RANCANG BANGUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA DARURAT TANPA TERPUTUS

(1)

RANCANG BANGUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA

DARURAT TANPA TERPUTUS

I

GNATIUS

A

GUS

P

URBHADI

,

M.K

HOIRI

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir Nasional

Abstrak

RANCANG BANHUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA DARURAT TANPA TERPUTUS. Telah dibuat simulasi dari otomasi penyediaan catu daya darurat tanpa terputus ke beban. Pembuatan simulasi ini bertujuan untuk membantu mahasiswa elektromekanik dalam praktikum penyediaan catu daya darurat secara otomatis. Simulasi ini terdiri dari dua bagian utama yaitu sistem penyalaan genset dan sistem interlock antara genset dan PLN. Motor dc digunakan sebagai penghasil daya mekanik yang dibutuhkan untuk penyalaan genset. Kontaktor magnet digunakan dalam pembuatan sistem interlock. Hasil dari pengujian menunjukkan bahwa pada tegangan input 110 volt dan waktu kerja selama 2 detik menghasilkan daya mekanik yang paling efisien dalam penyalaan genset. Pengujian pada sistem interlock dapat diketahui bahwa PLN dan genset tidak dapat memasok energi listrik ke beban secara bersamaan. Kata kunci : genset, sistem interlock, motor dc, kontaktor magnet.

Abstract

SIMULATION OF AUTOMATION EMERGENCY POWER SUPPLY WITHOUT INTERRUPTED. The simulation of automation emergency power supply to load without interrupted had been made. This simulation was made to help electromechanic student lab work especially for automation emergency power supply lab work. The simulation composed two main systems, those are genset ignition system and interlock system between genset and PLN. Motor dc was used as mechanic power source which its required to ignite genset. Magnet contactors were used in interlock system. From the experiment result, showed with 110 V input voltage and 2 seconds working time yielding the most efficient mechanic force to ignite genset. From the interlock system trial was known that if PLN and genset didn’t supply electrical energy at the same time.

Key words: Genset, interlock system, motor dc, magnet contactor.

PENDAHULUAN

Instalasi listrik untuk intalasi peralatan nuklir baik untuk penelitian , kedokteran

maupun operasional, seperti peralatan

radiografi, alat perekam medis, merupakan peralatan yang sangat vital (beban penting) dan saat beroperasi harus dijaga kontinyuitas daya yang mencatunya. Pemadaman listrik yang tiba-tiba saat peralatan instalasi penting beroperasi akan berdampak negatif bagi

keselamatan pengguna, operator maupun

peralatan itu sendiri.

Selain peralatan nuklir, instalasi suatu pabrik atau instansi yang besar kebutuhannya akan energi listrik juga akan meningkat.

Akibatnya semakin besar pula energi listrik yang harus di bangkitkan melalui generator

listrik. Sehingga dibutuhkan suatu unit

pembangkit listrik berskala besar untuk menjamin tersedianya pasokan listrik ke pabrik-pabrik atau instansi tersebut. Didalam perihal pendistribusian listrik dari pembangkit listrik ke pemakai listrik ditunjuk Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai satu-satunya institusi resmi pemerintah yang mengkoordinasikan pendistribusian energi listrik dari pembangkit listrik ke konsumen. Namun pembangkit tenaga listrik maupun PLN tidak selalu dapat memyuplai energi listrik secara kontinyu ke pemakai listrik atau komsumen. Hal ini dikarenakan adanya kemungkinan kerusakan

(2)

SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176

dalam sistem pembangkit listrik maupun dalam pendistribusiannya. Sehingga ketika pasokan listrik dari PLN terhenti maka pabrik-pabrik

ataupun instansi membutuhkan suatu

pembangkit cadangan ataupun darurat untuk menjamin berlangsungnya operasi produksi. Pembangkit cadangan ini berupa seperangkat sistem generator yang lebih dikenal dengan Generator Set (genset).

Pengalihan pemasok energi listrik dari PLN ke genset atau sebaliknya harus dilakukan dengan seefektif dan seefisien mungkin. Beberapa peralatan seperti komputer sistem utama, peralatan operasi, mesin-mesin produksi utama ,yang selanjutnya disebut beban penting, diharuskan mendapatkan pasokan listrik secara

kontinyu. Ini dikarenakan ketika terjadi

pemutusan kepada peralatan tersebut walaupun hanya sesaat akan mengakibatkan hilangnya data atau mengacaukan keseluruhan sistem produksi.

Berdasarkan hal yang demikian,

penulis

mempunyai

keinginan

untuk

melakukan pembuatan simulasi sistem catu

daya darurat. Maka penulis mengangkat

judul Rancang Bangun Simulasi Otomasi

Catu Daya Darurat Tanpa Terputus.

Adapun rancang bangun ini akan digunakan

sebagai

modul

praktikum

mahasiswa

STTN-BATAN. Dalam pembuatan simulasi

ini akan dirancang sebuah sistem penyalaan

genset dan sistem

interlock

yang akan

menjamin beban penting agar selalu

mendapat pasokan listrik.

Generator AC ( Alternator)

Alternator adalah mesin pengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik, khususnya

tenaga lisrik arus bolak balik(alternating

current) dan dapat disebut juga generator ac. Besarnya tegangan yang dihasilkan alternator adalah(2) :



cn

E

_o



(1)

di mana,

Eo : tegangan output alternator (volt)

c : kontanta mesin

ø : besarnya fluks magnet (weber)

n : putaran rotor (rpm)

besarnya ø yang dihasilkan bergantung pada:

1. Kawat pengahantar diam, jumlah

garis-garis gaya medan magnet/flux yang mengenainya diubah.

2. Jumlah garis gaya/flux tetap, kawat

hantaran digerakkan sehingga mengalami perubahan flux yang mengenainya.

Oleh karena itu pada prinsip kerja generator ada 3 hal pokok, yaitu:

1. Flux magnet dari kutub magnet.

2. Kawat hamparan tempat timbulnya ggl.

3. Gerakan relatip antara medan magnet

terhadap kawat hantaran.

Pada prinsipnya alternator sama halnya dengan motor sinkron 3 fasa dimana medan magnet/fluxnya adalah bukan dari induksi karena adanya medan putar tetapi medan

magnet dari kumparan electromagnet.

Perbedaan alternator dengan motor terdapat pada statornya, stator pada motor adalah tempat

medan putar sedangkan pada alternator

statornya merupakan tempat timbulnya ggl. Ada 2 macam alternator dilihat dari cara membangkitan tegangannya, yaitu(3):

a) Rotating-armature Alternator, alternator ini mempunyai konstruksi yang sama dengan generator dc yang mana armature berputar dalam sebuah medan magnet stasioner. Pada generator dc, ggl dibangkitkan dalam belitan armature dan dikonversikan dari ac ke dc dengan menggunakan komutator

(sebagai penyearah). Pada alternator,

tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah menjadi dc dan diteruskan kepada beban dengan menggunakan slip ring seperti pada gambar 1. Armature yang bergerak dapat dijumpai pada alternator untuk daya rendah dan umumnya tidak digunakan untuk daya listrik dalam jumlah besar.

(3)

Gambar 1. Rotating-armature Alternator

b) Rotating-field Alternator, Armature stasioner, atau stator, pada alternator jenis ini mempunyai belitan yang dipotong oleh medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan rotor (armature). Pada gambar 2

terlihat tegangan yang dibangkitkan pada stator sebagai hasil dari aksi potong ini adalah tegangan ac yang akan dikirimkan kepada beban.

Gambar 2. Rotating-field Alternator

Motor Bakar Bensin

Motor bakar bensin adalah motor yang

sumber tenaganya diperoleh dari hasil

pembakaran gas di dalam ruang bakar. Di mana gas pembakarannya berasal dari hasil campuran bensin dengan udara dalam suatu perbadingan tertentu, sehingga gas tersebut dapat terbakar dengan mudah sekali dalam ruang bakar, apabila timbul loncatan bunga api listrik tegangan tinggi pada elektroda busi(4).

Tenaga yang dihasilkan oleh motor berasal dari adanya pembakaran gas di dalam ruang bakar, karena adanya pembakaran tersebut, maka timbulah panas. Dan panas ini

mengakibatkan gas yang telah terbakar

mengembang, karena pembakaran dan

pengembangan ini terjadi di dalam ruang bakar yang sempit dan tertutup (tidak bocor) di mana bagian atas samping kiri kanan dari ruang bakar adalah statis/tidak bisa bergerak, sedangkan yang dinamis/yang bisa bergerak hanya bagian

(4)

sendirinya piston akan terdorong ke bawah oleh gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada saat piston terdorong ke bawah ini, membawa tenaga yang sangat dahsyat. Dan tenaga inilah yang dimaksud dengan tenaga motor bakar.

Sistem penyalaan motor bakar terbagi 2 macam:

1. Sistem battery adalah motor bakar yang

pengapiannya menggunakan arus listrik

direct current (DC) dari accu.

2. Sistem magneto adalah motor bakar yang

pengapiannya menggunakan arus listrik AC dari generator.

Motor DC

Motor direct current (DC) adalah suatu mesin yang mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran daripada motor. Besarnya putaran motor dc dapat ditentukan sebagai berikut:



C

R

I

U

n



a a



(2) di mana, n : putaran motor (rpm)

U : tegangan input (volt)

Ia : arus jangkar (ampere)

Ra : tahanan jangkar (ohm)



: fluks magnet (weber)

C : konstanta

Sedangkan untuk menghitung daya yang

masuk pada motor dc adalah:

UI

P

_in



(3)

di mana,

Pin : daya input (watt)

U : tegangan input (volt)

I : arus input (ampere)

Atau dengan rumus,



out in

P



(4)

di mana,

Pin : daya input (watt)

Pout : daya output (watt)

η : effisiensi motor

Keuntungan motor dc antara lain adalah mempunyai momen kakas (torsi) awal yang besar dan relatif lebih mudah mengatur kecepatan putaran.

Hubungan antara kopel

elektromagnetik dengan daya mekanik di motor dc adalah: m a a

I

T

W

E



(5)

60 2 n W_m 



(6)

di mana,

Ea : tegangan induksi (volt)

Ia : arus jangkar (ampere)

T : torsi/kopel (kilogram-meter)

Wm : kecepatan sudut (rad\sekon)

n : putaran (rpm)

Untuk menghitung energi yang

digunakan pada motor dc adalah:

t

P

W



_in

(7)

di mana,

W : energi yang digunakan motor dc

(joule)

Pin : daya input motor dc (watt)

t : selang waktu (detik)

METODE PENELITIAN

Pembuatan simulasi catudaya darurat ini dilakukan dengan menggunakan genset ATS dengan daya 600 watt tegangan keluaran 220 volt dengan penggerak mesin bensin 2 langkah, yang di kopel dengan roda gila dan motor DC Pasific Scientific yang memiliki daya 0,5 HP dengan rpm 1750 pada tegangan 180 volt DC yang berfungsi sebagai motor starter yang mendapatkan sumber tegangan dari UPS melalui regulator tegangan arus searah. UPS ini selain sebagai tenaga starter juga untuk

mensuply beban penting saat proses

interkoneksi berlangsung.

Langkah langkah yang dilakukan dalam proses pembuatan simulasi daya darurat dimulai dengan mendesain, merakit dan menginstalasi sistem otomasisasi hingga pengujian sistem. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3.

(5)

Gambar 3. Diagram Alir Penelitian

Tabel 1. Alat dan bahan No Nama Bahan Merek Spesifikasi

1 Genset ATS Daya keluaran 600 W Daya keluaran max 800W Tegangan keluaran 220 V 2 Motor DC Pasific Scientific Daya ½ HP n 1750 rpm

Tegangan 180 V Arus nominal 2.76 A 3 Roda gila - Diameter 26 cm 4 UPS Prolink Daya max 1200 VA

Tegangan keluaran 220 V Backup time ± 15 menit 5 Kontaktor magnit dan

kontaktor bantu

Mitsubishi Tegangan kerja 220V/AC

(6)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah dilakukan pengistalasian dan dilakukan pengujian terhadap rangkaian, sistem interlock dapat bekerta dengan baik. Cara kerja dari sistem utama dan sistem kontrol adalah sebagai berikut :

a) Pada saat PLN terhubung

Saklar 1 (S1) ditutup dan saklar 2 (S2) ditutup maka kontaktor 1 akan menerima catu daya. Kontak-kontak Normally Open

(NO) pada kontaktor 1 akan berubah menjadi Normally Close (NC). Begitu juga

sebaliknya kontak-kontak NC pada

kontaktor 1 akan berubah menjadi NO. Hal ini membuat beban biasa dan UPS akan menerima pasokan listrik dari PLN. Diagram sistem utama, diagram sistem kontrol, dan diagram pengawatan dapat dilihat pada gambar 4.

(a) (b)

(c)

Gambar 4. Sistem utama (a), sistem kontrol (b), dan pengawatan (c)

b) Pada saat PLN terputus

Ketika S1 terbuka maka catu daya ke kontaktor 1 akan terputus sehingga kontak-kontaknya akan kembali ke posisi semula.

Ini mengakibatkan pasokan listrik daya ke beban biasa dan UPS akan terhenti, sementara beban penting tetap menerima pasokan listrik dari UPS. Kontaktor 1 akan

(7)

menjadi NC, hal ini akan membuat coil dari kontaktor 2 akan mendapat catu daya dari UPS. Dengan bekerjanya kontaktor 2 maka kontak-kontak NO akan berubah menjadi

NC dan juga sebaliknya. Dengan

menutupnya K2 maka UPS akan mencatu motor dc. pada saat ini timer, dimana telah diatur untuk bekerja selama 2 detik, juga mendapat catu daya dari UPS.

c) Pada saat PLN terhubung kembali.

Saat beban beroperasi menggunakan genset,

kemudian listrik PLN hidup, maka

kontaktor akan bekerja sesuai urutan. Pertama K3 akan membuka kemudian selang 1/100 detik disusul K1 akan menutup, sehingga beban penting maupun beban biasa akan terpasok oleh PLN sedangkan Genset mati secara otomatis.

a. Tampak depan

(8)

c. Tampak samping kiri Gambar 5. Simulasi Catu Daya Darurat

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Beban penting akan selalu mendapatkan

energi listrik saat PLN padam.

2. Selama proses interlock, beban biasa akan mengalami pemadaman selama ± 8 detik.

3. Motor DC sebagai starter genset

mendapatkan daya yang paling efisien pada tegangan 110 volt DC dalam waktu selama 2 detik mampu menghidupkan genset.

DAFTAR PUSTAKA

1. APRILAWATI, HIDAYAH., Perancangan Instalasi Genset Di Pt Aichi Tex Indonesia, Politeknik Negeri Bandung, Bandung. 2. ZUHAL., 1986, Dasar Tenaga Listrik, Itb,

Bandung.

3. UNILANET.UNILA.AC.ID, 27-11-2008 4. TEISERAN, EMANUEL., 1999, Teknik