5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Sengkang
Berdasarkan data sistem pembangkit PLTGU Sengkang yang berkapasitas total 315 MW, PLTGU ini merupakan gabungan antara Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) dan Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU), PLTGU ini terdiri dari 2 unit turbin gas yang masing-masing berkapasitas 60000 KW atau 60 MW dan 1 unit turbin uap yang berkapasitas 60000 KW atau 60 MW. Jika dipergunakan sistem Combine cycle (gabungan) antara PLTG dan PLTU maka etesiensi yang dihasilkan adalah
sebesar 180 MW (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
Suatu sistem kelistrikan yang besar ini terdiri atas beberapa generator yang bekerja atau berhubungan secara pararel atau saling ber-interkoneksi dengan pembangkit - pembangkit yang lain yang ada di Sulawesi- Selatan (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
Sebuah Pembangkit Listrik Tenaga gas ini terdiri dari sebuah kompresor, ruang pembakaran, turbin gas dan generator listrik, pembakaran bersamaan dengan bahan bakar yang disulut. Bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar gas alam (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
Gas alam ini diperoleh dari proyek Perusahaan Gas Alam terpadu yang ada di Desa Gilireng Kampung Baru wajo yang disalurkan melalui pipa besar ke Pembangkit listrik Energi Sengkang (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
6 Gas terkembang dan memiliki suhu dan tekanan yang tinggi ini dimasukkan ke dalam turbin gas hingga turbin berputar yang pada gilirannya menggerakkan generator (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
Turbin gas bekerjanya atas dasar prinsip siklus tenaga gas, Bryton atau Joule yang merupakan suatu proses standar siklus udara pada Turbin Gas.Kedua jenis gas turbin ini merupakan gas turbin yang ramah lingkungan tanpa menimbulkan polusi udara, gas buang (exsaust) dari unit pembangkit ini masing-masing dihubungkan pada ketel uap (HRSG) untuk dimanfaatkan pada proses penguapan, rnengingat gas buang ini rnasih memiliki enthalpy yang tinggi yang temperaturnya masih berkisar 531 °C (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
Kedua unit turbin gas (gas buangnya) dihubungkan dengan masing- masing ketel yang terdiri dari ekonomiser, evaporator dan superheter. Uap kering yang keluar dari masing-masing ketel disatukan sehingga laju aliran massa uap yang kemudian diekspansikan kedalam turbin uap menjadi 2 kali lipat. Pembangkit listrik tenaga uap ini berkapasitas sebesar 60000 kW (60 MW) (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
Sumber air untuk turbin uap ini diambil dari sungai Cenrana'e dengan proses penjernihan dan pengolahan yang berteknologi tinggi sehingga sama sekali iak menghasilkan iimbah sebelum dialirkan kembali ke sungai (Suardi dan Ahmad Yamin,2014).
7 2.2 Generator Sinkron
Generator sinkron atau alternator merupakan alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Semua generator sinkron mempunyai jangkar yang diam sebagai stator dan medan magnet yang berputar sebagai rotor.
Energi listrik yang di hasilkan karena perputaran rotor yang terkopel dengan turbin sebagai penggerak mula. Akan terhubung dengan sumber eksitasi yang menyuplai listrik DC sehingga menimbulkan medan magnet pada rotor yang akan membantuk proses induksi medan magnet pada jangkar stator. Kumparan DC yang ada pada medan magnet yang berputar yang di hubungkan dengan sumber listrik DC melalui slipring dan sikat arang tetapi ada juga yang tidak menggunakan sikat arang disebut brushless excitation. Menurut hukum faraday
“Generator bekerja apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet yang berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik” (Leonardo,2020).
Prinsip kerja dari generator sinkron yaitu bila kumparan medan yang terdapat pada rotor terhubung dengan sumber eksitasi yang akan menyuplai arus searah yang mengalir melalui kumparan magnet akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap. Penggerak mula yang terhubung dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan yang ditentukan. Perputaran rotor akan sekaligus memutar medan magnet yang akan dihasilkan kumparan medan, medan magnet yang dihasilkan rotor ketika diputar, akan di induksikan pada jangkar atau lilitan tembaga pada stator yangakan menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap
8 waktu (Leonardo ,2020).
Adanya perubahan fluks magnetik dikelilingi oleh lilitan kumparan akan menghasilkan gaya gerak listrik induksi pada ujung-ujung kumparan. Jika rotor berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan kumparan. Satu putaran rotor dalam 1 sekon menghasilkan satu siklus per detik atau 1 hertz. Apabila kecepatanya 60 putaran per menit, frekuensi 1 hertz. Jika frekuensi 60 hertz, maka rotor harus berputar 3600 RPM (Rotasi Permenit). Dengan kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolusi per detik (rps). Jika rotor mempunyai lebih dari satu pasang kutup, misalnya P kutup maka masing-masing rotor akan menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam kumparan stator. Frekuensi dari tegangan induksinya sebagai sebuah fungsi dari kecepatan dari rotor (Leonardo,2020).
Gambar 1 Generator Sinkron (Sumber: PLTGU Sengkang)
9 2.3 Komponen Generator Sinkron
Secara garis besar, generator sinkron terdiri dari stator, rotor, dan celah udara.
Stator adalah bagian yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang berputar. Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor (Leonardo Hutagalung,2020).
2.3.1 Rangka Stator
Rangka stator adalah sebuah rumah yang terbuat dari besi yang berfungsi untuk tempat diletakkanya bagian-bagian yang ada dalam generator tersebut seperti stator core, bearing bracket dan seal ring bracket yang terpasang Untuk bagian generator dengan pendingin hidrogen yang bertekanan, desain stator frame ditujukan untuk menghasilkan konstruksi generator yang kedap udara dan mampu menahan tekanan gas 10kg/cm2, dua kali lipat tekanan maksimum gas. Selain itu, rangka stator juga harus mampu menahan torsi beban normal maupun saat terjadi gangguan (Leonardo,2020).
Gambar 2 Inti Stator dan Alur pada Stator (Sumber: Manual Book PLTGU Sengkang)
10 2.3.2 Stator Generator Sinkron
Stator adalah komponen dari generator sinkron yang diam dan sebagai tempat diletakkan kumparan jangkar. Stator terdiri dari dua bagaian yaitu kumparan jangkar dan inti besi (core).
1. Kumparan Jangkar
Kumparan jangkar adalah penghantar utama arus yang berupa gulungan kawat yang terisolasi dan di tempatkan pada sekat sekat dari inti besi. Kumparan jangkar ini berfungsi sebagai tempat terjadinya GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi yang diakibatkan adanya perpotongan medan magnet putar dari rotor yang memotong kumparan jangkar. Pada kumparan jangkar akan menghasilkan arus bolak balik 3 fasa jika terhubung dengan beban.
Arus keluaran bisa mengakibatkan panas pada generator yang bisa mengganggu kinerja dari generator apabila terlalu lama dapat menimbulkan kerusakan pada isolasi generator dan member efek pemanasan pada inti besi (Leonardo,2020).
Gambar 3 Konstruksi Kumparan stator (Sumber: Manual Book PLTGU Sengkang)
11 Kumparan jangkar terbuat dari tenbaga murni yang telah dilapisi dengan material isolasi. Kumparan jangkar tersebut terbagi menjadi 3 bagian yang berbeda fasa 1200. Umumnya di hubungkan dengan sambungan bintang (Y) dan delta (Δ) (Leonardo,2020).
Seluruh kumparan jangkar pada generator dinamakan lilitan pada stator. Lilitan stator yang ada pada generator tiga fasa dapat disambungkan dengan sambungan sambungan bintang dan sambungan delta. Proses penyambungan dari sambungan delta dan bintang dapat di kerjakan diluar generator yaitu melalui papan jepit (klem jepit)
2. Inti Besi
Inti besi adalah bagian tempat untuk memasang kumparan jangkar dan tempat mengalirnya induksi fluks magnet yang memotong kumparan jangkar pada stator. Inti besi terbuat dari susunan plat-plat besi silicon magnetik tipis dengan ketebalan 0,35 -0,5 mm yang membentuk suatu
cakram, bentuk dari bagian sisi dalam seperti gigi yang membentuk slot untuk posisi pemasangan kumparan tembaga. Plat yang pembentuk inti tersebut antara satu sama lain dipishkan dengan isolasi tipis yang terbuat dari varnish yang di panaskan. Plat-plat yang berbentuk cakram kemudian disatukan dan dibentuk seperti silinder yang disebut sebagai stator core. Inti besi stator terdiri dari laminasi-laminasi plat besi yang terisolasi dengan vernis atau kertas isolasi (implenated paper) (Leonardo ,2020).
12 Gambar 4 Inti Besi
((Sumbe: Leonardo ,2020)
Laminasi-laminasi ini bertujuan untuk mengurangi besarnya arus pusar (Eddy current), arus pusar ini dapat menimbulkan panas pada inti stator yang bisa merusak inti stator dan isolasi kumparan penghantar
2.3.3 Rotor Generator Sinkron
Rotor adalah bagian dari generator yang berputar yang terbuat dari plat plat besi yang terdiri dari shalf, winding, retaining ring, bearing dan fan.
Dalam generator sinkron rotor sebagi tempat dimana diletakkan kumparan medan magnet. Kumparan medan disusun pada alur alur dalam inti besi rotor, apabilah pada kumparann medan dialiri arus listrik searah (Direct Current) akan menghasilkan kutup medan magnet utara dan kutup selatan.ada dua jenis rotor dalam generator sinkron yaitu:
1. Silinder halus (round rotor)
Tipe dari generator ini digunakan untuk generator turbo dengan kata lain digunakan untuk generator dengan kecepatan yang tinggi sering digunakan pada pembangkit thermal, dengan kutup magnet silindris dengan jumlah kutupnya yaitu dua dan empat kutup magnet (Leonardo,2020).
13 Gambar 5. Bentuk Rotor kutub silinder
(Sumber: Leonardo ,2020)
2. Kutup Menonjol
Kutup Menonjol Yaitu tipe rotor generator yang digunakan untuk kecepatan yang rendah dan sering digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air (PLTA).
Biasanya jumlah kutupnya ada enam kutup magnet atau lebih yang bentuknya menonjol (Leonardo Hutagalung,2020).
Gambar 6 Bentuk Rotor kutub menonjol (Sumber: Leonardo,2020)
14 2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron
Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromegnetik.
Setelah rotor diputarkan oleh penggerak mula (prime over) dengan demikian kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub disuplai oleh tegangan searah maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnit (garis- garis gaya magnit) yang berputar kecepatannya sama dengan putaran kutub. (Juhari, 2013:13)
Berdasarkan Hukum Faraday apabila lilitan penghantar atau konduktor diputar memotong garis-garis gaya magnit yang diam atau lilitan yang diam dipotong oleh garis-garis gaya magnit yang berputar maka pada penghantar tersebut timbul EMF (Electro Motive Force) atau GGL (Gaya Gerak Listrik) atau tegangan induksi. (Juhari,2013:13)
Ggl yang dibangkitkan pada penghantar jangkar adalah tegangan bolak- balik, perhatikan gambar 7. Arus yang mengalir pada penghantar jangkar karena beban tersebut akan membangkitkan medan yang berlawanan atau mengurangi medan utama sehingga tegangan terminal turun, hal ini disebut reaksi jangkar. ( Juhari ,2013:13)
Gambar 7 GGL yang dibangkitkan.
(Sumber: Juhari, 2013:13)
15 Dalam menentukan arah arus dan tegangan (Ggl atau EMF) yang timbul pada penghantar pada setiap detik berlaku hukum tangan kanan fleming
Gambar 8 Hukum tangan kanan Flemming.
(Sumber: Juhari,2013:13) Dimana :
1. Jempol menyatakan arah gerak F atau perputaran penghantar.
2. Jari telunjuk menyatakan arah medan magnit dari kutub utara ke kutub selatan.
3. Jari tengah menyatakan arah arus dan tegangan.
Ketiga arah tersebut saling tegak lurus seperti yang diperlihatkan pada gambar diatas.Garis-garis gaya magnet yang berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar yang ada pada stator sehingga pada kumparan jangkar tersebut timbul GGL (Gaya Gerak Listrik) atau EMF (Electro Motive Force) atau tegangan induksi. Frekuensi tegangan induksi tersebut akan mengikuti persamaan sebagai berikut:
F=𝑝.𝑛
120……… (2.1)
Dimana:
16 F=frekuensi (Hz)
p = banyaknya kutub.
n = kecepatan putar (rpm).
Oleh karenanya frekuensi dari tegangan induksi tersebut di Indonesia sudah tertentu ialah 50 (Hz) dan jumlah kutub selalu genap maka putaran rotor, putaran kutub, putaran pengerak mula sudah tertentu pula besarnya tegangan induksi yang dibangkitkan pada kumparan jangkar yang ada pada stator.
2.5 Karakteristik Generator Sinkron 2.5.1 Generator Sinkron Tanpa Beban
Pada generator sinkron keadaan jalan tanpa beban mengandung arti bahwa arus armatur Ia = 0. Dengan demikian besar tegangan terminal adalah;
Vt = Ea = Eo……… (2.2) Dimana:
Vt : Tegangan terminal output per phasa (Volt) Ea : Gaya gerak listrik armature berbeban Eo : Gaya gerak listrik armature tanpa beban
Pengaturan arus penguat medan pada keadaan tertentu besarnya, akan didapatkan besar ggl armatur tanpa beban dalam keadaaan saturasi. Secara grafik hubungan antara arus penguat medan (If) dan Ea (Hermanto,2019).
17 (a) (b)
Gambar 9 (a) Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron Tanpa Beban (b)Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban
(Sumber : Hermanto, 2019)
Keterangan ;
If = Arus kumparan medan atau arus penguat Rf = Hambatan kumparan medan
Ra = Hambatan armature
XL = Reaktansi bocor (reaktansi armatur) Vt = Tegangan output
Ea = Gaya gerak listrik armature
2.5.2 Generator Sinkron Berbeban
Dengan adanya beban yang terpasang pada output generator sinkron, maka segera mengalir arus armature (Ia). Dengan adanya arus armature ini, pada kumparan armatur atau kumparan jangkar timbul flux putar jangkar (Φa).
Flux putar jangkar ini bersifat mengurangi atau menambah flux putar yang
18 dihasilkan oleh kumparan rotor (Φf). Hal ini bergantung pada faktor daya beban. Seperti yang dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10 Pengaruh Faktor Daya Beban terhadap Flux Rotor (Sumber : Hermanto, 2019)
Keterangan gambar 10 ; 1. Gambar 10 a
Pada faktor daya beban (PF) = 1, berarti arus armatur sefase dengan tegangan beban. Pada keadaan ini flux putar jangkar (flux armatur) adalah mendahului 90º terhadap flux putar utama (rotor). Interaksi dari kedua flux putar tersebut menghasilkan flux putar baru yang cacat (tidak sinus murni).
Akibatnya Akibatnya tegangan keluaran generator juga tidak sinus murni.
Kejadian ini harus dihindarkan (Hermanto,2019).
2. Gambar 10 b
Pada faktor daya beban tertinggal (PF=0), berarti arus armatur tertinggal 90º terhadap tegangan beban Pada keadaan ini flux putar jangkar (flux armatur) berada sephase 180º (Posisi Φa pada PF=1 digeser ke
19 kiri atau tertinggal 90º lagi, jadi (90º+90º) terhadap flux putar utama (rotor). Interaksi dari kedua flux putar tersebut menyebabkan terjadinya pengurangan besar flux rotor, dan kejadian ini disebut “demagnetisasi”.
Jika proses demagnetisasi terejadi, maka ggl armatur yang dihasilkan oleh generator akan berkurang. Untuk menjaga agar ggl armatur besarnya tetap, maka arus penguat medan (If) harus diperbesar (Hermanto,2019).
3. Gambar 10 c
Pada faktor daya beban mendahului (PF=0), berarti arus armatur mendahului 90º terhadap tegangan beban. Pada keadaan ini flux putar jangkar (flux armatur) akan sefase dengan flux putar rotor. (Posisi Φa pada PF=1 digeser ke kanan 90º. Akibat interaksi dari flux ini dihasilkan flux baru yang bertambah besar terhadap flux rotor. Proses ini disebut magnetisasi.
Jika proses magnetisasi terejadi, maka ggl armatur yang ditimbulkan akan bertambah besar. Untuk menjaga agar ggl armatur besarnya tetap, maka arus penguat medan (If) dikurangi (Hermanto,2019).
4. Gambar 10 d
Pada faktor daya beban menengah adalah beda fase antara arus armatur (Ia) dan tegangan beban 0 sampai 90º mendahului atau tertinggal. Untuk beda fase 0 sampai 90º, arus armatur mendahului terhadap tegangan beban disebut mendahului (leading). Sedangkan untuk beda fase 0 sampai 90º, arus armatur tertinggal terhadap tegangan beban disebut faktor daya tertinggal (lagging) Pada faktor daya (PF) beban menengah mendahului, flux armatur yang timbul fasenya agak bergeser ke kanan terhadap flux
20 putar rotor. Sehinnga pada kejadian ini terjadi proses demagnetisasi sebagian dan bentuk sinyal ggl armatur yang dihasilkan agak sedikit cacat.
Proses kejadian tersebut diatas dinamakan reaksi jangkar atau reaksi armatur. Dengan adanya flux putar armatur akibat timbulnya arus armatur, maka pada kumparan timbul reaktansi pemagnit (Xm). Reaktansi pemagnit bersama-sama dengan reaktansi bocor dikenal dengan nama reaktansi sinkron (Xs) dan secara matematis ditulis :
Xs = XL+Xm...(2.3) Dimana:
Xs : Reaktansi sinkron XL : Reaktansi armatur Xm : reaktansi pemagnit
Dengan demikian rangkaian listrik untuk generator sinkron berbeban adalah :
Gambar 11 Rangkaian Listrik Generator Sinkron Berbeban (Sumber: Hermanto, 2019)
Secara vektoris besar GGL armatur tanpa beban (Eo) pada faktor
21 daya beban = 1, PF tertinggal dan PF Mendahului adalah sebagai
berikut : PF = 1
Eo = √(Vt + Ia. Ra)2+ (Ia. Xs)2 ...(2.4)
Gambar 12 Diagram vektor dari generator serempak beban unity (Sumber : Hermanto, 2019)
PF = Tertinggal
Eo = √(VtCos Ө + Ia. Ra)2+ (VtSin Ө + Ia. XS)2 ...(2.5)
Gambar 13 Diagram vektor dari generator serempak beban induktif (Sumber : Hermanto, 2019)
PF = Mendahului
22 Eo = √(VtCos Ө + Ia. Ra)2+ (VtSin Ө − Ia. XS)2 ...(2.6)
Gambar 14 Diagram vector generator beban kapasitif (Sumber : Hermanto, 2019)
Oleh karena pada generator sinkron berbeban timbul reaktansi pemagnit (Xm), maka timbul jatuh tegangan GGL pada armatur tanpa beban sebesar Ia.Xm. sehingga besar ggl armatur pada gebnerator berbeban adalah :
Ea = Eo – Ia.Xm ...(2.7) Secara vektoris besar GGL armatur berbeban (Ea) pada faktor daya beban
= 1, PF tertinggal dan PF Mendahului adalah sebagai berikut : PF = 1
Ea = √(Vt + Ia. Ra)2+(Ia. XL)2……….………..………(2.8)
PF = Tertinggal
Ea = √(VtCos Ө + Ia. Ra)2+(VtSin Ө + Ia. XL)2………(2.9)
PF = Mendahului
23 Ea = √(VtCos Ө + Ia. Ra)2+ (VtSin Ө − Ia. XL)2………(2.10)
Dimana:
PF : Power factor
Eo : Gaya gerak listrik armature tanpa beban Ea : Gaya gerak listrik armature berbeban Vt : Tegangan terminal output per phasa (Volt) Ia : arus armatur
Ra : Resistansi jangkar per phasa (Ω) XS : Reaktansi sinkron per phasa(Ω) XL : Reaktansi bocor jangkar (Ω)
Adapun karakteristik generator sinkron pada berbagai faktor daya, 𝑎2 + 𝑏2 = 𝑐2 ditunjukkan pada gambar 15 :
Gambar 15 Karakteristik Generator AC Pada Berbagai Faktor Daya (Sumber : Hermanto, 2019)
24 2.6 Rugi – Rugi Daya Generator
Rugi-rugi pada generator sinkron terbagi atas 3 macam yaitu:
2.6.1 Rugi-Rugi Angin dan Gesekan (Pag)
Rugi-rugi angin gesekan (Pag) dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk dari bagian yang berputar, rancangan sudu kipas rotor, desain bantalan (bearing) dan susunan rumah (housing) mesin. Rugi yang hilang tersebut berupaya daya yang diperlukan untuk memutarkan kipas guna mensirkulasikan udara pendingin, dan gesekan bantalan dan sikat. Rugi gesek yang terjadi pada pergesekan sikat dan sumbu. Rugi ini dapat diukur dengan menentukan masukan pada mesin yang bekerja pada kecepatan yang semestinya tetapi tidak diberi beban
2.6.2 Rugi-Rugi Tembaga
Rugi tembaga ini terdiri dari kumparan stator dan kumparan rotor. Rugi – rugi tembaga ditemukan pada semua belitan yang terdapat pada mesin, dihitung berdasarkan pada tahanan dc dari lilitan pada suhu 75° C, tergantung pula pada tahanan efektif dari lilitan pada fluks dan frekuensi kerjanya. Rugi tembaga stator dan rugi tembaga rotor dapat dihitung dengan persamaan berikut:
𝑃𝑐𝑢,𝑠 = 3 𝑥 𝐼𝑎2 𝑥 𝑅𝑎……….(2.11) 𝑃𝑐𝑢,𝑟= 𝐼𝑓2 𝑥 𝑅𝑓……….(2.12)
25 Dimana:
Pcu,s : Rugi tembaga pada stator (W) Pcu,r : Rugi tembaga pada rotor (W) Ia : Arus pada stator (A)
If : Arus pada rotor (A) Rf : Tahanan pada rotor (Ω)
Rugi tembaga stator sebesar sekitar 30 sampai 40% dari rugi total pada beban penuh. Sedangkan rugi tembaga rotor sebesar sekitar 20 sampai 30% dari rugi beban penuh. Sangat berkaitan dengan rugi I2 R adalah rugi – rugi kontak sikat pada cincin slip dan komutator, rugi ini biasanya diabaikan pada mesin induksi dan mesin serempak, dan pada mesin dc jenis industri tegangan jatuh pada sikat dianggap tetap sebesar 2V keseluruhannya jika dipergunakan sikat arang dan grafit dengan shunt.
2.6.3 Rugi Besi
Rugi besi disebut juga rugi magnetik yang terdiri dari rugi histerisis dan rugi arus pusar atau arus eddy yang timbul dari perubahan kerapatan fluks pada besi mesin dengan hanya lilitan peneral utama yang diberi tenaga pada generator sinkron rugi ini dialami oleh besi armatur, meskipun pembentukan pulsa fluks yang berasal dari mulut celah akan menyebabkan rugi pada besi medan juga, terutama pada sepatu kutub atau permukaan besi medan. Rugi ini biasanya data diambil untuk suatu kurva rugi – rugi besi sebagai fungsi dari tegangan armatur disekitar tegangan ukuran. Maka rugi besi dalam keadaan terbebani ditentukan
26 sebagai harga pada suatu tegangan yang besarnya sama dengan tegangan ukuran yang merupakan perbedaan dari jatuhnya tahanan ohm armatur pada saat terbebani (muslis, Supari, 2008).
Rugi histerisis (Ph) dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut:
𝑃ℎ = ɳℎ. 𝐵𝑚𝑎𝑥1,6. 𝑓. 𝑣 (𝑤𝑎𝑡𝑡)……….(2.13)
dimana :
ɳh = koefisien steinmentz histerisis. Dapat dilihat pada tabel 1
B = kerapatan fluks (Wb/m2)
V = volume inti (m3)
Tabel 1. Nilai koefisien steinmentz histerisis.
Bahan ɳ h (joule / m3)
Sheet steel 502
pSilicon steel 191 Hard Cast steel 7040
Cast steel 750 – 3000
Cast iron 2700 – 4000
Sumber: Fitri Wildani,2021
Dari persamaan 2.13, besar koefisien steinmentz histerisis, kerapatan fluks dan volume inti adalah konstan sehingga nilai rugi histerisis adalah merupakan fungsi dari frekuensi atau ditulis :
27 𝑃ℎ = 𝐹 (𝑓)……….(2.14) Jadi makin besar frekuensi sinyal tegangan output makin besar rugi histerisis yang diperoleh.
Adapun rugi arus pusar atau rugi arus eddy tergantung kuadrat dari kerapatan fluks, frekuensi dan ketebalan dari lapisan pada keadaan mesin normal besarnya adalah:
Pe = k . Bmax 2 . f2 . t2………(2.15) Dimana: k = konstanta arus pusar yang tergantung pada ketebalan laminasi masing-masing lempengan dan volume inti armatur. Oleh karena nilai k dan b adalah konstan, maka besar kecilnya rugi arus pusar adalah tergantung pada nilai frekuensi kuadrat atau ditulis:
Pe = F (𝑓)2………...………(2.16)
Besar rugi besi sekitar 20% sampai 30% dari rugi total pada beban penuh.
Pada generator rugi – rugi daya terdiri:
1. Rugi daya karena putaran, meliputi rugi angin dan gesekan, rugi gesek antara sikat dan cincin seret, rugi hysteresis dan arus pusar
2. rugi listrik, meliputi rugi tembaga pada belitan medan, rugi tembaga pada belitan jangkar, dan rugi sikat arang,
3. rugi pada bagian eksitasi, seperti rugi pada resistansi pengaturan, dan 4. rugi beban sasar (stray load losses).
28 2.7 Efisiensi Generator
Efisiensi atau rendemen generator adalah perbandingan antara daya keluaran (output) dengan daya masukan (input), dan dinyatakan dalam persentase sebagai berikut :
ɳ = 𝑃𝑜
𝑃𝑖 𝑥 100% ………(2.17)
dimana:
𝑃𝑂 = daya keluaran (W) 𝑃𝑖 = 𝑃𝑜+ 𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 (𝑊)
𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 = rugi − rugi total (W)
2.8 Reverse Power Generator
Reverse power merupakan fenomena berubahnya unjuk kerja sebuah mesin
listrik yang awalnya adalah sebagai generator, berubah menjadi motor karena adanya perubahan arah arus atau aliran daya aktif yang awalnya dari generator menuju grid menjadi dari grid menuju generator.Adapun penyebab terjadinya reverse power yaitu
1. generator dihubungkan paralel atau bergabung dalam suatu jaringan dengan generator lain.
2. torsi yang dihasilkan oleh penggerak mula (prime mover, dalam hal ini misalkan turbin uap, turbin air, atau mesin diesel) lebih kecil dari torsi yang dibutuhkan untuk menjaga agar kecepatan rotornya berada pada kecepatan proporsionalnya (dengan referensi frekuensi sistem).
29 3. terjadi kehilangan torsi dari penggerak mulanya (dengan kata lain penggerak mulanya seperti turbin atau mesin diesel "TRIP" atau mengalami kegagalan operasi) dan generator masih terhubung dengan jaringan. Karena masih ada kecepatan sisa pada rotornya, sedangkan disisi statornya ada tegangan dari jaringan, sehingga tegangan di stator menginduksi ke lilitan rotor yang berputar
jika terjadi reverse power pada suatu unit pembangkit listrik adalah terjadi kerusakan pada peralatan penggerak mulanya (prime mover) atau turbinnya. oleh karena itu pada generator dipasang relay reverse power sebagai pengamannya, dan biasanya interlock dengan generator CB reverse power relay bekerja dengan mengukur komponen aktif arus beban, I x cos φ. Ketika Generator beroperasi dan menghasilkan daya listrik maka komponen arus beban I x cos φ bernilai positif, sedangkan dalam kondisi reverse power maka komponen beban aktif I x cos φ akan berubah menjadi bernilai negatif. Dan jika nilai negatif ini melampaui set point dari relay, maka relay reverse power akan bekerja dan beberapa saat kemudian memerintahkan Circuit breaker untuk membuka. (Miftahul,2020)
