Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PENGUATAN TANPA SIKAT (BRUSHLESS EXCITATION SYSTEM) PADA GENERATOR PLTU UNIT 3 TAMBAK LOROK SEMARANG

Makalah Seminar Kerja Praktek

SISTEM PENGUATAN TANPA SIKAT (BRUSHLESS EXCITATION SYSTEM) PADA

GENERATOR PLTU UNIT 3 TAMBAK LOROK SEMARANG

Muhammad Imam Fauzi1, Dr.Ir. Joko Windarto, M.T2 1

Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Email: imamfauzi89@gmail.com

Abstrak - Pada sistem pengaturan modern, eksitasi memegang peranan penting dalam mengendalikan kestabilan suatu pembangkit karena apabila terjadi fluktuasi beban maka eksitasi sebagai pengendali akan berfungsi mengontrol keluaran generator seperti tegangan, arus dan faktor daya dengan cara mengatur kembali besaran-besaran input guna mencapai titik keseimbangan baru.

Bila arus eksitasi naik maka daya reaktif yang disalurkan generator ke sistem akan naik sebaliknya bila turun maka daya reaktif yang disalurkan akan berkurang. Jika arus eksitasi yang diberikan terlalu kecil, aliran daya reaktif akan berbalik dari sistem menuju ke generator sehingga generator menyerap daya reaktif dari sistem. Keadaan ini sangat berbahaya karena akan menyebabkan pemanasan berlebihan pada stator.

Sistem eksitasi klasik menggunakan sikat(brush excitation) terbukti menimbulkan berbagai masalah pada efisiensi, rumitnya pemeliharaan dan masalah pengoperasian. Untuk itu dikembangkan sistem eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) sehingga operasi pembangkitan listrik menjadi lebih efisien, handal, dan sederhana.

Kata kunci : brushless excitation, generator, fluktuasi beban

I.

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Proses pembangkitan tenaga listrik yang

banyak dilakukan adalah dengan cara memutar

generator sinkron sehingga menghasilkan tenaga

listrik dengan arus bolak-balik tiga fasa. Untuk

menghasilkan tenaga listrik dengan arus

bolak-balik yang stabil, diperlukan sebuah teknologi

berupa sistem penguatan atau yang lebih sering

disebut sebagai sistem eksitasi. Sistem eksitasi

ini adalah sebuah teknik penguatan arus medan

magnet yang dibangkitkan pada generator dengan

menggunakan prinsip elektromagnetis untuk

menghasilkan medan magnet penguatan.

Tujuan dari sistem eksitasi pada generator

adalah

untuk

mengendalikan

output

dari

generator agar tetap stabil pada beban sistem

yang berubah - ubah. Bila rotor berputar akan

menimbulkan perpotongan antara kumparan

medan

dengan

stator

winding

sehingga

menghasilkan Gaya Gerak Listrik (GGL).

Generator utama PLTU Unit 3 Tambak

Lorok Semarang menggunakan sistem eksitasi

brushless excitation. Keluaran main exciter akan

disearahkan

dengan

menggunakan

rotating

rectifier sehingga penggunaan sikat dan slip ring

dapat dihilangkan.

1.2

Maksud dan Tujuan

Hal – hal yang menjadi tujuan penulisan

laporan kerja praktek ini adalah :

1.

Mengetahui

sistem

dan

proses

pembangkitan

energi

listrik

di

PT.Indonesia Power UBP Tambaklorok

Semarang.

2.

Mengetahui gambaran dan proses sistem

penguatan

tanpa

sikat

(brushless

excitation) pada generator PLTU Unit 3

PT.Indonesia Power UBP Tambaklorok

Semarang.

1.3

Pembatasan Masalah

Batasan masalah yang diambil oleh penulis

dibatasi hanya pada masalah pembangkitan,

khususnya pada pembahasan tentang Sistem

Penguatan tanpa Sikat (Brushless Excitation)

pada generator

PT.Indonesia Power UBP

Tambaklorok Semarang.

II.

GAMBARAN UMUM

2.1

Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi adalah sistem mengalirnya

pasokan listrik arus searah sebagai penguatan

pada generator listrik atau sebagai pembangkit

medan magnet. Sistem eksitasi pada generator

dalam sistem pembangkitan terdiri dari 2 macam,

yaitu:

1.

Sistem eksitasi dengan sikat (brush

excitation)

2.

Sistem eksitasi tanpa sikat (brushless

excitation)

2.1.1

Sistem Eksitasi dengan Sikat

Sistem eksitasi ini dapat menggunakan 2

jenis generator untuk eksitasinya. Pertama

dengan generator arus searah (DC). Kedua

dengan generator arus bolak-balik (AC). Jika

menggunakan

eksitasi

yang

berasal

dari

generator AC kita dapat menggunakan arus

keluaran dari Permanent Magnet Generator

(PMG) untuk eksitasi stator generator AC

tersebut.

Untuk mengalirkan arus eksitasi dari main

exciter ke rotor generator utama digunakan

cincing geser (slip ring) dan sikat arang (carbon

brush). Demikian juga penyaluran arus yang

berasal dari pilot exciter (PMG) ke main exciter.

Sistem eksitasi dengan sikat ini merupakan

jenis sistem eksitasi yang konvensional dan

kurang modern. Penggunaan sistem ini akan

membutuhkan lebih banyak pemeliharaan dan

penggantian

terhadap

beberapa

komponen

sistem.

Gambar 1. Gambaran rangkaian peralatan sistem eksitasi dengan sikat

2.1.2 Sistem eksitasi tanpa sikat

Penggunaan sikat dan slip ring mempunyai

beberapa kelemahan antara lain karena sikat

dapat menimbulkan loncatan api pada putaran

tinggi dan hanya mampu mengalirkan arus

eksitasi yang relatif kecil. Selain itu, penggunaan

sikat menuntut penggantian dan pemeliharaan

yang rutin akibatnya membutuhkan biaya lebih

besar.

Untuk

mengatasi

keterbatasan

pada

penggunaan sikat arang, dikembangkan suatu

sistem

eksitasi

tanpa

menggunakan

sikat

(brushless excitation).

Keuntungan

sistem

eksitasi

tanpa

menggunakan sikat (brushless excitation), antara

lain :

1.

Energi yang diperlukan untuk eksitasi

diperoleh dari poros utama (main shaft),

sehingga keandalannya tinggi.

2.

Biaya perawatan berkurang karena pada

sistem eksitasi tanpa sikat (brushless

excitation) sistem tidak memerlukan sikat,

komutator dan slip ring.

3.

Pada sistem eksitasi tanpa sikat (brushless

excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi

karena melekatnya debu karbon pada

farnish akibat sikat arang.

4.

Mengurangi kerusakan (trouble) akibat

udara buruk (bad atmosfere) sebab semua

peralatan ditempatkan pada ruang tertutup.

5.

Selama operasi tidak diperlukan pengganti

sikat, sehingga menngkatkan keandalan

operasi dapat berlangsung kontinu pada

waktu yang lama.

6.

Pemutus medan generator (Generator field

breaker), field generator dan bus exciter

atau kabel tidak diperlukan lagi.

7.

Biaya pondasi berkurang, sebab aluran

udara dan bus exciter atau kabel tidak

memerlukan pondasi.

III.

Gambaran Sistem Eksitasi pada PLTU

Unit 3 Tambak Lorok

Sistem eksitasi pada PLTU Unit 3 Tambak

Lorok Semarang adalah jenis sistem eksitasi

tanpa sikat (brushless excitation system). Pada

PLTU Unit 3 antara PMG sebagai pilot exciter,

generator ac sebagai main exciter dan generator

sinkron sebagai main generator dihubungkan

dengan satu poros yang sama. Apabila turbin

sebagai penggerak mula berputar maka pada

kumparan stator PMG akan timbul tegangan

akibat dari magnet permanen yang berputar.

Tegangan

keluaran

tersebut

selanjutnya

disearahkan dan dikontrol pada voltage regulator

(pengatur tegangan statis) untuk disalurkan

dalam stator AC exciter sebagai exciter

utamanya.

Tegangan bolak-balik yang dihasilkan

pada AC exciter disearahkan dalam rotating

rectifier untuk digunakan sebagai penguat

(eksitasi) pada rotor main generator (generator

utama). Karena sudah ada rotating rectifier maka

cincin dan sikat arang sudah tidak diperlukan

lagi.

Pada gambar berikut dapat kita lihat

beberapa bagian dari sistem eksitasi antara lain

pilot

exciter

berupa

Permanent

Magnet

Generator (PMG).

Untuk memperjelas penjelasan di atas,

berikut akan disajikan gambaran peralatan pada

genenerator di PLTU Unit 3 Tambak Lorok

Semarang beserta dengan sistem eksitasi yang

ada di dalamnya.

Gambar 2. Gambaran sistem generator beserta sistem eksitasinya

3.1

Fungsi Sistem Eksitasi

Sistem

eksitasi

mempunyai

berbagai

fungsi. Fungsi tersebut antara lain :

a.

Mengatur tegangan keluaran generator agar

tetap konstan (stabil).

b.

Mengatur besarnya daya reaktif.

c.

Mempertinggi kapasitas daya pemuatan

(charging capacity) saluran transmisi tanpa

beban dengan mengendalikan eksitasi.

d.

Menekan

kenaikan

tegangan

pada

pelepasan beban (load rejection).

Karena mempunyai fungsi seperti di atas

maka sistem eksitasi harus mempunyai sifat

antara lain ;

a.

Mudah dikendalikan.

b.

Dapat mengendalikan dengan stabil/ sifat

pengendalian stabil.

c.

Mempunyai respon/tanggapan yang cepat.

d.

Tegangan yang dikeluarkan harus sama

dengan tegangan yang diinginkan.

3.2

Bagian Utama Sistem Eksitasi Tanpa

Sikat (Brushless Excitation)

Bagian-bagian dari sistem eksitasi tanpa

sikat antara lain :

a.

Permanent Magnet Generator (PMG)

b.

AC exciter

c.

Rotating rectifier

d.

Automatic Voltage Regulator

a.

Permanent Magnet Generator (PMG)

Permanent Magnet Generator (PMG)

adalah generator sinkron yang sistem eksitasinya

menggunakan magnet permanen pada rotornya.

Pada sistem eksitasi tanpa sikat digunakan

PMG sebagai penyedia daya untuk eksitasi AC

exciter/main exciter dan komponen regulator.

PMG terdiri dari magnet permanen berputar dan

jangkar yang diam dililit untuk output 3 phasa.

b.

AC exciter

AC exciter/ main exciter adalah jenis yang

sama dengan generator sinkron konvensional.

Rotor AC exciter ditempatkan pada poros yang

sama dengan rotating rectifier. AC exciter sendiri

mendapatkan eksitasi pada statornya dari PMG

setelah disearahkan dalam AVR. Penggunaan

main exciter ini bertujuan untuk memperbesar

arus eksitasi agar bisa digunakan untuk

mengeksitasi

generator

utama,

setelah

disearahkan dulu oleh rotating recitifer.

c.

Rotating rectifier

Rotating rectifier terdiri dari silicon diode,

fuse, dan resistor. Bagian ini merupakan bagian

yang digunakan untuk menyearahkan arus yang

akan menuju ke rotor generator utama sebagai

arus eksitasi. Berikut akan disajikan struktur fuse.

Gambar 3. Struktur Fuse

d.

Automatic Voltage Regulator (AVR)

AVR merupakan bagian yang sangat

penting dalam pengaturan arus eksitasi generator.

Arus keluaran dari PMG disearahkan dan diatur

besarnya di AVR. AVR sendiri terdiri dari 3

lemari besar dan berada pada lantai bagian bawah

generator pada Unit 3. Masing-masing lemari

terdiri dari berbagai peralatan yang sangat

penting.

IV.

Analisa Jenis Kegagalan Generator

Transformator

Generator

transformer

merupakan

generator yang digunakan untuk menerima daya

dan menaikkan nilai tegangan dari generator

untuk disalurkan ke beban.

Pengujian kegagalan meliputi pengujian

pada keadaan minyak yang digunakan generator

transformer.

4.1

Metode Pengujian DGA (Dissolved Gas

Analysis)

DGA secara harfiah dapat diartikan sebagai

analisa kondisi transformator yang dilakukan

berdasarkan jumlah gas terlarut pada minyak

trafo. DGA pada dunia industri dikenal juga

sebagai tes darah atau blood test pada

transformator.

Pengujian

zat-zat

terlarut

(biasanya gas) pada minyak trafo (minyak trafo

dianalogikan sebagai darah manusia) akan

memberikan

informasi-informasi

terkait

kesehatan dan kualitas kerja transformator secara

keseluruhan.

Uji DGA dilakukan pada suatu sampel

minyak diambil dari unit transformator kemudian

gas-gas

terlarut

(dissolved

gas)

tersebut

diekstrak.

Pengujian DGA adalah salah satu langkah

perawatan preventif (preventive maintenance)

yang wajib dilakukan dengan interval pengujian

paling tidak satu kali dalam satu tahun

(annually).

4.2

Analisis

Kondisi

Transformator

Berdasarkan Hasil Pengujian DGA

Terdapat

beberapa

metode

untuk

melakukan interpretasi data dan analisis seperti

yang tercantum pada IEEE std.C57 – 104.1991

dan IEC 60599, yaitu :

1.

Standar IEEE

2.

Key Gas

3.

Roger’s Ratio

4.

Duval’s Triangle

Magnitude rasio empat jenis fault gas

digunakan untuk menciptakan tiga digit kode.

Kode-kode tersebut akan menunjukkan indikasi

dari penyebab munculnya fault gas. Beberapa

catatan (note) mengenai interpretasi dari tabel

rasio roger :

1.

Ada kecenderungan rasio C

2

H

2

/C

2

H

4

naik

dari 0,1 s.d > 3 dan rasio C

2

H

4

/C

2

H

6

untuk

naik dari 1-3 s.d > 3 karena meningkatnya

intensitas percikan (spark). Sehingga kode

awalnya bukan lagi 0 0 0 melainkan 1 0 1.

2.

Gas yang timbul mayoritas dihasilkan oleh

proses dekomposisi kertas, sehingga muncul

angka 0 pada kode rasio roger.

3.

Kondisi kegagalan ini terindikasi dari

naiknya konsentrasi fault gas. CH

4

/H

2

normalnya bernilai 1, namun nilai ini

tergantung dari berbagai faktor seperti

kondisi konservator, selimut N

2

, temperatur

minyak dan kualitas minyak.

4.

Naiknya nilai C

2

H

2

(lebih dari nilai yang

terdeteksi), pada umumnya menunjukkan

adanya hot-spot dengan temperatur lebih

dari 700

0

C, sehingga timbul arching pada

transformator. Jika konsentrasi dan rata-rata

pembentukan gas asetilen naik, maka

transformator harus segera diperbaiki

(de-energized). Jika dioperasikan lebih lanjut

kondisinya akan sangat berbahaya.

5.

Transformator dengan OLTC (On-Load Tap

Changer) bisa saja menunjukkan kode 2 0 2

ataupun 1 0 2 tergantung jumlah dari

pertukaran minyak antara tangki tapchanger

dan tangki utama.

Selain rasio pada tabel di atas seringkali

digunakan rasio lain seperti rasio CO

2

/CO. Rasio

ini digunakan untuk mendeteksi keterlibatan

isolasi

kertas

pada

fenomena

kegagalan.

Normalnya rasio CO

2

/CO bernilai sekitar 7. Jika

rasio < 3, ada indikasi yang kuat akan adanya

kegagalan

elektrik

sehingga

menimbulkan

karbonisasi pada kertas (hot-spot atau arcing

dengan temperatur >200

0

C). Jika rasio > 10,

mengindikasikan adanya kegagalan thermal pada

isolasi kertas pada belitan.

Nilai rasio ini tidaklah selalu akaurat

karena nilai CO

2

dan CO dipengaruhi oleh

berbagai faktor luar seperti oksidasi minyak

akibat pemanasan, penuaan isolasi kertas, gas

CO

2

yang masuk akibat tangki transformator

yang bocor atau kurang rapat. Walaupun kurang

akurat,

rasio

CO

2

/CO

sangat

membantu

identifikasi awal akan adanya kasus degradasi

kualitas isolasi kertas.

Analisa pada hasil pengujian DGA yang

telah dilakukan oleh PT Indonesia Power dengan

metode Roger’s Ratio yang telah dijelaskan pada

sub-bab sebelumnya. Analisa jenis kegagalan

generator transformer akan menggunakan 2 (dua)

data hasil pengujian DGA yang dilakukan pada

generator transformer pada saat berbeban

(on-load) dan pada saat tidak berbeban / pada saat

dilakukan maintenance (no-load).

4.3

Generator Transformer On-load

Pada kondisi generator transformer

on-load, dilakukan pengambilan sampel minyak

pada tanggal 14 Mei 2010, dilakukan pengujian

DGA dan didapat:

Dapat dilihat bahwa warna minyak telah

berada di bawah ambang standar yaitu sebesar

4,0, sedangkan dengan mengacu pada standar

ASTMD 1500 batas standar warna adalah 3,5.

Dan beberapa jenis gas lain yang juga tidak

sesuai standar pada kolom berhighlight biru.

Digit kode 0 0 2 tidak terdapat pada tabel

analisis menurut roger’s. Munculnya kode 0 ini

diakibatkan oleh gas-gas yang timbul mayoritas

dihasilkan oleh proses dekomposisi kertas..

Munculnya permasalahan ini bisa dijadikan

pendekatan sesuai dengan tabel analisis roger’s

dengan kode 0 0 1 yang mengindikasikan adanya

kegagalan thermal < 150

0

C.

4.4

Generator Transformer No-Load

Pada kondisi generator transformer

no-load, dilakukan pengambilan sampel minyak

pada tanggal 3 Juni 2010 saat maintenance

didapat :

Pada nilai perbandingan fault gas C

2

H

2

/

C

2

H

4

digunakan pernbandingan 1 / 63,76,

padahal nilai C

2

H

2

= 0, hal ini dikarenakan

menurut aturan roger’s detection limit untuk gas

C

2

H

2

adalah 1 ppm. Sedangkan untuk nilai H

2

detection limitnya adalah sebesar 5 ppm.

Dari

tabel

5.12

dapat

diketahui

perbandingan fault gas C

2

H

2

/C

2

H

4

sebesar 0,015,

CH

4

/H

2

sebesar 1,236 dan C

2

H

4

/C

2

H

6

sebesar

37,06. Dengan mengacu pada kode range rasio

tabel roger’s didapatkan kode 0 2 2. Digit kode 0

2 2 pada tabel analisis roger’s menunjukkan

bahwa pada transformator telah terjadi kegagalan

thermal >700

0

C.

V.

PENUTUP

5.1

Kesimpulan

Dari Kerja Praktek yang penulis lakukan di

PLTU Unit 3 Tambak Lorok Semarang dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut :

1.

Biaya perawatan sistem eksitasi tanpa

sikat (brushless excitation) relatif lebih

rendah daripada sistem dengan sikat

karena tidak membutuhkan adanya slip

ring, dan sikat.

2.

Nilai arus eksitasi harus dijaga agar

selalu sesuai dengan arus dasar pada

sistem eksitasi sehingga kestabilan

sistem secara keseluruhan tetap stabil.

3.

Sistem eksitasi yang baik memiliki

respon

yang

cepat

ketika

terjadi

gangguan internal maupun eksternal

yang mempengaruhi kinerja generator.

5.2

Saran

1.

Untuk menghasilkan tegangan sistem

yang stabil, besarnya arus eksitasi harus

selalu diperhatikan berkaitan dengan

fluktuasi beban yang terjadi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkitan

Energi Listrik. Jakarta: Erlangga.

[3] Marsudi, Djiteng. 2006. Operasi Sistem

[4] Pudjanarsa, Astu dan Djati Nursuhud. 2006.

Mesin Konversi Energi. Yogyakarta :

Penerbit Andi

[5] Sulasno, Ir. 2004. Dasar Teknik Konservasi

Energi Listrik dan Sistem Pengaturan.

Semarang: Badan Penerbit Universitas

Diponegoro.

[6]

http://dunia-

listrik.blogspot.com/2009/06/sistem-eksitasi.html, diakses 15 Juni 2010

BIODATA PENULIS

Muhammad Imam Fauzi (L2F007054) lahir di

Cilacap, 9 Juni 1989. Telah menempuh

pendidikan di TK Puspita Cilacap, kemudian

melanjutkan di SDN 1 Tegalreja Cilacap. Lulus

kemudian melanjutkan di SLTPN 1 Cilacap.

Lulus tahun 2004, lalu melanjutkan di SMAN 1

Cilacap. Saat ini sedang menempuh pendidikan

Strata 1 di Universitas Diponegoro Konsentrasi

Ketenagaan.

Semarang, Oktober 2010

Mengetahui

Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Joko Windarto, MT

NIP. 196405261989031002

Mahasiswa Kerja Praktek

Muhammad Imam Fauzi

L2F007054