasi berdasarkan fungsi beban tertentu.
8. Mengetahui sistem pembagian beban generator.
1.4 MANFAAT
Adapun manfaatan penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Bagi Perpustakaan, laporan ini dapat menjadi sumber referensi dalam pemahaman mengenai generator dan pembagian beban generator di perpustakaan Politeknik Negeri Medan
2. Bagi umum, laporan ini diharapkan menjadi buku refrensi tambahan dalam mengembangan dan pembuatan instalasi biogas untuk masyarakat
3. Bagi kalangan Akademik, khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik dapat dijadikan salah satu refrensi untuk memperluas pemahaman mengenai efisiensi sebuah generator, yang memacu diri untuk melakukan pengabdian kepada masyarakat dengan ilmu pengetahuan yang telah mereka dapatkan perkuliahan. 4. Bagi penulis, dapat menyelesaikan program perkuliahan D-III
4 1.5 BATASAN MASALAH
Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah: 1. Generator sinkron yang digunakan pada tugas akhir ini adalah
aplikasi generator motor sinkron pada PLTD Titi Kuning
2. Pembagian beban pada generator dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu pembagian beban aktif dan pembagian beban reaktif. 3. Pada tugas akhir ini tidak membahas masalah harmonisasi, diagram
fasor dan sistem proteksi beban pada generator sinkron.
1.6 METODE PENGUMPULAN DATA
Data-data yang diperoleh dan diolah dalam laporan tugas akhir berikut dikumpulkan dari beberapa metode, yaitu sebai berikut:
1. Persiapan dan Orientasi
Mempersiapkan hal-hal yang perlu untuk kegiatan tugas akhir, membuat surat permohonan tugas akhir dan konsultasi kepada dosen pembimbing
2. Studi Kepustakaan
Melakukan studi kepustakaan (literatur) mengenai karya akhir pada mesin-mesin listrik, khususnya yang berhubungan dengan tugas akhir ini.
3. Peninjauan Lapangan (Observasi)
Meninjau langsung ke lapangan dengan melakukan studi pengamatan langsung terhadap objek penelitian, mencari informasi, melihat, mengamati, mempelajari secara langsung dari pihak lain, serta menganalisis data yang berhubungan dengan penelitian.
4. Wawancara (Interview)
Mengadakan percakapan demi mendapatkan informasi dalam mencari berita secara langsung kepada pegawai yang berkaitan dan yang berwenang demi mendapatkan hasil yang baik dalam penyelesaian tugas akhir.
5 5. Pengumpulan Data
Pengumpulan data yang digunakan untuk penyusunan laporan Tugas Akhir dengan cara;
a) Melakukan diskusi antara dosen pembimbing dan mahasiswa bimbingan
b) Meminjam buku-buku dari perpustakaan sebagai referensi mengenai masalah tugas akhir
c) Mengumpulkan beberaapa informasi mengenai objek terkait yang berhubungan dengan tugas akhir pada media yang dianggap relevan
6. Analisa dan Evaluasi Data
Data-data yang diperoleh dianalisa dan dievaluasi bersama-sama dosen pembimbing
7. Asistensi
Melaporkan hasil penulisan tugas akhir kepada dosen pembimbing untuk menunjang mahasiswa aktif dalam penyelesaian tugas akhir dan dapat menyelesaikannya tepat waktu.
1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Penulis membagi isi penulisan menjadi lima bab dan disertakan pula permasalah dan penyelesaian dalam lampiran bab-bab tersebut yaitu:
BAB 1 PENDAHULUAN
Menguraikan tentang latar belakang masalah dan alasan penulisan, masalah-masalah yang dibahas dan bahasan-bahasannya, maksud dan tujuan penulis, metodelogi penulisan yang digunakan serta sistematika penulisan.
6 BAB 2 DASAR TEORI
Membahas tentang cakupan konsep dan teori-teori pendukung, pengertian, kontruksi, prinsip kerja yang menjadi landasan dari tugas akhir ini
BAB 3 DATA PENELITIAN
Bab yang berisi tentang data-data hasil pengamatan yang diperoleh dari pengamatan langsung di lapangan.
BAB 4 PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA
Berisi tentang perhitungan data-data parameter yang digunakan sebagai bahan perhitungan yang diolah menjadi hasil penelitian. BAB 5 PENUTUP
Merupakan kesimpulan dari hasil pengamatan yang penulis dapatkan dan saran dari penulis untuk perkembangan di masa yang akan datang
