2.1. Sistem Catu Daya Listrik
Untuk menjamin keselamatan penerbangan, sangatlah perlu adanya lampu – lampu pendaratan dan alat bantu telekomunikasi dan navigasi udara yang mempunyai integritas dan kehandalan yang tinggi. Sehingga sumber catu daya listrik yang handal sangatlah penting dalam dunia penerbangan untuk mensupplai jaringan listrik di bandar udara tersebut. Maka dari itu sumber catu daya listrik dibagi menjadi 2 yaitu :
2.1..1Sumber Catu Daya Primer (Utama)
Sumber catu daya utama di bandar udara, umumnya adalah tegangan menengah 20 kV, 50 Hz, 3 phasa yang biasanya disupplai oleh PLN. PLN menyediakan sebuah atau beberapa buah gardu trafo distribusi, tergantung dari kapasitas daya yang disupplai,serta situasi dan tata letak fasilitas di bandar udara tersebut. Catu daya tersebut disambungkan dari satu atau lebih jaringan distribusi TM PLN 20 kV yang terdekat. Lokasi gardu trafo distribusi PLN umumnya dipilih
sedekat mungkin atau dibawah satu atap dengan genset di Bandar udara tersebut. Untuk distribusi internal catu daya utama dan catu daya cadangan dari genset digunakan distribusi daya TR 220/380 volt atau TM 6 KV, dan dibeberapa bandar udara menggunakan 20 kV. Sesuai dengan kriteria dari sistem tenaga listrik di bandar udara bahwa suatu bandar udara harus terbagi ke dalam sebuah pembagian beban yaitu beban prioritas dan non prioritas.
2.1.1.1. Beban Prioritas
Terdiri dari technical fasilitas dan general fasilitas, dimana mereka memerlukan sumber catu daya kontinu dimana hanya pemutusan sesaat yang diperkenankan bahkan tanpa pemutusan sehingga harus dilengkapi dengan automatic start genset. Beban yang termasuk dalam technical equipment meliputi :
a. Radio aids
b. Operation building c. Visual aids
d. Metereologi
e. Lighting di power house
Beban yang termasuk dalam general equipment meliputi :
a. Passenger terminal b. Check in counter
d. Security system e. Water plant
f. Freight terminal
g. Lampu – lampu apron h. PKP-PK (fire station)
i. Boarding bridge
2.1.1.2. Beban Non Prioritas
Sumber daya dari PLN baik medium voltage maupun low voltage tidak mempunyai persyaratan khusus mengenai sumber daya cadangan. Termasuk kelompok ini yaitu non priority adalah :
a. Air conditioning
b. Sebagian lighting pada terminal
c. Road and car park d. Commercial installation
e. Sebagian apron lighting
2.1.2.Sumber Catu Daya Cadangan
Sesuai dengan ICAO (international civil aviation organitation),
dalam annex 14, chapter 8 terdapat persyaratan ketersediaan catu daya cadangan untuk visual aids (lampu pendaratan pesawat) dan dalam annex 10, volume I, part I, chapter 2 untuk alat bantu radio (radio aids), termasuk lamanya waktu pindah saklar/switch over timenya.
Berikut ini adalah tabel mengenai persyaratan ICAO untuk ketersediaan catu daya cadangan yang sesuai standar :
Tabel 2.1 Persyaratan Catu Daya Cadangan Alat Bantu Visual (Annex 14)
Klasifikasi Runway Alat Bantu Visual Waktu Maksimum
Switch Over
Precision Approach Category I
Approach lighting system 15 detik Runway edge light 15 detik Runway threshold light 15 detik Runway end light 15 detik Essential taxiway light 15 detik
Obstacle light 15 detik
Precision Approach Category II
Approach lighting system 1 detik Runway edge light 15 detik Runway threshold light 1 detik
Runway end light 1 detik
Runway center line light 1 detik Runway touchdown zone 1 detik Stop bar pada posisi taxi
-holding 1 detik
Essential taxiway light dan
stop bar lainnya 15 detik
Obstacle light 15 detik
Precision Approach
Tabel 2.2 : Persyaratan Catu Daya Cadangan Untuk Radio Aids (Annex 10)
Klasifikasi Runway Radio Aids Waktu Maksimum
Switch Over
Precision Approach Category I
ILS localizer 10 detik
ILS glide path 10 detik
ILS middle marker 10 detik ILS outer marker 10 detik
P A R 10 detik
Precision Approach Category II
ILS localizer 0 detik
ILS glide path 0 detik
ILS inner marker 1 detik ILS middle marker 1 detik ILS outer marker 10 detik Precision Approach
Category III (sama dengan category II) Sama dengan category II
2..2 Jaringan Transmisi
Jaringan transmisi adalah saluran tegangan listrik dengan kapasitas tegangan yang tinggi agar dapat meminimalkan rugi-rugi daya disaluran. Contoh dari saluran transmisi di Indonesia adalah : SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi) dengan tegangan kerja 70-150 KV, SUTET (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi) dengan tegangan kerja 500 KV.
2..3 Jaringan Distribusi
Jaringan distribusi merupakan jaringan yang mempunyai sistem tersendiri dari pusat pengatur distribusi (Distribution Control Centre) DCC, saluran tegangan menengah (6 KV dan 20 KV, biasa juga disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, gardu distribusi tegangan menengah yang terdiri dari panel – panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel – panel distribusi tegangan rendah (380 V, 220 V) yang menghasilkan tegangan kerja/tegangan jala-jala untuk industry dan konsumen perumahan.
2.4. Genset (Generating Set)
Genset adalah salah satu pembangkit listrik yang sering digunakan. Pembangkit listrik ini memanfaatkan tenaga mesin diesel untuk menghasilkan tenaga listrik sehingga disebut juga PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel). Genset terdiri dari dua bagian utama yaitu Penggerak Mula (Prime Mover) dan Alternator. [3]
2.4.1.Prime Mover
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel atau PLTD adalah suatu stasiun pembangkit tenaga, di mana sebagai penggerak mulanya adalah sebuah mesin diesel yang mendapat energy dari bahan bakar cair yang dikenal sebagai minyak solar, dan merubah energy tersebut
menjadi energy mekanik dan dikopel dengan sebuah generator untuk mengubah energy mekanik dari mesin diesel menjadi energy listrik.
Kebanyakan mesin diesel siklus operasinya empat langkah, karena lebih efisien dibandingkan dengan mesin dua langkah. Diesel mendapatkan daya dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder mesin atau dengan kata lain proses kerja ini disebut siklus Otto yang ditemukan oleh insinyur jerman bernama Otto pada tahun 1876. Pembakaran bahan bakar tersebut menghasilkan kenaikan temperature dan tekanan di dalam silinder mesin. Dan tahanan yang dibangkitkan mendorong piston yang terdapat pada silinder mesin.
Daya mekanik yang dibangkitkan, diteruskan ke batang engkol (connecting rod), yang dipasang pada poros engkol (crank shaft) untuk meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Mesin 4-Langkah
Pada sebuah mesin yang mempergunakan siklus percikan kompresi tidak dipergunakan busi. Percikan terjadi karena suhu tinggi disebabkan oleh kompresi udara yang tinggi di silinder. Mesin ini
sering disebut juga motor diesel sesuai dengan nama pembuatnya, yaitu seorang Jerman yang bernama Rudolf Diesel. Pada mesin ini penambahan panas atau energy senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan.
2.4.2.Alternator
Alternator merupakan generator yang paling umum digunakan dalam pembangkitan energy listrik bolak-balik. Konstruksi alternator dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Generator Sinkron
Komponen terpenting dari alternator terdiri dua bagian utama yaitu stator dan rotor.
1. Stator
Stator terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : a. Rangka Stator
Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga jangkar generator, yang terbuat dari besi tuang dan dilengkapi dengan slot-slot (parit) sebagai tempat melekatnya kumparan jangkar. Rangka stator memiliki celah yang berfungsi sebagai ventilasi udara, sehingga udara keluar masuk dalam inti stator sebagai pendingin. b. Inti Stator
Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic khusus yang terpasang ke rangka stator. Laminasi-laminasi diisolasi satu sama lain dan mempunyai jarak antara laminasi yang memungkinkan udara pendingin lewat. Di sekeliling inti terdapat slot-slot tempat melekatkan konduktor / belitan jangkar.
c. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Kumparan jangkar merupakan kumparan tempat timbulnya ggl induksi, sehingga melalui terminal output kumparan jangkar, yang merupakan terminal output generator, diperoleh energy listrik yang siap untuk disalurkan.
2. Rotor
Rotor terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : a. Slip Ring
Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan
rotor dipasangkan ke slip ring. Slip ring kemudian dihubungkan ke sumber DC daya luar melalui sikat (brush) yang ditempatkan menempel pada slip ring. Sikat ini merupakan batang grafit yang terbuat dari senyawa korban yang bersifat konduktif dan memiliki koefisien gaya gesekan yang sangat rendah.
b. Kumparan Rotor (medan)
Kumparan medan merupakan unsure yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan medan ini ditempatkan di bagian rotor dari generator. Kumparan ini mendapatkan arus searah dari sumber eksitasi tertentu.
c. Poros Rotor
Poros rotor merupakan tempat peletakkan kumparan medan, di mana pada poros rotor terbentuk slot-slot secara parallel terhadap poros rotor sehingga penempatan kumparan medan dapat diatur sesuai dengan rancangan yang dikehendaki.
2.4.3.Prinsip Kerja
Suatu mesin listrik (generator atau motor) akan berfungsi bila memiliki :
1. Kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet;
2. Kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor-konduktor yang terletak pada alur-alur jangkar; dan
3. Celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet.
Untuk menghasilkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan maka fluks magnetic yang memotong kumparan harus berubah. Dengan kata lain ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung penghantar atau kumparan adalah sebanding dengan laju perubahan fluks magnetic yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut, yang dirumuskan oleh :
E = -N ( dΦ / dt )
Dimana Φ = B.A.cosθ, sehingga menjadi, E = -N.B.A ( d(cosθ) / dt )
Laju perubahan fluks magnetic ini bisa disebabkan oleh salah satu perubahan berikut :
1. Perubahan luas bidang kumparan A (B dan θ tetap); 2. Perubahan besar induksi magnetic B (A dan θ tetap);
3. Perubahan sudut θ antara B dan dengan arah normal bidang.
Khusus untuk generator, timbulnya ggl induksi disebabkan oleh perubahan sudut θ antara B dan arah normal bidang. Inilah yang mendasari bagaimana generator sinkron dapat menghasilkan energy listrik.
Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut :
1. Kumparan medan yang diletakkan di rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan mensuplai arus searah terhadap
kumparan medan. Dengan adanya arus yang mengalir melalui kumparan medan akan menimbulkan fluks magnetic yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.
2. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar dengan kecepatan tertentu sesuai dengan diharapkan.
3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Dengan demikian, kumparan jangkar yang terletak di stator akan dilingkupi oleh fluks magnetic yang berubah-ubah besarnya setiap waktu. Adanya perubahan fluks magnetic terhadap yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut. Untuk generator sinkron tiga fasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 120o satu sama lain. Setelah itu ketiga
terminal kumparan siap dioperasikan untuk menghasilkan energy listrik.
2.4.4.Sistem Penguatan (Exciter)
Sistem penguatan generator sinkron terus mengalami perkembangan seirig dengan peningkatan kapasitas generator itu
sendiri. Pada generator sinkron, arus medan yang diperlukan untuk membangkitkan medan magnet rotor disuplai dari sumber daya DC tertentu. Karena kumparan medan terletak pada rotor yang berputar, maka diperlukan perancangan khusus untuk membentuk rangkaian sumber daya DC terhadap kumparan medan. [2]
2.4.4.1. DC Exciter
Prinsip DC exciter ini adalah pengkopelan poros secara mekanis dari suatu generator sinkron dengan sebuah generator arus searah untuk mensuplai arus searah pada belitan medan di rotornya diperlihatkan pada gambar 2.4
Gambar 2.4. Generator sinkron yang menerima arus penguat medan dari generator DC
Dari gambar di atas terlihat bahwa pada generator sinkron tersebut antara generator utama dan generator DC sebagai pensuplai arus medan pada belitan medannya dikopel secara langsung dengan shaft pada masing-masing generator.
2.4.4.2. Brushless Exciter
Brushless Exciter (exciter tanpa sikat) diaplikasikan pada mesin sinkron, dimana suplai arus searah ke belitan medan dilaksanakan tanpa melalui sikat. Biasanya arus searah yang disuplai ke belitan medan berasal dari generator arus bolak-balik yang memiliki shaft yang sama dengan generator utama. Output dari generator bolak-balik (exciter) ini dikonversikan menjadi arus searah dengan penyearah yang diletakkan pada bagian shaft ataupun pada bagian dalam dari rotor generator sinkron. Sistem kerjanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.5. Sistem Brushless Excitation
Pada gambar di atas terlihat bahwa untuk menghindari adanya kontak geser pada bagian rotor generator sinkron, maka exciter-nya dirancang sedemikian sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung disampaikan ke
bagian belitan medan dari generator sinkron. Hal ini dimungkinkan karena diode penyearah ditempatkan pada bagian shaft yang dimiliki bersama-sama oleh rotor generator sinkron dan exciter-nya, kemudian pada shaft inilah diode penyearah diletakkan.
Arus medan pada generator sinkron langsung dikontrol oleh arus yang mengalir pada medan exciter, dan dalam hal ini exciter berfungsi sebagai suatu power amplifier. Diode penyearah yang dipergunakan dirancang sedemikian rupa sehingga mampu bertahan melawan daya sentrifugal yang dirasakannya.
2.5. Sinkronisasi Generator
Paralel generator dapat diartikan menggabungkan dua buah generator atau lebih dan kemudian dioperasikan bersama – sama dengan tujuan : [3]
1. Mendapatkan daya yang lebih besar.
2. Untuk effisiensi (menghemat biaya pemakaian operasional dan menghemat biaya pembelian).
3. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator. 4. Untuk menjamin kontinyuitas ketersediaan daya listrik.
Jika kita hendak memparalelkan dua generator atau lebih tentunya kita harus memperhatikan beberapa persyaratan parallel generator tersebut. Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi adalah, [6]
1. Tegangan kedua generator harus mempunyai amplitudo yang sama.
2. Tegangan kedua generator harus mempunyai frekwensi yang sama, dan
3. Tegangan antar generator harus sefasa. Dengan persyaratan diatas berlaku apabila,
1. Lebih dari dua generator yang akan kerja parallel. 2. Dua atau lebih system yang akan dihubungkan sejajar. 3. Generator atau pusat tenaga listrik yang akan dihubungkan
pada sebuah jaringan.
Namun apabila persyaratan parallel antar generator tidak terpenuhi maka :
1. Jika Frekwensi tidak sama.
Berdasarkan rumus f = (p x n) / 120 , maka terdapat hubungan kesebandingan antara f dan n, jika frekwensi tidak sama atau f1 > f2, maka seolah – olah generator
pertama (G1) akan menarik generator kedua (G2). Dan G2
2. Jika Tegangan tidak sama.
Gambar 2.6. Diagram Parallel 2 Generator
Dari diagram di atas, diketahui bahwa G1 dengan tegangan
ouput E1/phasa dan tegangan G2 adalah E2/phasa, dan R beban
atau busbar = 0. Dengan hokum kirchoff, bahwa Σ E = 0. [2] Pada loop 1, E1 – E2 – (I1 x Rbusbar) = 0
E1 – E2 – I1 x 0 = 0
Karena G1 paralel G2 maka, E1 = E2, sehingga
E1 – E1 – I1 x Rbusbar = 0
I1 = (0 / Rbusbar) = 0
Apabila E1 ≠ E2 maka, E1 – E2 = ED
I1 = (ED / Rbusbar) = ED/0 = ~
2.5.2.Jenis Sinkronisasi
Seperti telah dijelaskan diawal, bahwa sinkronisasi adalah proses menyamakan tegangan, frekuensi, sudut phase, dan sequence phase antara 2 sumber daya AC. Maka berdasarkan arah atau susunan peralatan pada system tenaga listrik, sinkronisasi dibagi menjadi 2 jenis, yaitu : [6]
1. Forward Synchronization (sinkronisasi maju), yaitu proses sinkronisasi generator ke dalam system atau busbar. [6]
Gambar 2.7. Forward Synchronization
2. Reverse Synchronization atau Backward Synchronization (sinkronisasi terbalik), biasanya terjadi pada system tenaga listrik di suatu pabrik, dimana suatu jaringan suplai akan digabungkan ke dalam suatu jaringan system atau busbar yang ada. Pada kondisi ini tidak dimungkinkan untuk mengatur parameter sinkron pada sisi incoming (jaringan yang akan disinkronkan), yang terpenting CB (PMT) dari
beban – beban pada jaringan suplai (grid supply) dalam keadaan terbuka. [6]
Gambar 2.8. Reverse Synchronization
2.5.3.Peralatan Instrumentasi Untuk Proses Sinkronisasi
a. Double Voltmeter
Adalah voltmeter dengan tampilan 2 pengukuran tegangan yaitu tegangan dari peralatan yang akan disinkron (generator) dan tegangan system yang bekerja simultan. [5]
b. Double Frequency Meter
Menampilkan nilai frekuensi dari kedua sumber AC. [5]
Gambar 2.10. Double Frequency Meter
c. Synchronoscope
Alat yang digunakan untuk mengetahui sudut phasa dari kedua sumber. Terdiri dari jarum berputar (rotating pointer), jika jarum berputar tersebut berada pada posisi tepat di jam 12, maka sudut phase dari kedua sumber sama dengan nol dan dapat dikatakan kedua sumber “sefase”, dalam sudut phase yang sama. [5]
