BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Generator Sinkron
Definisi generator sinkron, mempunyai makna bahwa rotor generator
sinkron yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan
menghasilkan medan magnet yang diputar dengan kecepatan yang sama dengan
kecepatan putar rotor. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran
rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet (medan putar) pada stator.
Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub
magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada
stator. Mesin sinkron tidak dapat start sendiri karena kutub-kutub yang berat dan
tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu saklar
terhubung dengan jala-jala oleh sebab itu diperlukan suatu alat bantu start (prime
mover) .Generator sinkron dibagi menjadi dua jenis, yaitu generator sinkron 1 fasa
dan generator sinkron 3 fasa [2].
Generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan
generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran
medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar
rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama
dengan medan putar pada stator. Mesin sinkron tidak dapat start sendiri karena
kutub-kutub tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu
sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator sinkron dapat berupa generator
Generator arus bolak – balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi
tenaga listrik arus bolak – balik. Generator arus bolak – balik sering disebut juga
sebagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron.
Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah
putaran medan magnet pada stator [3].
2.2Konstruksi Generator Sinkron
Pada generator sinkron, arus DC yang dipasang ke belitan rotor akan
menghasilkan medan magnet rotor. Kemudian rotor akan diputar dengan suatu
kecepatan tertentu oleh sebuah penggerak mula, memutarkan medan magnet
didalam mesin dan menginduksikan tegangan pada belitan stator.
Konstruksi generator sinkron sama dengan motor sinkron yaitu mesin
sinkron pada dasarnya generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi
energi listrik bolak-balik . Secara umum, konstruksi generator sinkron terdiri dari
stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan
rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris yang berkaitan. Selain
itu generator sinkron memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang
berfungsi sebagai tempat berputarnya rotor dan tempat terjadinya fluksi atau
Gambar 2.1Konstruksi Generator Sinkron
Pada konstruksi generator sinkron terdapat dua bagian utama, yaitu:
2.2.1 Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian
tegangan dihasilkan dan akan di induksikan ke stator. Generator sinkron
memiliki dua tipe rotor, yaitu :
1.) Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)
2.) Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)
Rotor terdiri dari beberapa komponen utama yaitu:
1. Slip Ring
Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor
tetapi dipisahkanoleh isolasi tertentu.Terminal kumparan rotor
dipasang ke slip ring inikemudian dihubungkan ke sumber arus
2. Sikat
Sebagian dari generator sinkron ada yang memiliki sikat ada juga
yang tidak memiliki sikat. Sikat pada generator sinkron berfungsi
sebagai saklar putar untuk mengalirkan arus DC ke-kumparan
medan pada rotor generator sinkron. Sikat terbuat dari bahan
karbon tertentu.
3. Kumparan Rotor (Kumparan Medan)
Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan
utama dalammenghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat
arus searah dari sumbereksitasi tertentu.
4. Poros Rotor
Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan,
dimana pada poros rotor tersebut telah dibentuk slot-slot secara
parallel terhadap poros rotor.
2.2.2 Stator
Stator (armature) adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat
untukmenerima induksi magnet dari rotor.Arus AC yang menuju ke beban
disalurkan melalui stator.Komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder
dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak.Armatur selalu diam
(tidak bergerak).Oleh karena itu, komponen ini juga disebut dengan
stator.Lilitan armatur generator dalam wye dan titik netral dihubungkan ke
tanah.
Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang
berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar.Dengan inti
ferromagnetik yang bagus berarti permeabilitas dan resistivitas dari bahan
tinggi.Gambar 2.3 berikut memperlihatkan alur stator tempat kumparan
jangkar.
Gambar 2.3 Inti Stator dan Alur pada Stator
Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu:
1. Rangka stator
Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga
2. Inti Stator
Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau
besimagnetic khusus terpasang ke rangka stator.
3. Alur (slot) dan Gigi
Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator.
Gambar 2.4 Bentuk-bentuk Alur
4. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan
inimerupakan tempat timbulnya ggl induksi.
2.3 Rangkaian Belitan Stator dan Rotor
2.3.1 Belitan Stator
Ada dua jenis belitan stator yang banyak digunakan untuk generator
sinkron 3 phasa, yaitu:
1. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
2. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
1. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
Gambar 2.6 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu sisi
lilitan di dalam masing - masing alur. Bila kumparan tiga phasa dimulai pada Sa,
Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu
hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan phasa dipisahkan sebesar 120
derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu siklus ggl penuh akan dihasilkan bila
rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus ggl penuh
menunjukkan 360 derajat listrik.
2. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada Gambar 2.6 hanya mempunyai
satu lilitan per kutub per phasa, akibatnya masing – masing kumparan hanya dua
lilitan secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar
yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing –
masing tegangan phasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar
dan jumlah total dari penghantar per phasa.
Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif
dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga
melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk
mengatasi masalah ini, generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi
dalam beberapa alur per kutub per phasa.
Pada masing masing alur ada dua sisi lilitan dan masing – masing lilitan
memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak ke dalam
alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak ada tegangan dalam
winding overhang.
2.3.2 Belitan Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian
tegangan dihasilkan dan akan diinduksikan ke stator. Generator sinkron memiliki
dua tipe rotor, yaitu :
1).Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)
2).Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)
Perbedaan utama antara keduanya adalah salient pole rotor digerakkan oleh
turbin uap berkecepatan tinggi. Sebagian besar turbin hidrolik harus berputar pada
kecepatan rendah (50 – 300 rpm). Salient pole rotor dihubungkan langsung ke
roda kincir dan frekuensi yang diinginkan 50 Hz. Jumlah kutub yang dibutuhkan
di rotor jenis ini sangat banyak. Sehingga dibutuhkan diameter yang besar untuk
memuat kutub yang sangat banyak tersebut. Cylindrical rotor lebih kecil dan
efisien daripada turbin kecepatan rendah. Untuk 2 kutub, frekuensi 50 Hz,
putarannya 3000 rpm. Untuk 4 kutub, putarannya 1500 rpm.
2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron
Adapun prinsip kerja dari suatu generator sinkron adalah:
1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber
eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan
medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan
maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.
2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera
dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.
3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang
dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor,
akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar
yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah
besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang
melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada
ujung-ujung kumparan tersebut.
Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang
kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada
ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama
lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk
menghasilkan energi listrik.
Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan
kecepatan putar generator.Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian
elekromagnet dengan suplai arus DC.Medan magnet rotor bergerak pada arah
putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin
dengan frekuensi elektrik pada stator dijelaskan pada Sub-bab 2.7 .
Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan
magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar
rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan
tetap pada frekuensi 50 Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada
kecepatan tetap dengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh
untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan
kecepatan 3600 rpm.Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub,
rotor harus berputar pada 1500 rpm.
2.5 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron
Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan
ini biasanya tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator.
Tegangan induksi sama dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada
arus jangkar yang mengalir pada mesin. Beberapa faktor yang menyebabkan
1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada
stator, disebut reaksi jangkar.
2. Induktansi sendiri kumparan jangkar.
3. Resistansi kumparan jangkar.
4. Efek permukaan rotor kutub sepatu.
Stator terdiri dari belitan-belitan. Suatu belitan konduktor akan terdiri dari
tahanan Ra dan induktansi Xla maka rangkaian ekivalen suatu generator sinkron
dapat dibuat seperti Gambar 2.5
Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron
Dengan melihat Gambar 2.5 maka dapat ditulis Persamaan tegangan generator
sinkron sebagai berikut :
Ea = V + jXarIa + jXlaIa + RaIa...(2.1)
Dan persamaan terminal generator sinkron dapat ditulis
V = Ea – jXarIa – jXlaIa – RaIa...(2.2)
Dengan menyatakan reaktansi reaksi jangkar dan reaktansi fluks bocor sebagai
reaktansi sinkron, atau Xa = Xar + Xla dapat dilihat pada Gambar 2.15 maka
persamaan menjadi :
Sehingga rangkaian ekivalen generator sinkron tiga fasa dapat digambarkan.
Gambar di bawah ini menunjukkan rangkaian penuh dari suatu generator sinkron
tiga fasa :
Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron 3 Fasa
Gambar di atas menunjukkan suatu sumber DC (VF) yang disuplai ke
rangkaian medan rotor (yang ditunjukkan oleh induktansi dan resistani yang
terhubung seri). Resistor (RF) dihubungkan secara seri dengan resitor yang dapat
2.6 Reaksi Jangkar Generator sinkron
Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir
pada kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada pada celah udara hanya fluksi
arus medan rotor. Namun, jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar Ia
akan mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian
mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan berubahnya harga
tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini kemudian dikenal reaksi jangkar.
Pengaruh yang ditimbulkan oleh fluksi jangkar dapat berupa distorsi, penguatan,
maupun pelemahan fluksi arus medan pada celah udara. Perbedaan pengaruh yang
ditimbulkan fluksi jangkar tergantng kepada beban dan factor daya beban, yaitu :
a) Untuk beban resistif (cosⱷ=1)
Pengaruh fluksi jangkar terhadapa fluksi fluksi medan hanyalah sebatas
mendistorsinya saja tanpa mempengaruhi kekuatannya.
b) Untuk beban induktif murni (cosⱷ = 0 lag)
Arus akan tertinggal sebesar 90 dari tegangan. Fluksi yang dihasilkan oleh
arus jangkar akan melewati fluksi arus medan. Dengan kata lain eaksi
jangkar akan demagnetizing artinya pengaruh reaksi jangkar akan
melemahkan fluksi arus medan.
c) Untuk beban kapasitif murni (cosⱷ = 0 lead)
Arus akan mendahului tegangan sebesar 90. Fluksi yang dihasilkan oleh
arus jangkar akan searah dengan fluksi arus medan sehingga reaksi jangkar
yang terjadi akan magnetizing artinya pengaruh reaksi jangkar akan
menguatkan fluksi medan magnet.
Pengaruh reaksi jangkar akan menjadi sebagian magnetizing dan sebagian
demagnetizing. Saat beban adalah kapsaitif, maka reaksi jangkatr akan
sebagian distorsif dan sebagian magnetizing. Sementara itu saat beban
adalah induktif, maka reaksi jangkar akan sebagian distorsif dan sebagian
demagnetizing. Namun pada prakteknya beban umumnya adalah induktif.
2.7 Kecepatan Putar Generator Sinkron
Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan
kecepatan putar generator.Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian
elektromagnet dengan suplai arus DC.Medan magnet rotor bergerak pada arah
putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin
dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:
�=�
P/2 = jumlah pasang kutub
Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan
magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar
rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan
tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada
kecepatan tetap dengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh
kecepatan 3600 rpm.Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub,
rotor harus berputar pada 1500 rpm.
Tegangan Internal Generator Sinkron
Besarnya tegangan induksi yang dibangkitkan pada stator sesuai dengan
Hukum Faraday yang menyatakan bahwa :
�=−��ⱷ
��
………
(2.5)Dimana :
� : Gaya gerak listrik induksi � : Jumlah kumparan
�ⱷ
��: Laju fluks magnet
2.8 Sistem Eksitasi
Berdasarkan cara penyaluran arus searah pada rotor generator sinkron,
sistem eksitasi terdiri dari dua jenis yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan
sikat (brushless excitation) dan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat
(brushless). Ada dua jenis sistem eksitasi dengan menggunakan sikat yaitu :
1. Sistem eksitasi konvensional (menggunakan generator arus searah).
2. Sistem eksitasi statis.
Sedangkan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat terdiri dari :
1. Sistem eksitasi dengan menggunakan baterai.
2. Sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen Magnet Generator
2.8.1 Sistem Eksitasi Konvensional (Menggunakan Generator Arus Searah)
Untuk sistem eksitasi yang konvensional, arus searah diperoleh dari sebuah
generator arus searah berkapasitas kecil yang disebut eksiter. Generator sinkron dan
generator arus serah tersebut terkopel dalam satu poros, sehingga putaran generator
arus searah sama dengan putaran generator sinkron.
Tegangan yang dihasilkan oleh generator arus searah ini diberikan kebelitan
rotor generator sinkron melalui sikat karbon dan slip ring. Akibatnya arus searah
mengalir ke dalam rotor atau kumparan medan dan menimbulkan medan magnet
yang diperlukan untuk dapat menghasilkan tegangan arus bolak-balik pada
kumparan utama yang terletak distator generator sinkron.
Pada generator konvensional ini ada beberapa kerugian yaitu generator arus
searah merupakan beban tambahan untuk penggerak mula. Penggunaan slip ring
dan sikat menimbulkan masalah ketika digunakan untuk mensuplai sumber arus
searah padabelitan medan generator sinkron. Terdapat sikat arang yang menekan
slip ring sehingga timbul rugi gesekan pada generator utamanya. Selain itu pada
generator arus searah juga terdapat sikat karbon yang menekan komutator. Selama
pemakaian slip ring dan sikat harus diperiksa secara teratur, generator arus searah
juga memiliki keandalan yang rendah. Karena hal-hal seperti diatas dipikirkan
hubungan lain dan dikenal apa yang dikenal sebagai generator sinkron static
Gambar 2.9Sistem Eksitasi Meggunakan Generator Arus Searah
2.8.2 Sistem Eksitasi Statis
Sistem eksitasi statis menggunakan peralatan eksitasi yang tidak bergerak
(static), artinya peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama dengan rotor
generator sinkron.Sistem eksitasi statis (static excitation sistem) atau disebut juga
dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang tidak memerlukan
generator tambahan sebagai sumber eksitasi generator sinkron. Sumber
eksitasipada sistem eksitasi statis berasal dari tegangan output generator itu
sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan penyearah
thyristor.
Pada mulanya pada rotor ada sedikit magnet sisa, manet sisa ini akan
menimbulkan tegangan pada stator tegangan ini kemudian masuk dalam
penyearah dan dimasukkan kembali pada rotor, akibatnya medan magnet yang
dihasilkan makin besar dan tegangan AC naik demikian seterusnya sampai dicapai
tegangan nominal dari generator AC tersebut. Biasanya penyearah itu mempunyai
pengatur sehingga tegangan generator dapat diatur konstan. Bersama dengan
Dibandingkan dengan generator yang konvensional generator dengan sistem
eksitasi statis memang sudah jauh lebih baik yaitu tidak ada generator arus searah
(yang keandalannya rendah) dan beban generator arus searah pada penggerak
mula hilang.Eksiter diganti dengan eksiter yang tidak berputar yaitu penyearah
karena itu disebut eksiter statis.
Gambar 2.10Sistem Eksitasi Statis
Untuk keperluan eksitasi awal pada generator sinkron, maka sistem eksitasi
statis dilengkapi dengan field flashing. Hal ini dibutuhkan karena generator
sinkron tidak memiliki sumber arus dan tegangan sendiri untuk mensuplai
kumparan medan. Penggunaan slip ring dan sikat pada eksitasi ini menyebabkan
sistem eksitasi ini tidak efisien dan efektif.
2.9 Faktor yang Mempengaruhi Pemanasan
Suhu kerja dari suatu generator sangat erat hubungannya dengan usia,
karena keausan dari isolasinya merupakan fungsi waktu dan suhu. Keausan
merupakan gejala kimiawi yang melibatkan adanya oksidasi lambat dan
listrik. Kenaikan suhu juga disebabkan oleh rugi – rugi yang merupakan faktor
utama dalam menentukan usia pada generator. Oleh sebab itu pemanasan pada
generator harus dibatasi, dan tidak boleh melampaui batas – batas yang telah
ditentukan agar usia generator menjadi panjang.
Secara garis besar faktor yang mempengaruhi pemanasan atau kenaikan
temperatur pada generator sinkron yang sedang beroperasi dapat dipisahkan
menjadi tiga bagian adalah:
a. Faktor yang menimbulkan panas, diantaranya rugi – rugi tembaga, rugi –
rugi besi dan rugi – rugi gesek (angin)
b. Faktor pendingin, yang mampu mengurangi panas yang timbul
c. Faktor perpindahan panas antara lain ketebalan isolasi belitan terselubung
danbelitan akhir serta konduktifitasnya.
2.9.1 Batas Rugi – Rugi Penyebab Pemanasan
Pertimbangan terhadap rugi – rugi mesin merupakan hal yang sangat
penting, karena rugi – rugi dapat menentukan :
a. Rugi – rugi dapat menentukan efisiensi mesin dan cukup berpengaruh
terhadap biaya pemakaiannya.
b. Rugi – rugi menentukan pemanasan mesin sehingga menentukan keluaran
daya atau ukuran yang dapat diperoleh tanpa mempercepat keausan
isolasi.
c. Jatuhnya tegangan atau komponen arus yang bersangkutan dengan rugi –
rugi yang dihasilkan harus diperhitungkan dengan semestinya dalam
Dengan mengetahui batas temperatur maksimum suatu isolasi yang
digunakan dalam sebuah generator sinkron akhirnya dapat diketahui pengaruh
yang terjadi pada saat stator generator diberikan pendingin udara tekan.
2.9.2 Panas Pada Stator
Generator sinkron terdiri dari kumparan jangkar yang terdapat pada stator
dan kumparan medan yang terdapat pada rotor. Rotor merupakan bagian yang
berputar di dalam generator, yang biasanya dalam bentuk penghantar yang terletak
di tengah stator. Pada dasarnya rotor terdapat kumparan rotor (rotor coil) yang
berfungsi untuk membangkitkan kemagnetan. Kuku – kuku yang terdapat pada
rotor berfungsi sebagai kutub – kutub magnet, dua slip ring yang terdapat pada
generator berfungsi sebagai penyalur listrik kekumparan rotor yang berasal dari
trafo exsitasi yang mengalirkan arus DC.
Jika penghantar di aliri arus, maka akan timbul medan magnet sebagaimana
fungsi dari kumparan rotor. Selain itu ada produk lain yang menjadi losses berupa
panas (rumusnya adalah I2Rt, dimana I = arus, R = tahanan kumparan, t = waktu).
Biasa disebut sebagai rugi – rugi kumparan medan sebesar sekitar 20 sampai 30%
dari rugi beban penuh.
Losses yang lain adalah pada inti rotor dimana pada inti rotor akan timbul
arus eddy. Kembali lagi, ada arus (arus eddy) ada tahanan di inti rotor maka akan
timbul losses berupa panas. Biasanya terjadi pada sepatu katub atau permukaan
besi medan, besar rugi besi adalah sekitar 20 sampai 30% dari rugi total pada
beban penuh. Selain itu ada juga panas yang disebabkan oleh gesekan angin
karena adanya jarak udara antara stator dan rotor. Biasanya rugi ini disebut
rugi total pada beban penuh. Diketahui besar efisiensi generator sebesar 95%
maka dapat kita cari besar rugi – rugi penyebab panas pada stator.
Karena adanya losses ( panas ) yang terjadi pada stator, walaupun itu kecil.
Tapi jika di biarkan tanpa ada penetralnya maka dalam jangka waktu tertentu akan
menyebabkan kerusakan isolasi ( penuaan isolasi ). Jika terjadi peristiwa penuaan
isolasi akan berakibat kerusakan pada stator.
Jika terjadi kerusakan di stator maka harus di lakukan pembongkaran mesin
generator. Sehingga butuh waktu dan biaya yang mahal untuk melakukannya.
Selain itu, terdapat kesulitan yang tinggi dalam membongkar mesin tersebut. Jadi
untuk menghindarinya, diberikanlah pendingin udara tekan pada generator
tersebut.
2.9.3 Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Stator
Generator sinkron tiga phasa adalah sumber utama pembangkit daya listrik
yang sudah tidak asing lagi dalam dunia kelistrikan.Hampir seluruh sistem
pembangkit tenaga listrik di dunia ini menggunakan generator sinkron sebagai
sumber daya listrik.
Dalam penggunaannya, generator beroperasi secara terus-menerus sesuai
dengan kebutuhan beban yang dilayaninya. Akibatnya generator akan
menimbulkan rugi-rugi panas akibat eddy current pada belitan stator/rotor. Panas
yang ditimbulkan generator ini dapat mempengaruhi kerja dari generator sehingga
dapat menurunkan efisiensi generator itu sendiri.
Beban yang dilayani generator sangat berpengaruh terhadap panas yang
timbul pada stator. Semakin besar beban yang di layani generator maka panas
semakin besar, agar daya yang di butuhkan tercapai. Sesuai dengan rumus I2Rt
dimana semakin besar arus maka panas pada stator juga akan semkin besar.
2.10Sistem Pendinginan Generator
Operasi generator selama prosespembangkitan tidak hanya menghasilkan
energi listrik, hal ini juga menghasilkan panas di dalamgenerator. Kenaikan
temperatur tidak dapatdihindari karena adanya arus pusar (eddy
current)merupakan efek dari proses konversi energi [6]. Sistempendinginan
generator dibutuhkan untuk hal-halsebagai berikut:
1. Menyerap panas yang timbul di dalamgenerator.
2. Melindungi isolasi. Hal ini karena panasyang lebih dapat merusak isolasi,
tetapidengan adanya sistem pendingin, panasdi dalam generator dapat
diserap.
3. Menaikkan efisiensi generator karenaoutput generator akan lebih besar
saatsistem pendingin digunakan.
2.11Kerugian Bila Tidak Ada SistemPendingin
Peralatan-peralatan yang terdapat padaPLTU membutuhkan perawatan yang
ekstra.Halini dikarenakan pada PLTU hampir semuaperalatan berhubungan
dengan suhu tinggi, baiksecara langsung maupun tidak
langsung.Sehingga,diperlukan suatu sistem pendingin agar suhuperalatan dapat
terjaga dari kondisi overheating [8].
Dalam menjaga peralatan dari kondisioverheating, sistem pendingin
peralatan juga harusmemiliki kemampuan yang tinggi dalammempertahankan
keadaan konstan baik untuktekanan maupun suhu.Dikarenakan, keadaan
sistem pendingin tidak bekerjadengan baik, maka rugi-rugi yang timbul
akansemakin besar.
Kerugian yang dapat ditimbulkanoleh panas di dalam generator meliputi:
1.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhipenurunan isolasi antara
lainkelembaban, vibrasi,keasaman, oksidasi, temperatur, dan waktu.
Faktor-faktortersebut dapat mengakibatkan suatu isolasimenjadi keras dan rapuh.Kondisi
tersebutmenyebabkan retaknya isolator, dimana crackingtersebut dapat
mengurangi kualitas isolator danbahkan menyebabkan gangguan hubung singkat
[8].
Penurunan kualitas isolator
2.
Nilai tahanan suatu bahan bergantung padahambatan jenisnya, dapat
dirumuskan:
Kerugian tembaga listrik
R= ρ l/A……….(2.6)
Dimana:
R = hambatan (Ω)
ρ = hambatan jenis (Ω.m)
l = panjang (m)
A = luas penampang (m2)
Hambatan jenis suatu penghantar dipengaruhioleh temperatur/ suhu pada
bahan tersebut.Semakin tinggi temperatur, maka nilai hambatanakan semakin
ρ= ρ0 (1+αt)………..(2.7)
Dimana:
ρ = hambatan jenis pada suhu t
ρ0 = hambatan jenis pada 0oC
α = koefisien resistansi temperatur pada0°C
t = temperatur
Dengan adanya peningkatan nilai tahanan,maka nilai rugi-rugi (I2R) akan
semakin besar.
3.
Operasi dalam generator dalam waktu yanglama dan kontinyu pada ruang
tertutup dapatmenimbulkan kerugian gesekan.Biasanya, rugi-rugigesekan terjadi
pada bantalan-bantalan (bearing)sehingga kondisi bearing tidak dalam kondisi
yangoptimal, seperti pada awal operasi. Pemanasan ataupeningkatan suhu akan
mempermudah bantalantersebut aus. Kerugian gesekan (friction loss)
4.
Di luar kesalahan elektrik maupun mekanik,waktu hidup dari suatu
peralatan listrik dibatasi olehtemperatur dari isolasinya.Semakin tinggitemperatur,
maka life time peralatan listrik semakinpendek.Dalam pengujian pada beberapa
material,diketahui bahwa waktu/ masa hidup suatu peralatanlistrik berkurang
sekitar 50% setiap kenaikan 10osuhu operasinya.Jumlah kerugian yang telah
disebutkan di atastidak boleh besar, dimana nilainya tidak bolehmelebihi 2% dari
output generator [8].
Oleh karena itu,sistem pendingin harus dapat mencegah
kenaikantemperature melebihi batas operasinya.Selain beberapa kerugian yang
dijelaskan di atas,alasan dibutuhkannya sistem pendinginan agar
suhuambient/sekitar tidak melebihi nilai kelas isolasinya.Dalam standar IEEE,
ditetapkan beberapa kelasyang memiliki batas maksimum nilai suhu
ambient.Setiap jenis bahan digolongkan pada kelas yangberbeda sesuai dengan
batas maksimum suhuambient yang dapat diterima oleh bahan tersebut.
2.12 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sistem Pendinginan Generator
Pendinginan pada generator dilakukan melalui dua proses yaitu proses
konveksi aliran udara yang mendinginkan stator dan rotor generator dan yang
kedua adalah proses konduksi aliran udara yang didinginkan oleh cooler
generator, lihat pada gambar berikut ini.
Faktor- faktor yang mempengaruhi sistem pendinginan generator:
1.
Udara ambient sangat mempengaruhi sistem pendinginan generator, karena
sistem pendinginan utama yaitu cooling tower dipengaruhi oleh udara
sekitar.Semakin dingin udara ambient semakin baik efisiensi pendinginan cooling
tower.Medium air yang digunakan untuk pendinginan cooler generator
menggunakan air siklus open loop yang merupakan air hasil pendinginan
langsung melalui cooling tower.
Udara ambient
2.
Medium yang digunakan untuk mendinginkan generator adalah air siklus
cooler generator. Dengan konduktifitas air yang tinggi akan meningkatkan
transfer panas sehingga meningkatkan efesiensi pendinginan cooler.
3.
Salah satu penyebab utama kualitas pendinginan turun adalah kondisi cooler
generator yang kotor. Sehingga secara periodik harus dilakukan pembersihan
cooler untuk menaikkan efisiensi pendinginan cooler generator. Kondisi kebersihan dari cooler generator
4. Unbalance Voltage pada generator
Kondisi tegangan yang tidak sama untuk masing-masing fase akan
menyebabkan panas yang ditimbulkan oleh generator akan lebih besar. Sehingga
kondisi ini harus diperhatikan, karena kondisi ini selain dipengaruhi oleh tahanan
dari belitan stator juga dipengaruhi oleh pembebanan sistem, maka diperlukan
koordinasi secara menyeluruh dari pembangkit transmisi hingga distribusi.
5.
Kebersihan pada cooling tower sangat berpengaruh karena media air yang
digunakan adalah air open loop yaitu air yang sama digunakan pada kondenser. Kebersihan pada Cooling Tower
6.
Pada pengoperasian ball tube cleaning , bola-bola pembersih kondenser
akan ditangkap oleh separator, akan tetapi ada beberapa dari bola-bola pembersih
akan lolos pada saluran open loop. Jika strainer sebelum generator cooler rusak
maka bola-bola pembersih tersebut akan menyumbat generator cooler, sehingga
akan menyebabkan berkurangnya kapasitas pendinginan. Jika terlalu banyak yang
2.13 Resistansi
Semakin naik beban maka akan semakin tinggi temperatur, bisa kita lihat
dari rumus RT(T) = Ro (1 + αT). Dimana antara temperatur dengan beban resistif
sebanding dengan temperatur. Jika kita lihat dari rumus P = V I cos θ, maka
semakin tinggi beban maka arus akan semakin besar sehingga akan memperbesar
rugi – rugi I2 R. Semkin besar rugi – rugi yang terjadi maka temperatur akan
semakin besar.
Pada perhitungan analisa data, saya menggunakan rumus resistansi sebagai
berikut.
�2 �1=
�+�2
�+�1… … … (2.8)
Di mana R1 dan R2 berturut – turut adalah resistansi penghantar pada suhu – suhu
t1 dan t2 dalam derajat Celcius dan T adalah konstanta. Nilai – nilai konstanta T
adalah sebagai berikut :
T KETERANGAN
234,5 Untuk tembaga “annealed” dengan konduktivitas 100%
241 Untuk tembaga “hard drawn” dengan konduktivitas 97,3%
