TUGAS AKHIR
PENGOPERASIAN UPS (UNINTERUPTIBLE POWER SUPPLY) SEBAGAI SUMBER TENAGA CADANGAN DI PT. RCTI
Diajukan Oleh :
FAIZAL
NIM 41406120017
ABSTRAK
Pada Tugas Akhir ini penulis membahas tentang Pengoperasian UPS ( Uninterubtible Power Supply ) sebagai Sumber Tenaga Listrik Cadangan di PT.
RCTI.
UPS adalah suatu sistem yang dapat mengubah tegangan AC – DC – AC . Tahapan perubahan AC – DC melewati tiga langkah. Pada langkah pertama, input suplai tegangan AC diubah manjadi DC oleh rectifier utama. Langkah kedua, pengubah resonansi mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC befrekuensi tinggi. Dan pada langkah ketiga rectifier mengubah tegangan AC berfrekuensi tinggi menjadi DC bertegangan tinggi.
Sebuah baterai digunakan sebagai input suplai cadangan ketika input yang menuju rectifier mengalami gangguan. Semakin besar kapasitas baterai dalam sebuah UPS maka UPS tersebut (dengan beban yang sama besar ) akan mampu mensuplai tenaga lebih lama dari pada UPS dengan kapasitas yang lebih kecil.
Hendaklah dalam pemilihan UPS harus di pertimbangkan dahulu terhadap beban yang akan dipakai, yaitu berapa lama beban tersebut akan di back up, hal tersebut dapat mengefesienkan pemakaian UPS baik dari sisi ekonomi dan kebutuhannya.
KATA PENGANTAR
Bismillaah, Alhamdulillaah, washalaatuwassalaamu ‘ ala rasuulillaah.
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadapan allah SWT yang telah memberikan rahmatnya dan kasih sayang – Nya, sungguh hanya allah – lah yang memberikan kemudahan dan ilmu yang bermanfaat, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal Tugas Akhir ini sebagai salah satu syarat guna menyelesaikan pendidikan pada Universitas Mercu Buana.
Proposal Tugas Akhir ini penulis beri judul “ PENGOPERASIAN UPS (UNINTERUPTIBLE POWER SUPPLAY) SEBAGAI TENAGA LISTRIK CADANGAN DI PT. RCTI ”. Proposal ini berisikan rencana yang akan penulis laksanakan dalam penulisan tugas akhir mendatang, meliputi latar belakang, tujuan, landasan teori, serta system pengoperasian UPS yang berkaitan dengan baterai charger dan rectifier.
Segala kemampuan penulis curahkan demi terselesainya proposal tugas akhir ini, namun penulis menyadari tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak proposal ini tidak akan terwujud. Akhirul kalam, saya ingin berucap tahniah atas terselesainya proposal ini kepada mereka yang berjasa.
1. Ummi, Ibu yang melahirkan, merawat, mendidik dan mendoakan diriku setiap saat. Juga kepada Bapak, yang selama ini memberikan keteladanan untuk hidup bersahaja dan ihklas berjuang dengan sabar.
2. Rekan – rekan kerja PT. RCTI (Rajawali Citra Televisi Indonesia) khususnya untuk bagian engineering ME & Building Utility.
3. Teman – teman Angkatan X – PKK UMB, yang telah memberikan dorongan semangat kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan proposal ini.
6. Segenap dosen pengajar FTI Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana yang telah memberikan kuliah dan membekali penulis dengan pengetahuan yang bermanfaat.
7. Terima kasih kepada Perpustakaan Universitas Mercu Buana yang telah menyediakan referensi buku – buku yang bermanfaat.
8. Untuk kakak dan adiku tersayang atas doanya.
9. Juga kepada siapa saja, yang dengan tulus telah mendoakan saya dalam penyelesaian proposal ini.
Penulis telah berusaha dengan segala kemampuan yang ada untuk menyelesaikan proposal Tugas Akhir ini, namun masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis selalu mengharap masukan dan kritik yang membangun demi perbaikan dalam penyusunan tugas Akhir mendatang. Akhir kata saya sampaikan Jazakumullah Khairal jaza’. Wassalamualaikum.
Jakarta, April 2008
Penulis
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan --- i
Kata Pengantar --- ii
Abstrak --- v
Daftar isi --- vi
Daftar Gambar --- x
Daftar Tabel --- xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang --- 1
1.2 Tujuan Penulisan --- 2
1.3 Batasan Masalah --- 3
1.4 Metode Penulisan --- 3
1.5 Sistematika Penulisan --- 4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Teori Umum --- 6
2.1.1 On Line UPS --- 7
2.1.2 Off Line UPS --- 9
2.2.3 Battery --- 27
2.2.3.1 Parameter – Parameter pada Baterai --- 29
2.2.3.2 Perhitungan Baterai --- 31
2.3 Penghantar --- 32
2.4 Pengaman --- 36
BAB III SISTEM PENGOPERASIAN UPS 3.1 Konsep Dasar Penggunaan --- 39
3.2 Cara Kerja UPS --- 39
3.3 Prinsip Kerja UPS --- 40
3.4 Sistem Pengoperasian UPS dalam Berbagai Keadaan --- 43
3.4.1 Kerja Sistem dalam Keadaan Normal --- 43
3.4.2 Sistem Operasi Selama Terjadinya Gangguan --- 44
3.5 Penchargeran UPS --- 45
3.5.1 Memahami Operasi Dasar Rectifier--- 45
3.5.2 Elemen Dasar yang Terdapat pada Charger Baterai/ Rectifier --- 46
3.5.3 Kegagalan Supply AC dan Pengembalian Operasi --- 47
3.5.4 Pengaturan Batasan Arus Rectifier --- 47
3.5.5 Ketidakseimbangan Fasa --- 48
3.5.6 Filter Output DC --- 48
3.5.7 Cara Merawat Charger atau Rectifier --- 49
3.6 Sistem Proteksi UPS --- 50
3.7 Trouble Shooting --- 51
3.8 Sistem Pemeliharaan UPS --- 52
3.8.1 Dasar – Dasar Sistem Pemeliharaan --- 52
3.8.2 Prosedur Pemeriksaan Pemeliharaan Preventif --- 53
3.8.3 Pemeriksaan dan Perawatan Preventif --- 54
3.8.4 Pemeliharaan dan Pencegahan --- 56
BAB IV ANNALISA TEKNIS DAN PERHITUNGAN 4.1 Kajian Teknis Kebutuhan Peralatan UPS pada PT.RCTI --- 58
4.2 Analisis Penerapan --- 62
4.3 Perhitungan --- 63
4.3.1 Perhitungan Ekonomis --- 63
4.3.2 Perhitungan Kebutuhan Beban --- 65
4.3.3 Perhitungan Baterai --- 66
4.3.4 Perhitungan Kabel --- 67
4.3.5 Data untuk Arus Input, Output dan Baerai --- 69
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN :
• Lembar Data UPS SOCOMEC
• Gambar bagian – bagian dari UPS
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blok Kerja ON LINE UPS --- 8
Gambar 2.2 Blok Kerja Off Line UPS --- 9
Gambar 2.3 Blok Kerja Line Interaktive UPS --- 11
Gambar 2.4 Penyearah 2 thyristor --- 13
Gambar 2.5 Penyearah Terkendali Penuh --- 13
Gambar 2.6 Penyearah Terkendali Setengah --- 13
Gambar 2.7 Blok Diagam Unit Terkendali Penyulut Thyristor Penyearah --- 15
Gambar 2.8 Bentuk Gelombang pada Unit Pengendali --- 16
Gambar 2.9 Sinyal Jembatan Penyearah Thyristor 3 phasa Terkendali Penuh - 18 Gambar 2.10 Rangkaian Jembatan Inverter 1 phasa --- 19
Gambar 2.11 Gambar Keadaan Sebelum Fase 1 --- 20
Gambar 2.12 Pemberian Tegangan dari Baterai kepada Filter AB --- 21
Gambar 2.13 Pemadaman Thyristor T1 --- 22
Gambar 2.14 Pemanfaatan Kembali Daya yang Tersimpan pada Cs (Gambar A) --- 23
Gambar 2.15 Pemanfaatan Kembali Daya yang Tersimpan pada Cs (Gambar B) --- 23
Gambar 2.19 Pemutus Rangkaian ( Circuit Breaker = CB ) --- 37
Gambar 2.20 Pengaman Lebur ( Fuse = Sekering ) --- 37
Gambar 3.1 Diagram Blok UPS --- 41
Gambar 3.2 Diagram UPS --- 42
Gambar 3.3 Kerja Sistem Dalam Keadaan Normal --- 43
Gambar 3.4 Pengoperasian Baterai Pada Saat Terjadinya Gangguan --- 44
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Luas Penampang Konduktor dengan Kapasitas Arusnya dan Faktor Kehilangan Tegangannya --- 34 Tabel 2.2 Panjang Kabel Maksimum Beban – Kontrol Panel --- 35 Tabel 4.1 Data Dasar Pengoperasian UPS untuk Rating Arus dan daya --- 68
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan peralatan listrik saat ini sudah menjadi kebutuhan yang mendasar terutama pada industri dan perkantoran yang menggunakan berbagai peralatan listrik untuk mendukung operasi kerja. Penggunaan energi listrik yang besar ini tentu saja tidak selamanya mampu bekerja konstan tanpa permasalahan dan gangguan pada jalur supplay tenaga listrik. Untuk itu sangatlah diperlukan suatu solusi yang dapat mengatasi masalah tersebut, yaitu dengan menggunakan UPS (Uninterruptible Power Supplay).
Pada dasarnya UPS merupakan sumber tenaga listrik alternatif sementara yang menggantikan suplai tenaga listrik utama, dalam hal ini sumber listrik PLN.
UPS sendiri merupakan sebuah sistem yang berdiri sendiri terhadap sistem suplai tenaga listrik PLN. UPS diharapkan mampu melindungi peralatan listrik yang kritis terhadap gangguan suplai tenaga listrik seperti komputer, jaringan computer dan server – server, bahkan peralatan industri agar terhindar dari kerusakan yang fatal, yang dapat mengakibatkan kerugian baik dari sisi produksi maupun penyiaran (khusus industri media).
Dalam industri media, khususnya pertelevisian, UPS sangat berperan penting dalam hal menjaga peralatan broadcasting agar tetap bekerja konstan tanpa gangguan baik dari segi peralatan maupun suplai energi listrik, karena dalam industri media acara yang disiarkan sangatlah bergantung pada peralatan penyiaran yang bekerja terus menerus tanpa putus.
Selain hal tersebut diatas media penyiaran sangat menuntut agar siaran yang di pancarkan ke konsumen tidak mengalami gangguan akibat dari suplai energi listrik PLN yang tiba - tiba bermasalah, baik akibat jaringan itu sendiri maupun disebabkan kondisi alam yang kurang baik.
Bertitik tolak dari permasalahan diatas, dan untuk memperluas wawasan sekaligus menerapkan ilmu – ilmu di bidang teknik Elektro yang telah diperoleh dalam perkuliahan, maka penulis mengambil tugas akhir ini dengan judul
“PENGOPERASIAN UPS (UNINTERUPTIBLE POWER SUPPLY) SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN DI PT. RCTI “.
Penulis bekerja sama dengan pihak M/E untuk mempelajari keseluruhan system kelistrikan yang digunakan, terutama yang menyangkut penggunaan dan system pengoperasian UPS.
1.2 Tujuan Penulisan
2. Sebagai sumber tenaga cadangan sementara dan tanpa delay apabila terjadi gangguan pada catu daya utama, dalam hal ini PLN.
1.3 Batasan Masalah
Penulisan tugas akhir ini difokuskan kepada studi pengenalan system UPS secara global, penggunaan dan pengoperasiannya dalam berbagai kondisi sebagai salah satu alternative sumber sementara.
1.4 Metode Penulisan
Dalam penulisan tugas akhir ini dilakukan proses pengumpulan data dan menganalisis permasalahan dengan beberapa metode, yaitu :
1. Studi Pustaka
Studi mengenai teori dasar yang mencakup prinsip kerja UPS beserta alat pendukungnya, dengan mengambil dari beberapa literatur dari buku-buku yang dianggap penting dan relevan dengan garapan penulis.
2. Metode Observasi
Penulis memperoleh data-data mengenai penggunaan dan system pengoperasian UPS di PT.RCTI dengan melakukan pengukuran, pengambilan sample data kondisi-kondisi yang sering terjadi di lingkungan PT. RCTI, serta mengamati langsung obyek yang akan di teliti.
3. Metode tanya jawab
Untuk mendapatkan data –data yang tidak tercatat, maka penulis melakukan tanya jawab dengan pihak terkait, yaitu seputar kejadian – kejadian yang pernah terjadi maupun dari pengalaman – pengalaman, guna memperoleh melengkapi data – data penulisan tugas akhir.
1.5 Sistematika Penulisan
Adapun system penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN :
Pada bab ini dibahas hal – hal yang berkenaan dengan latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Membahas mengenai teori – teori yang berkaitan dengan pembuatan tugas akhir ini, dimana dapat berupa teori mengenai elemen – elemen yang digunakan, baik elektronika maupun penunjang.
BAB IV ANNALISA TEKNIS DAN PERHITUNGAN
Bab ini di bahas tentang annalisa teknis yaitu kajian teknis kebutuhan peralatan UPS pada PT. RCTI, dan perhitungan – perhitungan baterai yang akan dipakai, serta hal – hal yang berhubungan dengan UPS.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari penulis tugas akhir.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Teori Umum
Uninterruptible Power Supply ( UPS ) atau disebut juga sebagai catu daya tak terputus ( continuous power sources ) adalah sistem catu daya listrik yang dapat memberikan tenaga listrik secara independen dalam jangka waktu tertentu tanpa harus adanya sumber catu daya primer atau sekunder atau sumber catu daya tersebut sedang dalam gangguan.
Yang dimaksud sumber catu daya primer atau main supply adalah sumber catu daya listrik yang disupply dari public main supply biasa disebut PLN atau pada keadaan tertentu untuk menjaga kontinuitas operasi adakalanya didukung dengan lokal generating set ( catu daya yang diusahakan sendiri ) dimana keduanya independen. Sedangkan catu daya sekunder adalah catu daya listrik yang didapat dari sumber catu daya cadangan atau dapat disebut juga sebagai stand by power unit.
Selain dipergunakan untuk memecahkan masalah masalah seperti kontinuitas sumber catu daya, UPS juga dipergunakan sebagai alat untuk memperbaiki mutu catu daya.
Mutu catu daya yang baik sangat dibutuhkan sebagai sumber tenaga listrik bagi peralatan peralatan elektronika, karena pesatnya perkembangan teknologi menyebabkan trend pemakaian beban beralih kebeban non linier sehingga dengan kurang baiknya mutu daya listrik akan menyebabkan rusaknya peralatan seperti peralatan ADP, Alat komunikasi, Navigasi, Pemancar, Radar dan lain lain.
Dari cara kerjanya UPS dapat dikelompokkan menjadi 2 ( dua ) yaitu ; Static/ Electronic type UPS dan Rotary / Dynamic UPS ( tidak akan dibahas lebih lanjut dalam tulisan ini ).
Sedangkan dari cara penggunaannya dapat dibagi dalam 3 ( tiga ) cara yaitu : a. ON line UPS kadang disebut juga Double Conversion UPS.
b. OFF line UPS.
c. Line interactive UPS.
2.1.1 ON line UPS
A.C power dari sumber catu daya di diteruskan sebagai input ke rectifier / dirubah ke D.C power. Sumber D.C ini akan dipertahankan untuk mengisi battery dan diteruskan juga ke inverter. Inverter akan merubah sumber daya D.C kembali menjadi sumber daya A.C yang selanjutnya dipergunakan sebagai sumber bagi beban / peralatan ( lihat blok diagram dibawah ).
Keuntungan dari ON line UPS ; Pertama adalah good power conditioning / sebagai proteksi setiap saat karena dua sumber yang terkonversi dan dibangkitkan dari inverter.
Critical load tidak langsung berhubungan dengan sumber yang mungkin terdapat spike, surges, fluktuasi tegangan dan masalah frekwensi. Kedua adalah tidak mungkin terjadi kehilangan sumber catu daya baik karena kehilangan atau kegagalan dan atau pada proses pemindahan sumber catu daya listrik.
Kerugian dari ON line UPS ; Pertama adalah ukuran UPS lebih besar karena UPS harus mempunyai ukuran penuh dari rectifier untuk mensupply daya ke inverter dan terkadang juga sebagai pengisi battery. Kedua adalah membutuhkan biaya investasi lebih.
Battery
Rectifier Inverter
Output Input
Static by pass
2.1.2 OFF line UPS
Pada OFF line UPS sumber catu daya beban dari main supply sedangkan UPS sebagai standby power, artinya critical load mendapat listrik dari sumber kecuali bila terjadi kegagalan pada sumber, inverter akan mensupply beban dan waktu pemindahan supply kira kira 4 s/d 10 mSec sehingga akan terjadi kehilangan power sementara. Untuk dapat memberikan tingkat pengamanan biasanya OFF LINE UPS diperlengkapi dengan AVR dan filter.
Gambar 2.2 Blok kerja OFF LINE UPS
Keuntungan dari OFF line UPS ; Pertama adalah ukuran lebih kecil dan lebih ringan. Kedua adalah efficiency tinggi karena tak terdapat double conversion dan daya langsung terhubung beban. Ketiga adalah more affordable price.
Battery
Rectifier Inverter In built AVR or Filter
Change over switch
Kerugian dari OFF line UPS ; Pertama adalah memberikan power conditioning dan proteksi yang minimal. Kedua adalah terjadi pemutusan sementara pada kegagalan catu daya atau pada transition time. Ketiga terbatasnya battery back up time, karena kecilnya ukuran rectifier. Keempat dapat membangkitkan square wave inverter output.
2.1.3 Line interactive UPS
Pada dasarnya Line interactive UPS hampir sama dengan OFF line UPS dimana sumber melalui 2 ( dua ) filter sebelum kebeban, voltage booster yang terhubung sebagai regulasi tegangan selama operasi normal.
Keuntungan dari Line interactive UPS : Pertama adalah proses switching lebih capat dibandingkan dengan OFF line UPS. Kedua adalah kecil, ringan dan kompak. Ketiga adalah mostly sine wave inverter output dan terakhir more intelligent feature incorporate.
Kerugian dari line interactive UPS : Pertama adalah power proteksi kurang dibandingkan dengan ON line UPS. Kedua kapasitasnya terbatas.
Gambar 2.3 Blok kerja Line interactive UPS
2.2 Komponen – Komponen UPS
UPS yang bagian bagiannya berupa unit-unit tanpa gerak yang tepatnya berupa unit - unit elektronik, battery sebagai penyimpan daya dan komponen komponen listrik lainnya seperti transformator dan saklar atau pemutus daya.
Susunan UPS seperti terlihat pada blok diagram di teori umum, dimana transformator, saklar pemisah, dan unit unit elektronik pengatur dan pengendalinya tidak diperlihatkan dengan maksud hanya untuk menunjukkan bagian bagian terpenting saja.
I / P Filter
Voltage Booster
O / P Filter
Battery Fast Transfer Switch
Converter Module
2.2.1 RECTIFIER ( Penyearah )
Penyearah adalah unit elektronik yang mengubah arus bolak balik menjadi arus searah yang dipergunakan untuk mengisi battery dan sebagai input daya searah bagi inverter. Untuk maksud tersebut maka penyearah UPS harus berupa penyearah yang dapat diatur dan dikendalikan sehingga dapat memberikan tegangan pengeluaran yang tetap, meskipun beban ac pada inverter berubah, arus dc keluarannya dibatasi sampai Idc maksimum yang telah ditentukan dan arus pengisian ke battery juga dibatasi.
Untuk melakukan hal tersebut umumnya UPS mempergunakan thyristor ( SCR ) sebagai pengendali dan lazimnya untuk kapasitas < 1kVA mempergunakan penyearah satu phase, sedangkan pada kapasitas > 1 kVA mempergunakan penyearah tiga phase.
Pada UPS SOCOMEC IC pengendali penyulut thyristor penyearah adalah uA 145, IC ini dapat pula untuk mengatur penyearah satu phase.
Rangkaian penyearah thyristor yang dipergunakan pada UPS dibawah 1 kVA berupa penyearah gelombang penuh satu phase. Ada tiga macam penyearah gelombang penuh thyristor satu phase ; penyearah 2 ( dua ) thyristor, penyearah jembatan terkendali penuh dan penyearah jembatan terkendali separuh.
Induktor
Gambar 2.4Penyearah 2 thyristor
Gambar 2.5 Penyearah terkendali penuh
Gambar 2.6 Penyearah terkendali setengah
Catatan : Untuk menghaluskan atau meratakan penyearah dengan battery dipasang filter induktor / L yang bersifat menghalangi perubahan arus atau menghasilkan arus yang tertunda terhadap tegangan penyebabnya.
Pewaktu / timing pemberian pulsa penyulutan ditetapkan saat tegangan sinus sumber daya ac melalui / silang nol ( zero cross ) yang dinyatakan dengan sudut dan diberi nama sudut penyalaan / firing angle. Makin kecil sudut penyalaan / α berarti pulsa penyulutan makin maju mendekati silang nol, hal ini berarti memperbesar nilai rata rata tegangan atau arus keluarannya.
Unit kendali penyulutan penyearah thyristor mempunyai fungsi ; menerima tegangan masukan kendali VControl, menerima sinkronisasi berupa tegangan sinus dari sumber daya ac dan mendeteksi silang nol untuk menghasilkan tegangan ramp, membandingkan tegangan masukan kendali VControl
dengan tegangan ramp dan dihasilkan pulsa penyulutan pada saat ketinggian ramp menyamai VControl ( sudut penyulutan α makin kecil jika VControl makin besar ), memisahkan pulsa penyulutan dan menyalurkan keluar melalui dua keluaran.
Kedua pulsa penyulutan ini berbeda setengah periode 180 O pulsa pertama positive half cycle kedua negative half cycle.
Blok diagram unit kendali penyulut thyristor penyearah terlihat pada gambar dibawah ini, rangkaian flip flop tidak harus ada kegunaannya untuk menghentikan kegiatan pembangkitan pulsa penyulutan yaitu dengan memberikan masukan reset berupa tegangan arus tinggi ( sebesar VS+
).
Gambar 2.7 Blok diagram unit kendali penyulut thyristor penyearah
Cara kerja unit tersebut adalah sebagai berikut :
Detektor silang nol menerima tegangan sinus ( ac ) penyingkron dan menghasilkan pulsa setiap kali gelombang sinusnya melintasi penyilang nol ( sinyal c ), sehingga untuk setiap periode dihasilkan dua pulsa. Disamping itu dihasilkan juga gelombang kotak yang saling berkaitan sebagai input gerbang pemisah pulsa penyulutan ( sinyal a dan b ). Pulsa keluaran detektor silang nol digunakan untuk mereset gelombang pembangkit ramp turun.
Mono stable multi vibrator adalah suatu rangkaian yang bekerja bila ditriger dan akan menghasilkan pulsa yang lebarnya tertentu ( ditentukan dari nilai RC yang dipergunakan ).
DETEKTOR SILANG
NOL
Pembangkit Ramp Turun
Flip flop
Mono stable multi vibrator
Ger- bang
Ger- bang +
_
Comparator
Stop firing
Tegangan kendali
VC
Tegangan ac pe- nyingkron
Pulsa firing positif
Pulsa firing negatif
VS+
VS-
a b
c d e
f
g
h
i
0 180 360 a
b
c
d
e = f
g
h
Tegangan ac penyingkron
Pemicu/triger mono stable multi vibrator terjadi saat sinyal d memotong VC . Dengan mengunakan gerbang pulsa tersebut dipisah menjadi dua yaitu penyulut untuk periode positif dan periode negatif.
Pada rangkaian penyearah thyristor 3 ( tiga ) phase pulsa penyalaan bagi setiap thyristor terdiri dari dua pulsa yang berurutan dan berjarak α ( O listrik ), pulsa bagian depan disebut pulsa penyalaan dan pulsa bagian belakang disebut pulsa konfirmasi. Pulsa konfimasi dimaksudkan untuk mempertahankan thyristor nomor urut n tetap menghantar saat thyristor nomor urut n + 1 disulut. Sebagai contoh thyristor T1 mendapat pulsa konfirmasi saat thyristor T2 disulut, T2 mendapat pulsa konfirmasi saat thyristor T3 disulut dan seterusnya.
Hal ini diperlukan terutama untuk sudut penyalaan α yang besar, pada α besar thyristor nomor urut n akan bertegangan sangat rendah saat thyristor nomor urut n + 1 disulut. Hal ini dapat mengakibatkan thyristor nomor urut n padam bila tidak mendapat pulsa konfirmasi yang bersifat menyulut kembali.
Gambar 2.9 Sinyal jembatan penyearah thyristor 3 phase terkendali penuh
2.2.2 INVERTER
Inverter adalah perangkat elektronik daya yang mengubah daya dc α 360
T1 on T1 on
T2 on
T3 on T5 on
T4 on
120 T6 on
R T S
T2 on T6 on
R
T S
Inverter 1 phase merupakan inverter jembatan thyristor yang secara garis besar terdiri dari ; jembatan thyristor 4 sel, sebuah filter, elektronik pengendali dan pengatur ( control and regulation electronic ). Karena masing masing inverter mempunyai pengatur sendiri, maka sudut phase vektor tegangan antara phase yang satu terhadap yang lain selalu tetap berapapun besarnya beban bagi masing masing phase.
OUTPUT
D1' T1 T1' D T3' T3 D3'
D2'
A D1
D2
C L L C
Cs Ls
B D3
Cp D4
T2 T2' D T4' T4
C L L C
D4'
Gambar 2.10 Rangkaian jembatan inverter 1 phase
T1, T2, T3, T4 : Thyristor utama.
D1, D2, D3, D4 : Diode untuk rangkaian penyalur ( boosting circuit ).
T1’, T2’, T3’, T4’ : Thyristor untuk rangkaian pemadam.
D1’, D2’, D3’, D4’ : Untuk pengosongan kapasitor C.
D : Dioda untuk rangkaian isolasi pembalikan polaritas kondensator pemadam.
Prinsip kerja dari rangkaian jembatan inverter 1 phase : A. Keadaan sebelum Fase 1
Kondensator C di isi oleh thyristor T1’ sehingga bertegangan positif gambar A, pengisian C akan berhenti pada saat T1 disulut. Bersamaan dengan menghantarnya T1 kapasitor C akan discharge lewat L dan D.
Dengan adanya L, maka arus pengosongan akan berlangsung terus meskipun tegangan C telah kosong sehingga terjadi pembalikan polaritas tegangan pada C.
| |
T1 T1’
off
_ C +
| |
T1
ON
| |
+ _ _ +
B. Fase 1 : Pemberian tegangan dari battery kepada filter AB
Pemberian tegangan positif kepada filter AB dilaksanakan oleh dua thyristor yang berseberangan ( thyristor diagonal ) yaitu T1 dan T4. Selama phase 1 ini atau T1 dan T2 menghantar, arah arus pada filter AB adalah seperti terlihat pada gambar dibawah. Perlu diingat bahwa dalam phase 1 ini kondensator C bertegangan negatif.
Gambar 2.12 Pemberian tegangan dari battery kepada filter AB
C. Fase 2 : Pemadaman Thyristor T1
Pemadaman thyristor T1 yang berarti penghentian pemberian tegangan positif dari battery dilaksanakan dengan penyalaan thyristor T1’ maka kondensator C yang bertegangan negatif terhubung ke anoda T1 sehingga arus dari battery disimpangkan ke C dan tidak lagi mengalir melalui T1.
| |
+
-
| |
| |
Output
A B
Cs Ls
+ Ub
- Ub T4
T1
Karena T1 tidak dialiri arus maka menjadi padam selama T1’ menghantar, arus pengosongan C yang bertegangan negatif melalui D1, D2, D1’, dan T1’
seperti gambar dibawah. Pada saat ini arah arus pada filter AB masih dari A ke B, meskipun T1 telah tidak menghantar.
+ -
Gambar 2.13 Pemadaman Thyristor T1
D. Fase 3 : Pemanfaatan kembali daya yang tersimpan pada Cs
Dalam keadaan T1 tidak menghantar dan kondensator Cs telah berisi tegangan dengan polaritas seperti gambar diatas, maka arus pada filter AB yang
T4
| |
| |
| |
T1’
ON T1
OFF
Ls Cs
Saat arus melalui nol, thyristor T4 padam secara alami sehingga setelah terjadi pembalikan arus karena osilasi, arus pelucutan ( pengosongan ) kondensator Cs melalui D2, T2, D4’ dan D3.
Dalam fase 3 ini juga, dengan menghantarnya T2 maka C2 yang pernah diisi tegangan positif lewat T2’ akan dikosongkan lewat T2 ( gambar C ) dan berisolasi melalui L2, D dan T2 sehingga terjadi pembalikan tegangan pada C.
Gambar 2.14 Pemanfaatan kembali daya yang tersimpan pada Cs (Gambar A)
Gambar 2.15 Pemanfaatan kembali daya yang tersimpan pada Cs (Gambar B )
t
i
ABSaat T1 diputus arus mulai berkurang
Saat arus melewati nol, T2 dinyalakan untuk menyalurkan arus yang akan membalikan arah
Arus membalik arah akibat osilasi
Fase 4 Fase 3
| |
| |
T1 OFF
A
B
T4 Padam secara alami T2
ON
Gambar 2.16 Pemanfaatan kembali daya yang tersimpan pada Cs (Gambar C)
E. Fase 4 : Pemanfaatan kembali daya pada Cs dan Ls yang kedua
Dalam fase ini T2 telah menghantar, meskipun T4 telah padam secara alami pada fase 3, pada fase 4 ini T4 dipastikan lagi pemadamannya dengan menyalakan thyristor pemadaman T4’. Untuk meyakinkan T2 tetap menghantar, maka pulsa penyalaan T2 yang terjadi pada fase 3 tetap dipertahankan lebarnya selama fase 4 ini berlangsung.
Akibat penyalaan T4’ adalah pengisian C sehingga arus pada filter AB yang negatif sebagian dialirkan menuju C yang mengakibatkan terjadinya lekukan pada bentuk gelombang arus filter AB dibagian negatif.
| |
| | | |
_ + T2
OFF T2’
ON
_ + _ +
D2 D2 D2
T2 ON
D T2 D
Saat pengisian C2 Saat pengosongan C2 Akibat osilasi maka terjadi
pembalikan polaritas tegangan pada C2
Gambar 2.17 Pemanfaatan kembali daya pada Cs dan Ls yang kedua
F. Fase 5 : Pemberian tegangan negatif dari battery kepada filter AB
Pada fase ini, T3 dinyalakan sehingga bersama sama dengan T2 yang pernah dinyalakan sebelumnya memungkinkan pemberian tegangan – Ub kepada filter AB oleh thyristor pasangan diagonal T3 – T2 ini. Terlihat bahwa penyalaan T3 dilakukan serentak dengan penyalaan T4’ dan T1 untuk pengisian C ( arus yang terjadi terlihat seperti gambar dibawah ).
Penyalaan T3 juga mengakibatkan pengosongan tegangan C yang karena adanya osilasi oleh C dan L berakibat pembalikan polaritas tegangan pada C.
| |
| |
| |
D2 D4
T4 D3
D4’
T4’
T2
Gambar 2.18 Pemberian tegangan negatif dari battery kepada filter AB
G. Fase 6, 7, 8 dan 9
Fase 6, 7, 8 dan 9 serupa dengan fase 2, 3, 4 dan 5 hanya berbeda pada simetris diagonal. Sebagai catatan ; bahwa sebelum pertama kali menyalakan jembatan inverter, pulsa pulsa penyalaan diberikan kepada thyristor thyristor pemadam untuk mengisi kapasitor pemadam C.
| |
| |
| |
| |
| |
+
+ _ _ + _
T1’
ON
T3 ON
D1
D2
D3
D4 T4’
ON T2
ON
D
2.2.3. BATTERY
Battery adalah perangkat / alat sumber tenaga yang dapat menghasilkan tenaga / energi berdasarkan reaksi kimia. Dari jenisnya battery terbagi dalam 2 ( dua ) yaitu ; battery primer dan battery sekunder.
Battery primer adalah perangkat sumber tenaga yang cara kerjanya mengubah energi kimia menjadi listrik semata mata digunakan hanya sekali hingga habis kemampuannya, contohnya battery sel kering. Dan battery sekunder adalah perangkat sumber tenaga yang cara kerjanya mengubah energi kimia menjadi listrik ( reaksi primer ) dan dapat pula mengubah energi listrik menjadi kimia dengan kata lain dapat menyimpan energi listrik ( reaksi sekunder ), serta lazim disebut accumulator atau disingkat menjadi accu / aki.
Battery sekunder sebelum memberikan energi listrik ( proses discharge ) terlebih dahulu harus diisi ( charging ), yaitu dengan cara menghubungkannya dengan catu daya searah. Jenis battery sekunder ada 2 ( dua ) yaitu ; battery asam / battery timbal ( load acid ) dan battery basa / alkali ( nickel cadmium / NiCad ).
Dan berdasarkan wujud elektrolit terdiri dari battery basah dan battery kering.
Susunan utama dari battery terdiri dari ; plat positif ( anoda ), plat negatif ( katoda ), elektrolit, separator ( pemisah ), wadah.
a. Battery load acid / battery timbal
Susunan utama battery adalah sebagai berikut ; kutup positif terdiri dari peroxida timbal ( P6O2 ), kutup negatif terdiri dari timbal murni ( P6 ) dan elektrolitnya terdiri dari larutan asam belerang ( H2SO4 ) + air murni ( H2O ), dengan reaksi kimia sebagai berikut :
P6O2 + 2 H2SO4 + P6 ⇒ 2P6 SO4 + 2 H2O ( reaksi discharging ) 2P6O4 + 2 H2O ⇒ P6O2 + P6 + 2 H2SO4 ( reaksi charging )
Keuntungan dari battery lead acid adalah ; harganya relatif murah, tegangan nominal per cell 2 Volt, biaya perawatan relatif murah, ukuran dan berat lebih kecil.
Kerugian dari battery lead acid adalah ; umur lebih pendek, terpengaruh terhadap temperatur operasi, tidak tahan terhadap proses charging dan discharging yang berlebihan, tidak tahan terhadap arus hubung singkat, dan zat elektrolitnya bersifat merusak bahan aktif ( anoda / katoda ) yakni akan menimbulkan sulfat.
b. Battery alkali / NiCad
Susunan utama battery adalah sebagai berikut ; kutup positif terdiri dari hidroksida nikel / Ni(OH)3, kutup negatif terdiri dari oxida cadmium ( Cd) dan elektrolitnya terdiri dari larutan basa yaitu potasium hidroksida ( KOH ) + air
Keuntungan dari battery alkali / NiCad adalah ; tahan terhadap goncangan, tahan terhadap charging dan discharging berlebihan, tahan terhadap hubung singkat, tahan terhadap kesalahan charging ( polaritas terbalik ), umur panjang.
Kerugian dari battery alkali / NiCad adalah ; harga mahal, 4 buah battery harga terdiri dari 1 set, tagangan nominal hanya 1,2 volt, memerlukan ruang penyimpanan yang lebih luas.
2.2.3.1 Parameter parameter pada battery.
1. Kapasitas adalah ukuran kemempuan battery dalam menyimpan muatan listrik, satuannya adalah ampere - hour (Ah). Kapasitasnya bervariasi dengan laju pemakaian/pengeluaran, temperatur, umur dari batere.
2. Kapasitas battery diukur dalam amper - hour yang dikeluarkan sampai battery kosong. kapasitas dapat dinyatakan dalam berbagai laju nominal, laju pemakaian nominal yang umum adalah 8, 20 atau 100 jam. Waktu pengeluaran yang lambat atau laju pengeluaran yang besar dapat menghasilkan kapasitas tersedia yang lebih besar (dibanding laju pengeluaran yang kecil) sebelum tegangan akhir dicapai. Penentuan kapasitas didasarkan pada rata-rata waktu pengeluaran
3. Kapasitas nominal standar diukur pada 25oC. temperatur yang lebih rendah akan menyebabkan kapasitas lebih kecil.
4. Tingkat keadaan muatan (State of Charge), adalah ukuran dari beberapa banyak total kapasitas yang masih tersedia. SOC dinyatakan sebagai suatu
Contoh batere 100 AH :
- 85 % SOC = Masih tersedia 85 % Ah dalam batere - 25% SOC = Masih tersedia 25 Ah dalam batere
5. Tegangan nominal battery adalah tegangan yang diukur pada terminal battery dalam keadaan tanpa beban.
6. Berat jenis / specify gravity adalah besaran berat jenis cairan elektrolit ( pada battery basah ).
7. Tahanan battery adalah nilai tahanan battery yang didapatkan pada saat pengetesan berbeban dengan menaikan besar tegangan dan arus battery secara berkesinambungan.
8. Impedansi battery adalah nilai yang diperoleh dari pemberian pulsa pulsa arus yang berfrekwensi ac pada kutup battery sehingga pada battery tegangan ac drop yang akan memberikan hasil nilai empedance sebagai perbandingan arus dan tegangan.
9. Konduktansi battery diperoleh dengan memberikan tegangan dengan frekwensi tertentu pada battery dan melihat arus ac keluar
2.2.3.2 Perhitungan Batere
Depth of discharge mempengaruhi umur. Batere siklus dalam dirancang untuk beroperasi pada 80% DOD harian. Batere siklus dangkal dirancang untuk beroperasi hanya pada 15% DOD harian. Pada proses siklus terjadi pengembangan dan pengerutan komponen aktif plat elektroda, proses mekanik ini akan menyebabkan kerusakan plat. Proses yang berulang-ulang ini memperlemah ikatan plat.
Setiap sel dalam batere menghasilkan tegangan di antara anode dan katode sebesar 2 V, sehingga untuk menghasilkan tegangan 12 V dibutuhkan 6 buah sel batere yang dihubungkan secara seri.
Besarnya energi yang dapat dikeluarkan oleh batere disebut “kapasitas batere” atau banyaknya arus yang dapat dilepaskan (discharge currents) dari pengisian (charge rate) yang tertentu pula. Kapasitas batere diukur dalam satuan ampere – hour (Ah).
Perhitungan kapasitasa batere persamaan :
volt D
O D
energi menyimpan untuk
hari Jumlah Wj
beban energi Kebutuhan
volt pada AH dibutuhkan yang
Batere Kapasitas
6 . . ) (
) 6 (
×
= × (2-1)
Catatan :
- D.O.D adalah singkatan dari “Depth Of Discharge” dalam penentuan kapasitas batere, umumnya diambil D.O.D = 0,8 yaitu yang merupakan kapasitas minimum yang boleh dikeluarkan (di – discharge).
Jumlah batere =
baterai Tegangan
input Tegangan
(2-2)
Jumlah cabang =
baterai Kapasitas
beban Kapasitas
(2-3)
Batere yang dibutuhkan :
Jumlah cabang x banyaknya batere per cabang (2- 4)
2.3 Penghantar
Penghantar (kabel) berfungsi untuk menyalurkan atau mengalirkan energi listrik dari satu titik supply ke titik beban. Penghantar yang digunakan dalam penginstalasian ini adalah kawat yang terbuat dari tembaga dan diisolasi yang disebut kabel.
Dalam sistem pengkabelan (wiring sistem) rugi daya dan tegangan jatuh (voltage drop) sebaiknya diminimumkan dengan :
- menyesuaikan kapasitas kabel untuk kompensasi temperature - membuat pengkabelan yang pendek-pendek
- menyesuaikan diameter kabel terhadap arus yang mengalir
- menyesuaikan panjang kabel untuk meminimumkan tegangan jatuh
Kemudian gunakan pelindung kabel yang sesuai, conduit, atau di tanam
Komponen kabel penghantar diantaranya adalah :
- Konduktor adalah logam yang mempunyai sifat sebagai penghantar arus listrik yang baik (Tembaga, Aluminium).
- Isolasi adalah pengaman konduktor dari panas, sinar Matahari, serangga, dan lain-lain.
- Pelindung kabel (conduit) adalah logam atau plastik yang berfungsi sebagai pengaman tambahan kabel penghantar.
Problem umum kabel penghantar
- Gangguan hubung singkat pada titik sambungan listrik dalam kotak pengaman akibat air, srangga, dll.
- Kegagalan isolasi kabel.
- Panas yang berlebihan.
- Kerusakan akibat korosi (karat).
Pemilihan kabel penghantar
Pemilihan kabel penghantar berdasarkan atas pertimbangan sebagai berikut : - Drop tegangan : perbedaan antara tegangan sisi pengirim (sumber) dengan
tegangan sisi penerima (beban), umum dinyatakan dalam %.
- Tipe isolasi : outdoor, indoor.
- Kemampuan hantar arus : ukuran penampang konduktor, jenis dan bahan konduktor.
Tabel 2.1 Luas penampang konduktor dengan kapasitas arusnya dan faktor kehilangan tegangannya.
Penampang
Konduktor (mm2) Kapasitas Arus (amp) Faktor Kehilangan Tegangan (Volt/amp/m)
2,5 32 0,002823
4 42 0,001775
6 54 0,001117
10 73 0,0007023
16 98 0,0004416
25 129 0,0002778
35 158 0,0001747
50 198 0,0001385
70 245 0,0001099
95 292 0,0000871
120 344 0,0000691
150 391 0,0000548
Tegangan jatuh dapat dihitung dengan persamaan :
Tegangan Jatuh = Arus x Panjang Kabel x Faktor Kehilangan Tegangan (2-5)
Drop tegangan (tegangan jatuh) : - Sifat resistif (tahanan) konduktor
- Standar drop tegangan maksimum adalah 3% - 5%.
- Faktor yang mempengaruhi besarnya drop tegangan : 1. Panjang kabel (meter)
2. Jenis material konduktor kabel 3. Ukuran penampang konduktor (mm2).
Perhitungan drop tegangan Rumus umum :
Dimana :
ΔV : Drop tegangan (Volt) ρ : Tahanan jenis konduktor
L : Panjang kabel positif dan negatif (Meter) I : Arus nominal (Ampere)
A : Ukuran penampang konduktor (mm2)
Tabel 2.2 Panjang Kabel Maksimum Beban – Kontrol Panel
Panjang Maksimum Kabel dari Trafo Distribusi ke UPS atau Baterai Sesuai Penampang Konduktor dan Arus yang Mengalir (untuk : konduktor tembaga;
tegangan jatuh 3% dan tegangan batere 24 V)
Arus (Amp)
Wire Diameter 1 mm2 2,5
mm2 4 mm2 6 mm2 10 mm2 16 mm2 25 mm2
1 16 40 64 96 160 256 400
2 8 20 32 48 80 128 200
3 5,3 13,3 21,3 32 53,3 85,3 133,3 4 4 10 16 24 40 64 100 5 X 8 12,8 19,2 32 51,2 80
6 X 6,7 10,7 16 26,7 42,7 66,7
7 X 5,7 9,1 13,7 22,9 36,6 57,1
8 X 5 8 12 20 32 50
9 X 4,4 7,1 10,7 17,7 28,4 44,4
10 X X 6,4 9,6 16 25,6 40
Pengaruh tegangan jatuh pada output modul PV :
- Mengecilkan diameter kabel berarti memperbesar tahanan.
- Tegangan pada ujung kabel menjadi berkurang.
- Akibatnya arus output mengecil.
Isolasi Kabel :
- Kualitas isolasi kabel dipengaruhi oleh : temperatur, kelembaban, karat, sinar Matahari langsung (UV).
- Kondisi instalasi : kabel udara, kabel tanah, pengaman kabel (conduit), kabel dalam ruangan.
- Pemilihan jenis isolasi kabel harus disesuaikan dengan penggunaannya.
Jenis Kabel Penghantar
- Standar kabel yang digunakan adalah kabel tembaga tipe serabut dan fleksibel yaitu type : NYMHY
Standar Kode Warna
- Putih : Kabel pentanahan sistem
- Hijau/Hijau – Kuning : Kabel pentanahan peralatan - Merah : Kabel positif tanpa ditanahkan.
- Hitam : Kabel negatif tanpa ditanahkan
Pelindung Kabel (Conduit)
- Berfungsi untuk melindungi kabel-kabel dari gangguan yang mungkin timbul akibat rembesan air hujan, debu, panas yang berlebihan dan lain-lain.
- Ukuran conduit tergantung ukuran dan jumlah konduktor kabel penghantar yang akan dilindungi.
Sambungan Hubungan Kabel
- Semua titik sambungan hubungan kabel dan saklar berada dalam kotak hubung (junction box).
- Sambungan hubungan kabel di pasang dengan menggunakan terminal strip atau screw connectors tanpa crimping atau soldering.
- KHA terminal /penghubung harus lebih besar dari arus pada rangkaian tersebut.
Dalam UPS ini pengaman yang digunakan adalah pengaman arus lebih.
Pengaman arus lebih ini mempunyai fungsi untuk mengurangi efek lanjutan yang mungkin dapat terjadi pada komponen sistem, sebagai akibat gangguan arus lebih (beban lebih, hubung singkat).
Gambar 2.19 Pemutus rangkaian (Circuit Breaker = CB)
Gambar 2.20 Pengaman Lebur ( Fuse = Sekring)
Jenis pengaman arus lebih yang digunakan adalah : - Pemutus Rangkaian (Circuit Breaker = CB)
Berfungsi memutuskan hubungan pada suatu rangkaian listrik jika dialiri arus yang berlebihan.
- Pengaman Lebur (Fuse = Sekring)
Terdiri dari kawat atau metal strap yang dapat berpijar dan memutuskan rangkaian jika dialiri arus berlebihan. Pemutusan rangkaian listrik disebabkan oleh pembebanan yang berlebihan atau gangguan hubung singkat.
BAB III
SISTEM PENGOPERASIAN UPS
3.1 Konsep Dasar Penggunaan
Penggunaan UPS tidaklah menjadi suatu keharusan, namun yang menjadi acuan penentuan penggunaan UPS adalah terganggu atau tidaknya peralatan listrik ketika terjadi gangguan suplai tenaga listrik yang terjadinya tidak dapat di predikasikan. Selain itu dasar pertimbangan yang lain adalah berapa besar kapasitas UPS yang akan digunakan. Untuk pertimbangan yang kedua ini sebagai pengguna peralatan listrik harus dapat mengetahui peralatan listrik mana saja yang terganggu karena gangguan listrik dan jumlah daya yang dibutuhkan oleh peralatan listrik tersebut.
Pertimbangan kedua merupakan pertimbangan yang sedikit menjadi masalah bagi orang yang awam terhadap dunia elektronika. Pemilihan kapasitas yang terlalu kecil terhadap kebutuhan daya yang harus disuplai pada saat terjadi gangguan tenaga listrik dapat berakibat pendeknya waktu pelayanan UPS. Tetapi pemilihan kapasitas UPS yang terlalu besar tentunya tidak efektif jika biaya juga menjadi dasar pertimbangan penggunaan UPS.
Penggunaan UPS penting atau harus diaplikasi pada suatu kondisi :
1. Ketika gangguan suplai tenga listrik menyebabkan bahaya pada kehidupan dan kepemilikan seperti pada rumah sakit pada bagian intesive care unit – nya, monitor keamanan industrial, proses sistem kontrol, dan sistem alarm.
2. Ketika gangguan listrik ini menyebabkan kerugian waktu, kerugian biaya . 3. Ketika gangguan listrik ini dapat menyebabkan gangguan atau kerusakan
data pada jaringan komputer, jaringan ATM, atau data-data militer yang sangat penting dan rahasia.
3.2 Cara Kerja UPS
1. Sumber tenaga listrik utama dalam keadaan normal
Sumber tenaga listrik dari genset disearahkan oleh rectifier dari tegangan AC menjadi tegangan DC, disamping untuk charger baterai juga diubah lagi menjadi tegangan AC oleh inverter.
2. Genset dalam keadaan off (otonomi baterai)
Pada saat genset mengalamai gangguan, baterai inilah yang bekerja dengan tegangan yang telah disimpan tadi. Tegangan DC baterai diubah oleh inverter menjadi tegangan AC, setelah itu baru disalurkan kebeban.
3. Baterai dalam keadaan off
Pada saat baterai tidak bekerja, maka static by pass akan langsung bekerja secara otomatis, jadi beban dicatu langsung oleh catu utama.
4. Manual Switch (manual by pass)
Manual switch berfungsi apabila ada perawatan. Pada saat perawatan, beban
Rectifier Inverter
Baterai
Supplai Load
Gambar 3.1 Diagram Blok UPS
3.3 Prinsip Kerja UPS
UPS adalah suatu sistem yang dapat mengubah tegangan AC – DC – AC . Tahapan perubahan AC – DC melewati tiga langkah. Pada langkah pertama, input suplai tegangan AC diubah manjadi DC oleh rectifier utama. Langkah kedua, pengubah resonansi mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC befrekuensi tinggi. Dan pada langkah ketiga rectifier mengubah tegangan AC berfrekuensi tinggi menjadi DC bertegangan tinggi.
Sebuah baterai digunakan sebagai input suplai cadangan ketika input yang menuju rectifier mengalami gangguan, dimana proses pengisian baterai dilakukan oleh pengubah resonansi (resonansi konverter).
Bypass Suplay Input Supplay
Bypass Line
Static Switch Rectifier
Inverter Battery
Load
3.4 Sistem Pengoperasian UPS dalam barbagai keadaan
3.4.1 Kerja Sistem dalam Keadaan Normal
Selama keadaan normal, sumber tenaga listrik dari PLN disearahkan oleh rectifier dari tegangan AC menjadi tegangan DC dengan mempertahankan floating baterai, setelah itu tegangan masuk ke inverter untuk di ubah menjadi tegangan AC. Dari inverter barulah tegangan disalurkan ke beban-beban.
Maintenance Bypass line Main Switch
Bypass Suplay
Input Supplay
Rectifier Resonat Inverter
Battery Static Switch
Output to Load Converter
Gambar 3.3 Kerja sistem dalam keadaan normal
3.4.2. Sistem Operasi Selama Terjadinya Gangguan
Jika sumber input AC ke UPS mengalami gangguan, rectifier akan berhenti memberikan suplai daya ke inverter dan secara otomatis baterai akan memberi suplai daya ke inverter menuju beban – beban melewati SCR.
Selama periode beban mendapat suplai dari baterai pada saat terjadinya gangguan, suplai daya bergantung pada kapasitas baterai dan persentasi dari standar beban-beban yang mendapat suplai.
Selama baterai terisi penuh, daya pada sistem operasi Ups bergantung dari suplai secara langsung yang diperoleh dari sumber yang sama sebagai input utama ( common bypass ) atau dari sumber tersendiri/ terpisah ( Split bypass ).
Maintenance Bypass line Main Switch
Bypass Suplay
Input Supplay
Rectifier Resonat Inverter
Battery Static Switch
Output to Load Converter
SCR
3.5 Penchargeran UPS
Charger atau rectifier ini dibuat untuk mensuplai peralatan sensitif dengan sumber DC pada tegangan konstan yang tidak terganggu, bebas dari gangguan – gangguan jaringan power yang biasa mensuplai beban ( noise, fluktuasi, gangguan jaringan, dsb ). Rectifier biasanya mencharger baterai untuk menjaga agar baterai berada dalam kapasitas penuh, selain itu juga menyediakan suplai tenaga DC utnuk beban. Apabila ada kegagalan suplai tenaga AC, baterai tetap mensuplai tenaga DC pada beban.
3.5.1 Memahami Operasi Dasar Rectifier
Charger baterai standar terisolasi dari suplai tenaga AC 3 fasa melalaui transformer isolasi.
Jembatan thyristor yang dapat di kontrol digunakan untuk menyearahkan tegangan AC ke DC, yang kemudian tegangan DC ini di filter oleh sirkuit filter DC, yang terdiri dari induktor dan kapasitor elektrolytik. Tegangan keluaran DC selalu dijaga level yang konstan tanpa melihat fluktuasi tegangan dan perubahan beban dan arus output dibatasi untuk menghindari over load yang di kontrol oleh papan sirkuit kontrol.
Tegangan tembus dihilangkan oleh arester surja tegangan yang dipasang sepanjang sisi primer dari input transformer.
Pada keadaan normal, charger baterai digunakan untuk mengisi baterai dan mesuplai tergangan DC yang dibutuhkan pada beban. Pada kondisi ini arus yang sangat lemah dibutuhkan untuk menjaga baterai dalam kapasitas penuh, selama arus output DC total tidak melebihi batas keluaran dari rectifier, tegangan output DC diatur pada tingkat yang konstan.
Operasi yagn tidak normal apabila arus untuk beban lebih besar daripada nilai batas arus rectifier yang di tentukan, charger baterai dilindungi dari kenaikan arus sampai pada batas arus operasinya, dimana tegangan akan jatuh, baterai akan mulai mendischarge muatannya dan menyediakan arus tambahan yang dibutuhkan beban. Apabila charger baterai berada pada posisi current limiting mode lebih dari 36 detik charger secara otomatis akan berubah ke Hi – Rate ( Boost) Charge.
3.5.2 Elemen Dasar yang Terdapat Pada Charger Baterai/ Rectifier Charger baterai standar / rectifier terdiri dari :
- Input transformer isolasi
- Jembatan thyristor 6 pulsa yang dapat di kontrol - Filter output DC
- Control dan papan sirkuit ISO – driver
3.5.3 Kegagalan Suplai AC dan Pengembalian Operasi
Apabila terjadi kegagalan suplai AC, baterai akan memberikan suplai DC pada beban dalam jangka waktu yang terlebih dahulu sudah ditentukan.
Ketika supali AC sudah kembali normal charger secara otomatis akan kembali kekondisi Hi – Rate ( Boost ) charger. Hal ini dilakukan untuk mempercepat waktu pengisian dari baterai - baterai yang sudah terdischarge atau terpakai sekaligus juga untuk mendapatkan kembali kapasitasnya yag tadi penuh.
Sebelum proses pengisiannya selesai charge secara otomatis akan kembali kondisi float ( trickle ) charge mode. Karena proses pengisian sepenuhnya adalah otomatis, maka tidak diperlukan campur tangan manusia untuk secara terus menerus menjaga kestabilan supali DC pada beban.
3.5.4 Pengaturan Batasan Arus Rectifier
Arus keluaran rectifier dilindungi oleh setting batasan arus potensiometer P7. Nilainya dibatasi untuk menghindari overload.
Untuk melakukan penyesuaian ini, beban melebihi dari batas arus rectifier di hubungkan pada sisi beban dari peralatan. Secara berlahan – lahan tingkatkan beban sampai arus rectifier meningkat sampai batas yang di tentukan. Kemudian secara berlahan – lahan putar potensiometer batasan arus sampai tegangan rectifier turun.
Catatan : Pengatur dari kedua potensiometer ini lebih baik dilakukan tanpa baterai terhubung. Mengacu pada laporan pengujian pabrik untuk nilai batasan arus untuk disesuaikan
3.5.5 Ketidakseimbangan Fasa.
Ketika terjadi ketidakseimbangan fasa output dari rangkaian rectifier akan mengandung tegangan ripple atau riak 50 hz yang sebanding dengan tingkat ketidakseimbangan. Rangkaian pengukur ripple akan trip sebagai akibat dari ripple 50Hz ini dan output rectifier akan kembali nol setelah beberapa saat.
Penyesuaian pada fasa yang tidak seimbang dilakukan dengan potensiometer P1 dan P2. Setingan standar membolehkan ketidakseimbangan maksimum terbesar 20 % antara fasa paling jauh.
3.5.6 Filter Output DC
Elemen – elemen yang penting dirancang dan diletakkan pada baterai charge UNIGI. Fungsi dari filter adalah untuk mengurangi ripple atau riak arus dan untuk menghasilkan tegangan output DC yang bersih. Proses penyaringan ini memperpanjang usia baterai dan memungkinkan charge baterai untuk beroperasi tanpa terhubung dengan baterai.
Filter DC standar dibuat dari induktor DC dan kapasitor electrolytic sama seperti jaringan filetr LC, dan untuk mengurangi ripple atau riak tegangan output sampai kurang dari 5 % dari tegangan DC nominalnya tanpa menghubungkan baterai ( umumnya dengan 1 % baterai terhubung ).
Ini biasanya digunakan untuk mengurangi tingkat noise yagn dibutuhkan untuk peralatan elektronik yang sensitif, filter juga dirancang untuk memenuhi kebutuhan ripple atau riak dari spesifikasi telecom 876 tupe 3.
3.5.7 Cara Merawat Charger atau Rectifier
Sebagai peraturan umum charger atau rectifier harus selalu dirawat sebagai berikut :
- Check apakah saluran masuk atau keluar untuk udara terganggu.
- Bersihkan debu – debu dari komponen internal, terutama heat sinks dan fan menggunakan sikat dan fakum cleaner.
- Jika perlu keringkan komponennya dengan udara yang di pompa.
- Check komponen yang secara mekanik rusak, komponen yang kelebihan panas dan tanda – tanda korosi.
- Check hubungan kabel – kabelnya, kekencangannya, terminasinya dan posisi – posisi konektornya dan pastikan semua board dalam kondisi yang baik.
- Check kekencangan mekanikalnya dan pastikan semua komponennya dalam keadaan baik.
- Check apakah fan pendinginnya bersih dan dapat berputar dengan baik.
Setelah 3 tahun pemakaian, dianjurkan untuk mengganti fan – nya.
3.6 Sistem Proteksi UPS
Penyaluran tenaga listrik harus mempunyai kwalitas yang baik, seperti halnya pada pengamanan UPS dimana pengaman diharapkan handal dan kontinuitasnya harus terjamin. Untuk megusahakan memperkecil kemungkinan terjadinya gangguan dapat diusahakan dengan cara sebagai berikut :
- Membuat Isolasi yang baik utnuk semua peralatan.
- Membuat perencanaan yang baik untuk mengurangi pengaruh luar, dan mengurangi atau menghindarkan sebab – sebab gangguan mekanis, polusi, kontaminasi dsb.
- Pemasangan yang baik, yaitu pada saat pemasangan harus mengikuti peraturan – peraturan yang betul.
- Menghindari kemungkinan kesalahan operasi yaitu dengan membuat prosedur tata cara operational dan diadakan jadwal pemeliharaan yang rutin.
- Memisahkan bagian sistem yang terganggu secepatnya dengan memakai pengaman lebur atau relai pengaman dan pemutus beban dengan kapasitas pemutusan yangmemadai.
Walaupun langkah – langkah untuk mencegah terjadinya gangguan secara teknis dapat dilakukan, tetapi ada yang membatasinya, yaitu faktor ekonomi.
3.7 Trouble Shooting
Gejala pada circuit breaker AC dan DC ( atau skring) trip, ketika charger atau rectifier dinyalakan dan baterai dihubungkan, penyebabnya adalah :
- Hubungan baterai yang salah - Jembatab Thyristor tidak beroperasi - Kapasitor filter DC short circuit Solusinya :
- Periksalah sel – sel baterai apakah hubungan atau koneksinya sudah benar - Ganti semikonduktor yang rusak
- Ganti kapasitor yang rusak
Apabila gejalanya adalah tidak adanya output DC, penyebabnya adalah : - Breaker output DC dalam posisi off atau sekering putus
- Tegangan baterai melebihi seting tegangan output charger Solusinya ialah :
- Ganti sekering yang putus dan nyalakan breakernya
- Pada kondisi norma, biarkan baterainya discharge sampai tingkat tegangan yang sudah di setting
Apabila gejalanya ialah, tegangan output yang salah dan arus output charger pada mode batas arus, penyebabnya adalah :
- Chart control tidak beroperasi - Jembatan Thyristor tidak beroperasi - Beban arus melebihi arus keluaran charger
- Sel baterai rusak Solusinya adalah :
- Ganti card kontrolnya
- Ganti semi konduktor yang rusak
- Kapasitas charger berada di bawah aplikasi beban - Perbaiki sesuai kebutuhan
3.8 Sistem Pemeliharaan UPS
3.8.1.Dasar – Dasar Sistem Pemeliharaan 1. Pemeliharaan Preventif
Pemeliharaan preventif akan dapat mengurangi seringnya terjadi gangguan dan kemungkinan dilakukan perbaikan pada saat yang tepat.
2. Trouble Shooting Cepat
Mencari/menemukan dan membetulkan gangguan pada instalasi peralatan bandara dengan waktu yang sepadan
3. Ketepatan Catatan dan Laporan
Ketepatan catatan dan laporan merupakan sarana yang penting untuk melaksanakan sistem pemeliharaan secara fungsional dan efisien. Ketepatan catatan adalah termasuk gambar revisi, sebuah set lengkap gambar-gambar revisi
4. Petugas yang Terlatih
Petugas yang terlatih merupakan suatu persyaratan dasar dari sebuah sistem pemeliharaan yang baik. Program-program pelatihan hendaknya diadakan untuk meningkatkan pengetahuan para petugas pemeliharaan agar mereka dapat mengikuti perkembangan baru yang ada
5. Perkakas dan instrumen Perlu tersedia :
a. Perkakas dan instrumen yang portable dan stasioner untuk trouble shooting cepat dan reparasi peralatan fasilitas listrik.
b. Stok/persediaan suku cadang yang memadai termasuk cadangan unit lengkap untuk penggantian mendadak haruslah tersedia.
3.8.2 Prosedur Pemeriksaan Pemeliharaan Preventif 1. Sebelum Pemeliharaan
- Koordinasikan dengan unit terkait, bila akan mematikan UPS untuk pemeliharaan rutin.
- Periksa peralatan bekerja pada kondisi normal.
- Persiapkan peralatan untuk pemeliharaan sesuai anjuran buku manual yang dibutuhkan.
2. Pelaksanaan Pemeliharaan
Baca daftar pemeliharaan dari pabrikan dan lakukan pelaksanaan pemeliharaan sesuai dengan prosedur yang dianjurkan pabrikan di dalam buku manual.
Setelah pemeliharaan, periksa seluruh peralatan, apakah siap untuk dioperasikan dan periksa ulang antara lain :
• Kekencangan kabel penghubung.
• Kekencangan baut .
• Peralatan kerja yang mungkin tertinggal dalam panel.
• Yakinkan UPS bekerja NORMAL 3. Sebelum Meninggalkan Ruangan
a. Periksa kebersihan ruangan/ruangan baterai.
b. Mencatat di dalam log book.
1) Nama personil.
2) Jenis pekerjaan.
3) Waktu pekerjaan dilaksanakan.
c. Mematikan lampu ruangan.
d. Periksa kunci pintu ruangan.
3.8.3 Pemeriksaan dan Perawatan Preventif 1. Harian
Baca tegangan dan arus baterai pada panel pengisian (charger). Atur pengambangan (floating) tegangan jika menyimpang dari nilai tertentu.
2. Mingguan.
- Periksa apakah ada kebocoran, debu dan noda. Bersihkan baterai, jika ada yang bocor atau noda, sapu dengan lap basah. Jangan menggunakan bahan pelarut seperti thinner, gasoline, bensin atau alkohol untuk membersihkan baterai.
- Periksa system ventilasi dan operasi exhaust fan.
- Periksa kekencangan sambungan pada terminal-terminal dan hubungan kelistrikan (rile, kontaktor, connector, fastons dll.). Pastikan bersih dari debu.
3. Bulanan
- Periksa tegangan terminal baterai (pada bank baterai) dengan external DC voltmeter. Atur pengambangan (floating) tegangan, jika menyimpang dari nilai tertentu sesuaikan dengan buku manual pabrik.
- Periksa kebersihan baterai terhadap karat dan noda pada kotak baterai, terminal kabel, sambungan dll. Lakukan tindakan jika diperlukan.
- Bersihkan ruangan baterai, ukur dan catat temperatur ruangan.
4.Triwulan
- Periksa tegangan setiap cell pada floating charge dengan mengukur tegangan untuk setiap cell. Jika ada perbedaan ± 0,05 Volt atau lebih antara tegangan diukur dan floating charge pada cell, catat cell-cell lain yang menyimpang dari ini. Ukur lagi setelah pengisian merata (equalizing charge).
- Setelah 6 jam pengisian merata (equalizing charge)untuk baterai pada equalizing charge voltage 380 V. Periksa arus pengisiannya dan bandingkan dengan manual pabrik untuk nilai tertentu. Mengukur dan memonitor temperatur elektrisitas dari pilot cell seluruhnya, sampai pengisian merata dan jika temparatur melebihi batas dari ketentuan manual pabrik, lakukan penghentian sesaat.
5. Semi Tahunan
Periksa pengaturan voltmeter pada panel charger dengan DC voltmeter external (periksa terminal baterai pada panel charger). Bandingkan pembacaannya. Jika panel meter ini tidak betul, sesuaikan dengan DC voltmeter external.
6. Tahunan
- Periksa dan ukur specific gravity dan temperatur air baterai dari pilot cell pada floating charge.
- Periksa kelonggaran dan temperatur pada bagian sambungan.
3.8.4 Pemeliharaan dan Pencegahan
Setiap produk dan tipe yang berbeda, maka pemeliharaan pencegahan kemungkinan besar berbeda pula, klasifikasi pencegahannya :
- Laksanakan sistem pengoperasian UPS dengan membuat S.O.P
- Laksanakan sistem pemeliharaan UPS untuk pencegahan (Preventiv) terhadap kerusakan / failed.
BAB IV
ANNALISA TEKNIS DAN PERHITUNGAN
4.1 Kajian Teknis Kebutuhan Peralatan UPS pada PT. RCTI
Secara umum peralatan yang digunakan pada operasional PT. RCTI sudah mempergunakan teknologi informasi / IT, dimana rangkaian elektronikanya sudah mempergunakan modul modul yang terdiri dari beberapa lapisan / layer rangkaian elektronika, modul modul elektronika tersebut terdiri dari beberapa chip / microprocessor yang sangat riskan terhadap kerusakan yang disebabkan dengan kejutan sumber listrik atau sumber listrik yang tidak stabil.
Kerusakan yang terjadi pada modul modul peralatan tersebut jelas sangat mengganggu terhadap operasional peralatan dan memperpendek usia pakainya / life time, untuk itu stabilitas sumber catu daya listrik amat sangat dibutuhkan untuk menunjang operasi peralatan.
Untuk menunjang operasi sehari hari terhadap kebutuhan sumber catu daya
listrik diperoleh dari sumber catu daya listrik primer / PLN. Beragamnya beban yang
melewati jalur sumber listrik jelas sangat menggangu terhadap kualitas / mutu catu
Beragamnya beban dan pesatnya kemajuan teknologi elektronika menjadikan perubahan trend ketidak stabilan sumber listrik tidak hanya di pengaruhi oleh beban beban linier (motor motor listrik, lampu, alat pendingin, dll) tetapi sudah bergeser menjadi beban beban non linier, sehingga kestabilan tidak hanya berupa naik turunnya tegangan listrik atau terjadinya pemutusan / pemadaman listrik.
Kestabilan listrik yang saat ini menjadikan dasar sudah berubah menjadi mutu sumber daya listrik / power quality.
Masalah masalah yang ditemui dalam power quality antara lain adalah : 1. Masalah distorsi harmonik
Masalah ini timbul seiring dengan perkembangan teknologi elektronika yang diterapkan dalam peralatan modern. Akibat yang ditimbulkan adalah timbulnya komponen-komponen tegangan yang berada diluar frekwensi 50 hz (lebih dikenal dengan komponen harmonik), bila komponen tersebut diatas 5 % dari kondisi normal dapat dipastikan mengganggu peralatan dan pencemaran pada jaringan listrik.
2. Masalah transient tegangan
Transient merupakan masalah lama yang dapat timbul pada saat terjadinya
pelepasan/masuknya beban secara tiba-tiba. Transient adalah masalah power quality
yang sulit untuk diukur dan penyebab kerusakan peralatan elektronika modern.
3.Masalah noise
Merupakan gangguan klasik yang bentuknya seperti transient tetapi berenergi rendah dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat ( dibawah 1 milidetik)
4. Masalah sag dan swell
Masalah ini terjadi berkaitan dengan naik turunnya tegangan dan berlangsung dalam beberapa cycle, hal ini dapat merupakan ancaman untuk peralatan elektronika modern.
5. Masalah naik turunnya tegangan
Masalah ini terjadi karena stabilitas sumber catu daya listrik dan atau karena kapasitas jaringan, besarnya perubahan naik turun akan mempercepat kerusakan peralatan.
6. Masalah radio frequency inteference / RFI
