Analisa Pengaruh Arus Eksitasi trhadap Pembebanan di PLTA Cirata Unit 2

LAPORAN PRAKTIK KERJA LAPANGAN

Di PT PEMBANGKITAN JAWA BALI UP CIRATA

Tegal Waru, Plered, Purwakarta.

ANALISA PENGARUH ARUS EKSITASI GENERATOR TERHADAP

PEMBEBANAN PADA PLTA CIRATA UNIT 2

Disusun sebagai salah satu tugas mata kuliah Praktik Kerja Lapangan/Seminar pada

Semester VII

Disusun Oleh:

Aditia Kurniawan

121724002

DEPARTEMEN TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

i

POLITEKNIK

NEGERI BANDUNG PT. PEMBANGKITAN

JAWA BALI

LEMBAR PENGESAHAN

Nama : Aditia Kurniawan

NIM : 121724002

Jurusan/ Program Studi : Teknik Konversi Energi / D-4 Teknologi

Pembangkit Tenaga Listrik.

Judul Laporan : Analisa Pengaruh Arus Eksitasi Generator terhadap

Pembebanan Pada PLTA Cirata Unit 2

Tempat Kerja Praktik : PT. PJB UP. Cirata

Waktu Kerja Praktik : 29 Juli 2015 – 27 Agustus 2015

Telah diperiksa dan disetujui oleh

Pembimbing Lapangan Dosen Pembimbing

M.Muslih Mafruddin.

Dr. Hartono Budi Santoso, M.T

NIP. 196611071995121002

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi

Politeknik Negeri Bandung

Ahmad Deni Mulyadi M.T

NIP. 196306231992031002

ii

POLITEKNIK


JAWA BALI

KATA PENGANTAR

Segala puja dan puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan

rahmat serta karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan praktik kerja

lapangan tentang “Analisa Pengaruh Arus Eksitasi Generator terhadap Pembebanan Pada

PLTA Cirata unit 2”.

Dalam penyelesaian laporan ini, penulis banyak mendapat bantuan dan dorongan dari

berbagai pihak, baik yang berupa moril, maupun materil yang sangat berarti bagi

penyelesaian laporan ini. Oleh karenanya penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Wisrawan Wahju Pribowo, selaku General Manager di UP Cirata PT.PJB.

2. Bapak Dr. Hartono Budi Santoso, M.T selaku dosen pembimbing di Politeknik

Negeri Bandung.

3. Bapak Ahmad Deni Mulyadi, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi.

4. Bapak Ir. Teguh Sasono, M.T, selaku Ketua Prodi Teknologi Pembangkit Tenaga

Listrik.

5. Ibu Siti Saodah, M.T, selaku Koordinator Kerja Praktik Lapangan Teknik Konveri

Energi.

6. Bapak M. Muslih Mafruddin, selaku supervisor, mentor dan pembimbing lapangan

di PLTA Cirata PT.PJB.

7. Bapak Achmad Awaludin, selaku superpvisor HAR Listrik di PLTA Cirata PT.PJB.

8. Bapak Iwa Koesnandar, selaku supervisor HAR Konin di PLTA Cirata PT.PJB.

9. Seluruh staf dan rekan-rekan OJT HAR Listrik di PLTA Cirata PT.PJB.

10. Pimpinan dan Staf GITET Cirata Baru APP Karawang PT.PLN PERSERO.

Penulis menyadari dengan keterbatasan pengetahuan penulis dan luasnya materi

penulisan laporan ini sangatlah jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu dengan segala

kerendahan hati, penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran yang sifatnya

membangun dan mengarah kepada yang lebih baik dari semua pihak.

Semoga laporan praktikum ini dapat mendatangkan manfaat bagi pembaca umumnya

dan bagi penulis sendiri khususnya.

Bandung, November 2015

Penulis

iii

POLITEKNIK


JAWA BALI

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................. i

KATA PENGANTAR ......................................................................................................... ii

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... v

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................................................ 2

1.5 Tempat dan waktu Pelaksanaan ............................................................................... 2

1.6 Metode Pengumpulan Data ....................................................................................... 2

1.7 Profil UP Cirata PT.PJB ........................................................................................... 3

1.7.1 Sejarah Singkat ................................................................................................... 3

1.7.2 Penjelasan Umum PLTA Cirata ........................................................................ 3

1.7.3 Sistem Water Way .............................................................................................. 5

1.7.4 Proses Produksi PLTA Cirata ........................................................................... 6

1.7.5 Peran PLTA Cirata di Sistem JAMALI ........................................................... 7

BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................................. 8

2.1 Medan Magnet ............................................................................................................ 8

2.2 Induksi Elektromagnetik ........................................................................................... 9

2.3 Generator Sinkron ................................................................................................... 11

2.4 Sistem Eksitasi .......................................................................................................... 15

2.5 Jenis-Jenis Beban ..................................................................................................... 17

BAB III SISTEM EKSITASI PLTA CIRATA UNIT 2 ................................................. 21

3.1 Skematik Sistem Eksitasi ......................................................................................... 21

3.2 Pengaturan Sistem Eksitasi Dalam Kondisis Berbeban ....................................... 22

3.3 Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2 ...................................................................... 23

3.4 Spesifikasi Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2 ................................................... 26

BAB IV ANALISIS DATA ............................................................................................... 31

4.1 Cara Kerja Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2 .................................................. 31

4.2 Pengaruh Arus Eksitasi Generator Terhadap Pembebanan ............................... 32

iv

POLITEKNIK


JAWA BALI

BAB V PENUTUP ............................................................................................................. 36

5.1 Simpulan ................................................................................................................... 36

5.2 Saran ......................................................................................................................... 36

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... vi

LAMPIRAN ........................................................................................................................ vi

v

POLITEKNIK


JAWA BALI

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Lokasi Unit Pembangkitan Cirata ...................................................................... 4

Gambar 1.2 Power House PLTA Cirata ................................................................................ 5

Gambar 1.3 Sistem Water Way PLTA Cirata ........................................................................ 5

Gambar 1.11 Proses Produksi PLTA Cirata .......................................................................... 6

Gambar 2.1 Kutub Magnet Bumi .......................................................................................... 8

Gambar 2.2 Bentuk Garis-Garis Gaya Magnet pada Magnet Batang ................................... 9

Gambar 2.3 Macam-macam Bentuk Magnet yang Umum Dibuat ........................................ 9

Gambar 2.4 Gaya Gerak Listrik Induksi ............................................................................. 10

Gambar 2.5 Generator Sinkron ............................................................................................ 12

Gambar 2.6 Konstruksi Generator Sinkron ......................................................................... 12

Gambar 2.7 Sistem Eksitasi Statis ....................................................................................... 16

Gambar 2.8 Sistem Eksitasi Dinamik .................................................................................. 16

Gambar 2.9 Sistem Eksitasi Tanpa Sikat ............................................................................ 17

Gambar 2.10 Bentuk Gelombang Beban Resistif ................................................................ 18

Gambar 2.11 Bentuk Gelombang Beban Induktif ............................................................... 19

Gambar 2.12 Bentuk Gelombang Beban Kapasitif ............................................................. 20

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Eksitasi ......................................................................... 21

Gambar 3.2 Single Line Diagram Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2 ............................. 24

Gambar 3.3 Spesifikasi Sistem Eksitasi Generator PLTA Cirata Unit 2 ............................ 26

Gambar 3.4 Spesifikasi Generator PLTA Cirata Unit 2 ...................................................... 26

Gambar 3.5 Spesifikasi Battery Sistem Eksitasi PLTA Cirata unit 2 ................................. 27

Gambar 3.6 Spesifikasi Trafo Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2 ................................... 27

Gambar 3.7 Spesifikasi Thyristor Rectifier PLTA Cirata Unit 2 ........................................ 28

Gambar 3.8 Spesifikasi Field Discharge Device PLTA Cirata Unit 2 ................................ 28

Gambar 3.9 Spesifikasi Ventilation Unit PLTA Cirata Unit 2 ............................................ 29

Gambar 3.10 Spesifikasi Over Voltage Protection PLTA Cirata Unit 2............................. 29

Gambar 3.11 Spesifikasi Field Flashing PLTA Cirata Unit 2 ............................................ 30

Gambar 4.1 Grafik Pembebanan terhadap Tegangan Terminal .......................................... 33

Gambar 4.2 Grafik Pembebanan terhadap Arus Eksitasi .................................................... 34

Gambar 4.3 Grafik Pembebanan terhadap Tegangan Terminal dan Arus Eksitasi ............. 35

Gambar 5.1 Wiring Diagram Rotor Generator .................................................................... vi

vi

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 5.2 Wiring Diagram Excitation Flashing ............................................................... vi

Gambar 5.3 Wiring Diagram Excitation Rectifier............................................................... vii

Gambar 5.4 Wiring Diagram Excitation Transformer ....................................................... viii

1

POLITEKNIK


JAWA BALI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem eksitasi merupakan salah satu bagian terpenting dalam proses pembangkitan

tenaga listrik, khususnya pada generator. Sistem eksitasi pada generator berfungsi untuk

menghasilkan medan magnet pada kumparan medan di rotor, sehingga ketika rotor yang

dikopel dengan prime mover berputar, maka akan timbul medan putar yang akan

menginduksi kumparan jangkar pada stator, sehingga pada kumparan jangkar akan timbul

fluks magnetik yang besarnya berubah-ubah terhadap waktu. Dengan adanya fluks magnetik

yang melingkupi kumparan jangkar pada stator ini, maka pada ujung kumparan tersebut

timbul ggl induksi atau tegangan listrik.

Pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) Cirata, sistem eksitasi diatur menggunakan

alat yang disebut Automatic Voltage Regulator (AVR). AVR ini bekerja dengan cara

mengatur besarnya arus eksitasi yang diinjeksikan ke kumparan medan pada rotor generator

untuk menghasilkan ggl induki atau tegangan yang diinginkan sesuai dengan pembebanan

yang diterapkan.

Di Indonesia, pembebanan diatur oleh PT.PLN PERSERO khususnya oleh unit Pusat

Penyalur dan Pengatur Beban (P3B). Unit P3B ini akan mengatur besarnya pembagian beban

untuk masing-masing pembangkit tenaga listrik melalui sistem jaringan interkoneksi Jawa-

Madura-Bali (Jamali) 500 KV yang menghubungkan antara pusat beban dengan pusat

pembangkitan tenaga listrik.

Pembebanan yang dibebankan pada pembangkit setiap waktunya berubah-ubah. Oleh

karenanya suatu pembangkit tenaga listrik harus mampu membangkitkan daya listrik sesuai

dengan besarnya beban yang berubah-ubah tersebut. Pada pembangkit tenaga listrik,

fluktuasi pembebanan ini dapat diatasi dengan mengatur bukaan katup air atau uap dan

jumlah arus eksitasi yang diinjeksikan pada rotor generator pada putaran rotor yang konstan

oleh AVR sehingga dihasilkan daya listrik yang sesuai dengan pembebanan yang diterapkan.

Dengan pentingnya fungsi sistem eksitasi pada suatu pembangkit tenaga listrik, maka

pada laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas mengenai jenis, cara kerja, dan

pengoperasian sistem eksitasi serta akan membahas pengaruh pengaturan arus eksitasi pada

generator terhadap pembebanan di PLTA Cirata PT.PJB.

2

POLITEKNIK


JAWA BALI

1.2 Rumusan Masalah

Adapun masalah yang diangkat untuk dibahas pada laporan kerja praktek ini yakni

sebagai berikut:

1. Bagaimana cara kerja sistem eksitasi pada generator di PLTA Cirata PT.PJB?

2. Bagaimana pengaruh arus eksitasi generator terhadap pembebanan pada PLTA

Cirata Unit 2?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penulisan laporan kerja praktek ini adalah sebagi berikut:

Mengetahui fungsi sistem eksitasi pada pembangkit tenaga listrik

Mengetahui jenis sistem eksitasi pada generator di PLTA Cirata PT.PJB

Mengetahui cara kerja sistem eksitasi pada generator di PLTA Cirata PT.PJB

Mengetahui pengaruh pembebanan terhadap pengaturan arus eksitasi pada generator

di PLTA Cirata PT.PJB

1.4 Batasan Masalah

Laporan kerja praktek ini hanya akan membahas jenis, cara kerja, dan pengoperasian

sistem eksitasi serta akan membahas pengaruh pembebanan terhadap pengaturan arus

eksitasi pada generator di PLTA Cirata PT.PJB

1.5 Tempat dan waktu Pelaksanaan

Kerja praktek dilakukan di PLTA Cirata, UP Cirata PT.PJB, Plered, Purwakarta, Jawa

Barat, pada tanggal 29 Juli 2015 sampai 27 Agustus 2015.

1.6 Metode Pengumpulan Data

Menurut Arikunto (2006:158), “Pengumpulan data merupakan teknik untuk

memperoleh informasi yang dibutuhkan dalam rangka mencapai tujuan penelitian”.

Pada kerja praktik kali ini, pengumpulan data dilakukan dengan metode studi literatur,

wawancara, dan dokumentasi. Pengumpulan data dengan metode studi literatur dilakukan

dengan cara mencari sumber referensi di perpustakaan PLTA Cirata dari jurnal dan laporan

PA karyawan PLTA Cirata. Untuk metode wawancara dilakukan dengan mewawancarai

karyawan PLTA Cirata yang ahli dan kompeten dibidang pemeliharaan listrik dan sistem

kontrol. Sedangkan metode dokumentasi dilakukan untuk memperoleh data operasional

harian di PLTA Cirata, data-data ini yang nantinya akan dianalisis.

3

POLITEKNIK


JAWA BALI

1.7 Profil UP Cirata PT.PJB

1.7.1 Sejarah Singkat

PLTA Cirata, sejak pertama dioperasikan pada tahun 1988 dikelola oleh PT. PLN

(persero) Pembangkitan dan Penyaluran Jawa Bagian Barat (PT. PLN KJB) Sektor Cirata.

Pada tahun 1995 terjadi restruktirisasi di PT PLN (Persero) yang mengakibatkan

pembentukan 2 anak perusahaan pada tanggal 3 Oktober 1995, yaitu PT. PLN Pembangkit

Tenaga Listrik Jawa-Bali (PT. PLN PJB 1) dan PT. PLN Pembangkit Tenaga Listrik Jawa-

Bali (PT. PLN PJB II), sehingga Sektor Cirata masuk wilayah kerja PT PLN Pembangkit

Tenaga Listrik Jawa-Bali II. Kemudian pada tahun 1997, Sektor Cirata berubah nama

menjadi PT PLN Pembangkit Tenaga Listrik Jawa – Bali II Unit Pembangkit Cirata (UP

Cirata)

1.7.2 Penjelasan Umum PLTA Cirata

Waduk Cirata terbentuk dari adanya genangan air seluas 62 km2 akibat pembangunan

waduk yang membendung Sungai Citarum. Genangan waduk tersebut tersebar di 3 (tiga)

kabupaten, yaitu Kabupaten Cianjur, Purwakarta dan Kabupaten Bandung. Genangan air

terluas terdapat di Kabupaten Cianjur.

Dalam memenuhi kebutuhan listrik yang semakin meningkat, pemerintah menentukan

kebijakan penghematan bahan bakar minyak. Pemanfaatan potensi tenaga air sebagai

sumber energi tenaga listrik makin bertambah dan penting mengingat keterbatasan sumber

energi primer disamping usaha konversi air. Pembangunan proyek PLTA Cirata

merupakan salah satu cara pemanfaatan potensi tenaga air di Sungai Citarum. PLTA Cirata

terletak di wilayah Kabupaten Bandung, kurang lebih 60 km sebelah Barat Laut atau 100

km dari kota Jakarta melalui jalan Purwakarta. Unit Pembangkitan Cirata merupakan salah

satu Unit Pembangkit listrik tenaga air yang dimiliki oleh PT. PJB yang berlokasi di Desa

Cadas Sari, Kecamatan Tegalwaru, Plered, Purwakarta.

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia

Tenggara. PLTA ini memiliki konstruksi power house di bawah tanah dengan kapasitas 8

x 126 MegaWatt (MW) sehingga total kapasitas terpasang 1.008 MegaWatt (MW) dengan

produksi energi listrik rata-rata 1.428 GigaWatthour (GWh) pertahun. Kapasitas 1008 MW

tersebut terdiri dari Cirata I yang memiliki empat unit masing-masing operasi dengan daya

terpasang 126 MW yang mulai dioperasikan tahun 1988 dengan daya terpasang 504 MW,

serta Cirata II yang mulai dioperasikan sejak tahun 1997 dengan daya terpasang 504 MW.

4

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 1.1 Lokasi Unit Pembangkitan Cirata

Sumber: Suryadiningrat, Rian. 2013. Pengoperasian Turbin Generator PLTA Besar dan

Pengoperasian Sistem Penunjang PLTA Besar. UP.Cirata:PT.PJB, Purwakarta

Adapun tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin adalah 112,5 meter dengan debit

air maksimum 135 m3/detik.

PLTA Cirata dibangun dengan komposisi bangunan power house empat lantai di bawah

tanah, dengan ukuran power house yang memiliki panjang 225 m, lebar 35 m, dan tinggi

49,5 m.

Pengoperasian PLTA Cirata dikendalikan dari ruang control switchiyard yang berjarak

sekitar 2 kilometer (km) dari mesin-mesin pembangkit yang terletak di power house.

NO UNIT PABRIK PEMBUAT KAPASITAS MULAI OPERASI

1 PLTA 1 VA-ELIN AUSTRIA 126 MW 25 MEI 1988

2 PLTA 2 VA-ELIN AUSTRIA 126 MW 29 FEB 1988

3 PLTA 3 VA-ELIN AUSTRIA 126 MW 30 SEP 1988

4 PLTA 4 VA-ELIN AUSTRIA 126 MW 10 AGS 1988



7 PLTA 7 VA-ELIN AUSTRIA 126 MW 15 APR 1998

8 PLTA 8 VA-ELIN AUSTRIA 126 MW 15 APR 1998

Tabel 1.1 Kapasitas Terpasang PLTA Cirata



5

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 1.2 Power House PLTA Cirata



1.7.3 Sistem Water Way PLTA Cirata

Water way merupakan saluran atau bangunan yang digunakan untuk menyalurkan air

dari danau atau waduk menuju instalasi turbin. Berikut ini merupakan sistem water way

yang ada pada PLTA Cirata:

Gambar 1.3 Sistem Water Way PLTA Cirata



1. Waduk 5. Surge Tank 9. Draft tube 13. Crane Barge

2. Dam 6. Penstock 10. Tailrace Gate

3. Intake Gate 7. Inlet Valve 11. Spilway Gate

4. Headrace Tunnel 8. Spiral Case 12. Diversion tunnel

6

POLITEKNIK


JAWA BALI

1.7.4 Proses Produksi PLTA Cirata

Proses pembangkitan listrik di PLTA Cirata adalah dengan memanfaatkan debit aliran

sungai yang kemudian masuk ke dalam suatu power house sebelum menghasilkan daya

suatu listrik. Proses produksi pembangkitan listrik di PLTA UP Cirata dapat dilihat pada

Gambar berikut:

Gambar 1.11 Proses Produksi PLTA Cirata



Keterangan :

1. Waduk 9. Spiral Casing

2. Water Intake 10. Turbin

3. Dam Control Centre (DCC) 11. Draft tube

4. Headrace Tunnel 12. Tail race

5. Surge Tank 13. Transformator

6. Penstock 14. Gardu Induk (GI)

7. Inlet Valve 15. SUTET

8. Generator

7

POLITEKNIK


JAWA BALI

Dalam proses produksi energi listrik, PLTA Cirata memanfaatkan air sebagai energi

primer dari sungai Citarum yang memiliki debit air cukup besar dan ditampung di waduk

kemudian dialirkan melalui pintu air (Intake Gate) sebagai pintu pembuka dan penutup

aliran air dari waduk menuju generator turbin, sedangkan monitoring kondisi waduk seperti

elevasi air dilakukan dari pusat pengendalian bendungan (Dam Control Centre), selanjutnya

masuk ke dalam terowongan tekan (Headrace tunnel). Sebelum memasuki pipa pesat

(penstock), air melewati tangki pendatar (surge tank) yang berfungsi sebagai pengaman pipa

pesat apabila terjadi tekanan mendadak atau tekanan kejut saat katup utama (main inlet

valve) ditutup seketika. Setelah katup utama dibuka, air masuk kedalam rumah siput (spiral

case). Air yang bergerak deras memutar turbin, dan keluar melalui pipa pembuangan (draft

tube) menuju pintu keluar (tail race gate) sampai ke sungai melalui saluran keluar (tail race

tunnel). Saluran pembuangan (draft tube) berbentuk miring ke atas, maksudnya adalah untuk

menghindari terjadinya kavitasi. Kavitasi adalah berubahnya air atau uap karena tekanan

tempat mencapai uap jenuh. Terjadi proses perubahan energi pada proses tersebut. Air yang

keluar dari waduk menuju pipa pesat (penstock) akan menghasilkan energi potensial.

Selanjutnya air masuk menuju turbin dan menggerakan komponen turbin berupa runner

sehingga terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik. Energi kinetik pada

runner turbin akan berputar menggerakan poros turbin, karena poros turbin disambung dan

digabung dengan poros generator maka akan menyebabkan pergerakan mekanik pada rotor

generator. Rotor generator akan memotong garis-garis gaya magnet yang dihasilkan oleh

kumparan medan di rotor, kemudian akan timbul ggl induksi pada stator generator

(kumparan jangkar) berupa tegangan sebesar 16,5 kV. Energi listrik tersebut yang digunakan

untuk menyuplai beban. Energi listrik dengan tegangan 16,5 kV disalurkan ke trafo utama

(main transformer) untuk mengubah tegangan 16,5 kV akan dinaikan menjadi 500 kV (Step

Up), selanjutnya ke gardu induk (GI) dan disalurkan menuju sistem interkoneksi Jawa-

Madura-Bali 500 kV.

1.7.5 Peran PLTA Cirata di Sistem JAMALI

Kontribusi utama Cirata terhadap sistem Jawa-Madura-Bali yaitu memikul beban

puncak dan beroperasi pada pukul 17.00-22.00 WIB, dengan mode operasi LFC (Load

Frequency Control). Selain itu PLTA Cirata juga sebagai pengendali frekuensi pada

system 500 kV melalui load frequency control (LFC) dan memiliki fasilitas black start dan

line charging bila transmisi 500 kV padam total (Black Out) karena memiliki kemampuan

Start Up operasi/ sinkron ke jaringan 500 KV yang relative cepat ±5 menit.

8

POLITEKNIK


JAWA BALI

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Medan Magnet

Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik atau tolaknya

masih dirasakan oleh magnet lain. Standar satuan energi magnet ini adalah kuat medan

magnet atau rapat fluks magnet (B). Standar internasional untuk rapat fluks magnet ini

adalah Tesla, sedangkan satuan unit medan magnet yang lebih kecil adalah Gauss dimana 1

Tesla = 10.000 Gauss. Bila ditinjau dalam masalah medan listrik terhadap medan magnet,

maka dapat digambarkan dengan Hukum Lorentz sebagai berikut:

𝐹 = 𝑞𝐸 + 𝑞𝑣 × 𝐵

dimana:

F = gaya gerak magnet

qE = kuat medan listrik

qv = arah gerak

B = kuat magnet (rapat fluks magnet)

Gambar 2.1 Kutub Magnet Bumi

Sumber: Anthony, Zuriman.2015. Generator Sinkron, [pdf].

Sumber medan magnet alami dipolalisasikan menjadi 2 kutub, yaitu kutub utara dan

kutub selatan, seperti halnya kutub magnet bumi yang diperlihatkan pada gambar 2.1. Bila

dibuat pula suatu magnet batangan yang mempunyai dua kutub (kutub Utara dan Selatan),

maka garis gaya dari suatu megnet batang ini adalah berupa garis-garis tertutup, seperti yang

diperlihatkan pada gambar 2.2. Jika garis-garis gaya yang terjadi pada magnet ini

9

POLITEKNIK


JAWA BALI

digambarkan, maka akan terlihat garis-garis gaya ini keluar dari kutub Utara magnet dan

masuk ke kutub Selatan magnet (perlihatkan pada gambar 2.2).

Gambar 2.2 Bentuk Garis-Garis Gaya Magnet pada Magnet Batang


Magnet mempunyai kekuatan yang disebut kuat medan magnet. Dari magnet ini timbul

garis-garis gaya magnet yang dapat mempengaruhi benda di sekitarnya, terutama bahan-

bahan yang mudah dipengaruhi medan magnet, seperti besi dan bahan sejenisnya. Gambaran

bentuk benda magnet yang telah umum dibuat diperlihatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Macam-macam Bentuk Magnet yang Umum Dibuat


2.2 Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik ialah gejala terjadinya arus listrik dalam suatu penghantar akibat

adanya perubahan medan magnet disekitar kawat penghantar tersebut. Arus listrik yang

terjadi disebut arus induksi atau arus imbas. Berikut ini ilustrasi terjadinya induksi

elektromagnetik

10

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 2.4 Gaya Gerak Listrik Induksi

Sumber: Nurbaiti. 2015. Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik, [doc]

a. Percobaan Faraday

Sebuah kumparan yang kedua ujngnya dihubungkan dengan galvanometer digerakkan

dalam medan magnet U. Selama kumparan tersebut bergerak dalam medan magnet jarum

galvanometer menyimpang dari kedudukan seimbangnya, ini berarti pada kumparan

terjadi arus listrik. Ketika kumparan digerakkan keluar medan magnet jarum juga

menyimpang, ini berarti bahawa arus kedua berlawanan arah dengan gerakan pertama

seperti yang terlihat pada gambar 2.4.

Pada percobaan diatas dapat dikatakan bahwa pada ujung-ujung kumparan timbul gaya

gerak listrik induksi (ggl = beda potensial). Gaya gerak listrik (GGL) induksi adalah

energi (usaha) untuk memindahkan satu satuan muatan listrik yang dinyatakan sebagai

berikut:

𝜀𝑖𝑛𝑑 = −𝐵 × 𝜄 × 𝜈

dimana:

𝜀𝑖𝑛𝑑 = gaya gerak listrik induksi (volt)

l = panjang kawat konduktor (m)

v = kecepatan gerak konduktor (m/dt)

B = kuat medan magnet sekitar penghantar (Wb/m2)

11

POLITEKNIK


JAWA BALI

b. Hukum Faraday

Berdasarkan percobaan Faraday diketahui bahwa tegangan listrik yang diinduksikan

oleh medan magnet bergantung pada tiga hal berikut:

1. Jumlah lilitan. Semakin banyak lilitan pada kumparan, semakin besar tegangan

yang diinduksikan.

2. Kecepatan gerakan medan magnet. Semakin cepat garis gaya magnet yang

mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi.

3. Jumlah garis gaya magnet. Semakin besar jumlah garis gaya magnet yang mengenai

konduktor, semakin besar tegangan induksi.

Bila kawat penghantar berupa kumparan dengan N lilitan, maka ggl induksi yang terjadi:

𝜀 = −𝑁Δ𝜙

Δ𝑡

dimana:

𝜀 = ggl induksi (volt)

N = jumlah lilitan

t

= cepat perubahan fluks (wb/s)

2.3 Generator Sinkron

a. Pengertian

Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan

yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik

(elektrik) dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena

adanya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan

pada generator).

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. Kumparan medan pada generator sinkron terletak pada rotornya

sedangkan kumparan jangkarnya terletak pada stator.

12

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 2.5 Generator Sinkron

Sumber: Anonim. 2015. Generator Sinkron 3 Fasa, [pdf].

b. Komponen

Secara umum generator sinkron terdiri atas stator, rotor, dan celah udara. Stator

merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang

berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus searah dari Eksiter.

Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor.

Gambar 2.6 Konstruksi Generator Sinkron

Sumber: Anonim. 2015. Generator Sinkron 3 Fasa, [pdf].

13

POLITEKNIK


JAWA BALI

1. Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu:

Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar

generator.

Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus

yang terpasang ke rangka stator.

Alur (slot) dan gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. Ada 3 (tiga) bentuk

alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup.

Kumparan Stator

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan

tempat timbulnya ggl induksi.

2. Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu:

Slip ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan

oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini

kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya

menempel pada slip ring.

Kumparan rotor

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber

eksitasi tertentu.

Poros rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros

rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.

14

POLITEKNIK


JAWA BALI

c. Prinsip Kerja

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut:

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, hal tersebut sesuai dengan persamaan

berikut :

𝑓 =𝑛 𝑃

120………….....…………………………………………………...(1.1)

𝐸 = 4,44 × 𝑓 × 𝜙 × 𝑇……………...…………………..……………...(1.2)

𝐸 = 4,44 ×𝑃 𝑛

120× 𝜙 × 𝑇………..…………………………………...…(1.3)

Bila C adalah,

𝐶 =4,44 × 𝑝 × 𝑇

120

Maka E adalah,

𝐸 = 𝐶 × 𝑛 × 𝜙.…………………………………………...……….......(1.4)

𝐸 = 𝑉𝑡 + 𝑗𝑋𝑎𝑟𝐼𝑎 + 𝑗𝑋𝑙𝑎𝐼𝑎 + 𝑟𝑎𝐼𝑎.………………………...……….......(1.5)

𝐸 = 𝑉𝑡 + 𝑗𝑋𝑠𝐼𝑎 + 𝑟𝑎𝐼𝑎.………………………......….............................(1.6)

dimana,

E = GGL induksi (Volt) Vt = tegangan terminal (V)

n = putaran rotor (rpm) Ia = arus jangkar (A)

15

POLITEKNIK


JAWA BALI

f = Frekuensi Xla = reaktansi bocor belitan jangkar

P = (jumlah pasang kutub) Xa = reaktansi jangkar

T = Banyaknya lilitan perfase ra = tahanan jangkar

𝜙 = Fluksi (webber)

2.4 Sistem Eksitasi

Eksitasi atau biasa disebut sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan

arus penguat (If) kepada kumparan medan generator arus bolak-balik (alternating current)

yang dijalankan dengan cara membangkitkan medan magnetnya dengan bantuan arus searah.

Arus eksitasi adalah pemberian arus listrik pada kutub magnetik. Dengan mengatur besar

kecilnya arus listrik tersebut kita dapat mengatur besar tegangan output generator atau dapat

juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang sedang paralel dengan

sistem jaringan besar (Infinite bus).

Sistem eksitasi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan

sikat dan sistem eksitasi tanpa sikat.

1. Sistem Eksitasi menggunakan sikat

Sistem eksitasi dengan menggunakan sikat terdiri dari:

a. Sistem Eksitasi Statis

Sistem eksitasi statik adalah sistem eksitasi generator dengan menggunakan peralatan

eksitasi yang tidak bergerak, yang berarti bahwa peralatan eksitasi tidak ikut berputar

bersama rotor generator sinkron. Sistem eksitasi ini disebut juga dengan self excitation

merupakan sistem eksitasi yang tidak memerlukan generator tambahan sebagai sumber

eksitasi generator sinkron dan sebagai gantinya sumber eksitasi berasal dari keluaran

generator sinkron itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan

rectifier.

Awalnya pada rotor ada sedikit magnet yang tersisa, magnet yang 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 menggunakan AVR.

16

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 2.7 Sistem Eksitasi Statis

Sumber: Wirabuana, Cakra, dkk. 2010. Synchronous Motor. Departemen Teknik Elektro:

Universitas Indonesia, [doc].

b. Sistem Eksitasi Dinamik

Sistem Eksitasi dinamik adalah sistem eksitasi generator tersebut disuplai dari eksiter

yang merupakan mesin bergerak. Sebagai eksiternya menggunakan generator DC atau

dapat juga menggunakan generator AC yang kemudian disearahkan menggunakan

rectifier. Slip ring digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke

medan penguat generator penguat kedua.

Gambar 2.8 Sistem Eksitasi Dinamik

Sumber: Wirabuana, Cakra, dkk. 2010. Synchronous Motor. Departemen Teknik Elektro:

Universitas Indonesia, [doc].

17

POLITEKNIK


JAWA BALI

2. Sistem Eksitasi tanpa sikat

Sistem eksitasi tanpa sikat sama sekali tidak bergantung pada sumber listrik

eksternal, melainkan dengan menggunakan pilot exciter dan sistem penyaluran arus

eksitasi ke rotor generator utama, maupun untuk eksitasi eksiter tanpa melalui media sikat

arang. Pilot exciter terdiri dari sebuah generator arus bolak-balik dengan magnet permanen

yang terpasang pada poros rotor dan kumparan tiga fasa pada stator. Adapun diagram

prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

Gambar 2.9 Sistem Eksitasi Tanpa Sikat

Sumber: https://ugmmagatrika.files.wordpress.com/2013/04/41.jpg

2.5 Jenis-Jenis Beban

a. Beban Resistif

Beban resistif dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni tahanan (resistor)

seperti pada elemen pemanas dan lampu pijar. Beban resistif ini memiliki sifat yang pasif,

dimana tidak mampu memproduksi energi listrik, dan justru menjadi konsumen energi

listrik. Resistor bersifat menghalangi aliran elektron yang melewatinya dengan jalan

menurunkan tegangan listrik yang mengalir, sehingga mengakibatkan terkonversinya

energi listrik menjadi panas.

https://ugmmagatrika.files.wordpress.com/2013/04/41.jpg

18

POLITEKNIK


JAWA BALI

Dengan sifat demikian, resistor tidak akan merubah sifat-sifat listrik AC yang

mengalirinya. Gelombang arus dan tegangan listrik yang melewati resistor akan selalu

bersamaan membentuk bukit dan lembah. Dengan kata lain, beban resistif tidak akan

menggeser posisi gelombang arus maupun tegangan listrik AC.

Gambar 2.10 Bentuk Gelombang Beban Resistif

Sumber: http://artikel-teknologi.com/pengertian-beban-resistif-induktif-dan-kapasitif-

pada-jaringan-listrik-ac/2/

Pada grafik di atas, karena gelombang tegangan dan arus listrik berada pada fasa yang

sama maka nilai dari daya listrik akan selalu positif. Inilah mengapa beban resistif murni

akan selalu ditopang oleh 100% daya nyata.

b. Beban Induktif

Beban induktif dihasilkan oleh kumparan yang terdapat di berbagai alat-alat listrik

seperti motor, trafo, dan relai. Kumparan dibutuhkan oleh alat-alat listrik tersebut untuk

menciptakan medan magnet sebagai komponen kerjanya. Pembangkitan medan magnet

pada kumparan inilah yang menjadi beban induktif pada rangkaian arus listrik AC.

Kumparan memiliki sifat untuk menghalangi terjadinya perubahan nilai arus listrik.

Seperti yang kita ketahui bersama bahwa listrik AC memiliki nilai arus yang naik turun

membentuk gelombang sinusoidal. Perubahan arus listrik yang naik turun inilah yang

dihalangi oleh komponen kumparan di dalam sebuah rangkaian listrik AC. Terhalangnya

perubahan arus listrik ini mengakibatkan arus listrik menjadi tertinggal beberapa derajat

oleh tegangan listrik pada grafik sinusoidal arus dan tegangan listrik AC.

http://artikel-teknologi.com/pengertian-beban-resistif-induktif-dan-kapasitif-pada-jaringan-listrik-ac/2/


19

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 2.11 Bentuk Gelombang Beban Induktif



Dari gambar tersebut diketahui bahwa jika sebuah sumber listrik AC diberi beban

induktif murni, maka gelombang arus listrik akan tertinggal sejauh 90° oleh gelombang

tegangan. Atas dasar inilah beban induktif dikenal dengan istilah beban lagging atau arus

tertinggal tegangan.

c. Beban Kapasitif

Beban kapasitif merupakan kebalikan dari beban induktif. Jika beban induktif

menghalangi terjadinya perubahan nilai arus listrik AC, maka beban kapasitif bersifat

menghalangi terjadinya perubahan nilai tegangan listrik. Sifat ini menunjukkan bahwa

kapasitor bersifat seakan-akan menyimpan tegangan listrik sesaat.

Ketika mendapatkan suplai tegangan AC, maka kapasitor akan menyimpan dan

melepaskan tegangan listrik sesuai dengan perubahan tegangan masuknya. Fenomena

inilah yang mengakibatkan gelombang arus AC akan mendahului (leading) tegangannya

sejauh 90°.

Gambar di bawah adalah gelombang sinusoidal tegangan dan arus listrik AC pada beban

kapasitor murni. Nampak jika kita plot daya listrik yang dibutuhkan untuk menanggung

beban kapasitor juga berbentuk sinusoidal. Daya listrik bernilai positif (daya diserap



20

POLITEKNIK


JAWA BALI

kapasitor) pada setengah pertama gelombang sinusoidal daya, serta negatif (daya

dikeluarkan kapasitor) pada setengah gelombang kedua.

Gambar 2.12 Bentuk Gelombang Beban Kapasitif





21

POLITEKNIK


JAWA BALI

BAB III

SISTEM EKSITASI PLTA CIRATA UNIT 2

3.1 Skematik Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi berfungsi untuk menyediakan arus yang dibutuhkan oleh kumparan

medan pada generator sinkron untuk menghasilkan tegangan terminal. Berikut ini diagram

blok dari sebuah sistem eksitasi:

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Eksitasi

Sumber: IEEE Committee report. 1981. Excitation system models for power system

stability studies. IEEE Trans.

Eksiter

Eksiter merupak penghasil arus eksitasi, terdapat 3 jenis eksiter yakni eksiter DC,

eksiter AC dan eksiter statis.

Voltage Tranduscers

Voltage tranduser berfungsi untuk mengukur tegangan terminal 3 phasa yang

melalui potential transformers dan mengubah dan menfilternya menjadi tegangan DC

yang akan dibandingkan dengan tegangan referensinya. Sinyal eror yang terdeteksi

oleh voltage tranduscers digunakan untuk menggontrol besarnya arus eksitasi yang

diberikan oleh sistem eksitasi kepada belitan medan pada generator.

Voltage Regulator

Voltage regulator akan memperjelas sinyal eror yang dihasilkan oleh voltage

tranduscer dan output dari voltage regulator digunakan untuk mengatur pilot eksitasi.

22

POLITEKNIK


JAWA BALI

Limiting and Protecting Circuit

Limiting and protecting circuit digunakan untuk membatasi besarnya arus belitan

medan pada generator dari over excitation, under excitation dan mengatur tegangan

terminal generator.

Rate Feedback

Rate feedback berfungsi untuk menstabilkan sistem eksitasi.

Power System Stabilizer

Power system stabilizer berfungsi untuk mengatasi osilasi pada sistem tenaga

untuk sistem eksitasi.

3.2 Pengaturan Sistem Eksitasi Dalam Kondisis Berbeban

Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir melalui

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 sebagai reaksi jangkar.

Pengaruh yang ditimbulkan oleh fluksi jangkar dapat berupa distorsi, penguatan

(magnetising), maupun pelemahan (demagnetising) fluksi arus medan pada celah udara.

Perbedaan pengaruh yang ditimbulkan fluksi jangkar tergantung kepada beban dan faktor

daya beban, yaitu:

a. Beban Resistif

Untuk beban resistif (Cos 𝜑 = 1), pengaruh fluksi jangkar terhadap fluksi medan

hanyalah sebatas mendistorsinya saja tanpa mempengaruhi kekuatannya (cross

magnetising). Pada beban resistif, fluksi medan dari arus eksitasi hanya mempengaruhi

terhadap besanya tegangan terminal dari generator.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, beban resisitif hanya mengkonsumsi daya

nyata saja. Sehingga ketika generator dibebani dengan beban resistif, maka tegangan

terminal generator dan putaran prime mover akan menurun, untuk menjaga agar tegangan

terminal generator tetap pada tegangan jaringan interkoneksi, maka dapat diatasi dengan

memperbesar fluksi medan dengan cara menambah besarnya arus eksitasi yang

diinjeksikan ke kumparan medan dan memperbesar bukaan inlet valve air.

23

POLITEKNIK


JAWA BALI

b. Beban Induktif

Untuk beban induktif murni (Cos 𝜑 = 0 lag ), maka arus akan tertinggal sebesar 90o

dari tegangan. Hal ini menyebabkan fluksi yang dihasilkan oleh arus jangkar akan

melawan fluksi arus medan. Dengan kata lain reaksi jangkar akan demagnetising artinya

pengaruh raksi jangkar akan melemahkan fluksi arus medan.

Seperti yang diketahui, bahwa beban induktif hanya mengkonsumsi daya reaktif saja.

Oleh karenanya pada pembangkit, untuk meningkatkan besarnya daya reaktif (MVAR)

yang dibangkitkan, dapat dilakukan dengan cara memperkuat fluksi medan yakni

menambah besarnya arus eksitasi yang diinjeksikan ke kumparan medan.

c. Beban Kapasitif

Untuk beban kapasitif murni (Cos 𝜑 = 0 lead ), maka arus akan mendahului tegangan

sebesar 90o. Fluksi yang dihasilkan oleh arus jangkar akan searah dengan fluksi arus

medan sehingga reaksi jangkar yang terjadi akan magnetising artinya pengaruh reaksi

jangkar akan menguatkan fluksi arus medan.

Dengan terjadinya penguatan fluksi medan di kumparan medan generator, maka akan

terjadinya kenaikan tegangan terminal generator. Untuk menjaga agar tegangan terminal

generator ini sama dengan tegangan jaringan interkoneksi, maka arus eksitasi yang

diinjeksikan ke kumparan medan di rotor akan dikurangi. Sehingga dengan naiknya

pemakaian beban kapasitif, maka arus eksitasi yang diinjeksikan ke rotor pada generator

akan semakin dikurangi.

3.3 Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2

Seperti yang telah diketahui, bahwa generator yang digunakan pada PLTA Cirata unit 2

tidak menggunakan magnet permanen, maka medan magnet yang digunakan untuk

membangkitkan tegangan induksi dihasilkan dengan cara menginjeksikan arus DC pada

kumparan medan yang terdapat pada rotor di generator tersebut melalui slip ring dan carbon

brush.

PLTA Cirata Unit 2 ini memiliki tipe sistem eksitasi statis, yakni arus eksitasi berasal dari

tegangan keluaran dari generator itu sendiri yang telah diturunkan dan disearahkan dari

tegangan AC 3 fasa menjadi sistem tegangan DC. Berikut ini sistem eksitasi PLTA Cirata

Unit 2:

24

POLITEKNIK


JAWA BALI

Gambar 3.2 Single Line Diagram Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2

Sumber: 1993. Generator and Indoor Electrical Equipment. Elin.LTD

25

POLITEKNIK


JAWA BALI

Peralatan utama yang digunakan pada sistem eksitasi PLTA Cirata Unit 2 adalah sebagai

berikut:

1. Generator

2. Excitation Transformer

3. Thyristor Rectifier

4. Battery

5. Battery Charger

6. Regulator dan Gate Control

7. Field Discharge Device

8. Ventilation Unit

9. Polarity Reverse Link

10. Over Voltage Protection

Pada prosesnya, tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator PLTA Cirata Unit 2

adalah tegangan AC 16,5 kV 3 fasa. Kemudian tegangan ini diturunkan menggunakan trafo

step down eksitasi menjadi 380 VAC 3 fasa, selanjutnya tegangan 3 fasa 380 VAC ini

disearahkan oleh converter AC to DC menggunakan rectifier sehingga dihasilkan tegangan

DC 110 volt. Tegangan 110 VDC ini akan diinjeksikan ke kumparan medan dirotor melalui

carbon brush dan slip ring untuk membangkitkan medan magnet pada rotor.

Untuk kondisi start awal dimana generator belum mampu menghasilkan tegangan

keluaran, maka sistem eksitasi untuk generator dilakukan dengan menggunakan battery.

Battery yang digunakan memiliki tegangan 2 V dan arus 800 Ah tiap unitnya. Battery ini

tersusun secara seri sebanyak 55 unit battery yang terletak di station battery, sehingga

dihasilkan tegangan 110 V dengan arus 800 Ah. Selain itu pada station battery juga terdapat

55 unit battery lainnya yang terhubung secara seri, yang diparalelkan dengan 55 battery

pertama dengan tegangan dan arus yang sama. 55 battery kedua ini difungsikan sebagai

redudant, yakni battery tersebut pada posisi standby dan bekerja untuk membantu apabila

55 battery pertama sebagai suplai utama mengalami kegagalan serta tidak mampu atau

kekurangan daya dalam mencatu arus eksitasi ke kumparan medan dirotor.

Ketika generator telah mampu menghasilkan 20% dari arus beban nol, maka suplai

eksitasi dari battery secara otomatis akan terputus (change over) dan eksitasi akan dicatu

daya oleh tegangan keluaran generator itu sendiri selama operasi pembangkitan dilakukan.

26

POLITEKNIK


JAWA BALI

3.4 Spesifikasi Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2

1. Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi PLTA Cirata Unit 2 menggunakan sistem eksitasi dengan jenis static

excitation, yakni sumber arus aksitasi yang digunakan diambil dari keluaran generator

itu sendiri. Berikut ini spesifikasi sistem eksitasi yang digunakan pada PLTA Cirata

Unit 2:

Gambar 3.3 Spesifikasi Sistem Eksitasi Generator PLTA Cirata Unit 2

Sumber: 2008. Cirata Excitation System Operation and Maintenance Manual. VA Tech

Hydro

2. Generator

Generator ini berfungsi untuk menghasilkan daya listrik untuk konsumen yang

ditransmisikan ke jaringan interkoneksi Jawa-Madura-Bali (JAMALI), pemakaian

sendiri dan mencatu daya sistem eksitasi generator itu sendiri. PLTA Cirata Unit 2

menggunakan generator sinkron 3 fasa buatan pabrikan Elin, Austria. Berikut ini

spesifikasi generator sinkron yang digunakan pada PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.4 Spesifikasi Generator PLTA Cirata Unit 2


Hydro

27

POLITEKNIK


JAWA BALI

3. Battery

Battery berfungsi sebagai sumber catu daya sistem eksitasi pada saat starting awal.

Dimana generator belum mampu menghasilkan tegangan untuk sistem eksitasi sendiri.

Berikut ini spesifikasi battery yang digunakan di PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.5 Spesifikasi Battery Sistem Eksitasi PLTA Cirata unit 2


Hydro

4. Excitation Transformer

Excitation Transformer yang digunakan oleh PLTA Cirata Unit 2 buatan pabrikan

Elin. Excitation Transformer ini berfungsi untuk menurunkan tegangan keluaran

generator dari 16,5 kV menjadi 380 V. Berikut ini spesifikasi Excitation Transformer

yang digunakan:

Gambar 3.6 Spesifikasi Trafo Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2


Hydro

28

POLITEKNIK


JAWA BALI

5. Thyristor Rectifier

Thyristor Rectifier yang digunakan di PLTA Cirata Unit 2 buatan pabrikan Elin.

Thyristor Rectifier berfungsi untuk menyearahkan tegangan 3 fasa keluaran dari trafo

eksitasi dari 380 VAC menjadi 110 VDC. Tegangan 110 VDC inilah yang digunakan

sebagai sumber arus eksitasi pada generator tersebut. Berikut ini spesifikasi Thyristor

Rectifier yang digunakan di PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.7 Spesifikasi Thyristor Rectifier PLTA Cirata Unit 2


Hydro

6. Field Discharge Device

Field Discharge Device merupakan peralatan pengaman (circuit breaker) yang

dilengkapi dengan gas pemadam busur api yakni gas SF6. Field Discharge Device terdiri

atas 2 main contact dan sebuah overlapping discherge contact. Peralatan ini akan

memutus suplai arus eksitasi ke rotor pada saat terjadi gangguan. Berikut ini spesifikasi

Field Discharge Device yang digunakan di PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.8 Spesifikasi Field Discharge Device PLTA Cirata Unit 2


Hydro

29

POLITEKNIK


JAWA BALI

7. Ventilation Unit

Ventilation Unit terdiri atas 2 unit fan yang dicatu daya secara langsung oleh keluaran

rectifier. Ventilation Unit merupakan peralat bantu yang berfungsi sebagai pendingin

sistem eksitasi. Arus yang besar menyebabkan panas yang tinggi, sehingga dapat

merusak peralatan sistem eksitasi. Berikut ini spesifikasi Ventilation Unit yang

digunakan di PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.9 Spesifikasi Ventilation Unit PLTA Cirata Unit 2

Sumber: 2008. Cirata Excitation System Operation and Maintenance Manual. VA

Tech Hydro

8. Over Voltage Protection

Over Voltage Protection merupakan peralatan pengaman yang berfungsi untuk

memproteksi sistem eksitasi dari tegangan lebih (Over Voltage). Alat ini digunakan di

Bus AC dan DC. Di Bus AC berfungsi untuk membatasi besarnya tegangan puncak,

sedangkan di Bus DC berguna untuk melindungi rectifier dan kumparan medan dari

tegangan lebih. Berikut ini spesifikasi Over Voltage Protection yang digunakan di

PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.10 Spesifikasi Over Voltage Protection PLTA Cirata Unit 2


Hydro

30

POLITEKNIK


JAWA BALI

9. Field Flashing

Field Flashing adalah proses catu daya sistem eksitasi dilakukan oleh battery pada

saat generator belum mampu menghasilkan tegangan keluaran sendiri. Ketika generator

sudah mampu menghasilkan 5% dari tegangan nominalnya, maka thyristor mulai

beroperasi. Kemudian ketika arus eksitasi pada Bus-AC telah mencapai 20% dari arus

eksitasi beban nol generator, maka suplai eksitasi dari battery akan terputus dan akan di

change over oleh keluaran dari generator itu sendiri. Berikut ini spesifikasi Field

Flashing dari di PLTA Cirata Unit 2:

Gambar 3.11 Spesifikasi Field Flashing PLTA Cirata Unit 2


Hydro

31

POLITEKNIK


JAWA BALI

BAB IV

ANALISIS DATA

4.1 Cara Kerja Sistem Eksitasi PLTA Cirata Unit 2

Pada bab sebelumnya, telah dijelaskan bahwa sistem eksitasi pada generator PLTA Cirata

Unit 2 ini merupakan jenis sistem eksitasi statik, dimana sumber eksitasi berasal dari

keluaran generator sinkron itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan

menggunakan rectifier. Namun, pada saat strating awal dimana generator belum mampu

menghasilkan tegangan, maka energi yang digunakan untuk sistem eksitasi diambil dari

battery yang terletak di station battery, proses ini disebut dengan field flashing.

Besarnya arus yang diinjeksikan ke rotor generator oleh battery saat proses field flashing

ini adalah 125 A DC. Dengan adanya arus inisial eksitasi ini maka generator akan

menghasilkan tegangan keluaran. Pada saat tegangan keluaran generator telah mencapai 5%

dari tegangan nominalnya sebesar 16,5 kV maka thyristor mulai beroperasi dan menaikkan

tegangan hingga nilai nominalnya.

Kemudian ketika arus eksitasi yang tersedia pada pada Bus AC telah mencapai 20% dari

arus eksitasi tanpa beban, maka contactor yang menghubungkan antara battery dengan rotor

generator akan terbuka, sehingga sistem eksitasi sekarang dicatu daya oleh tegangan

keluaran dari generator itu sendiri. Besarnya arus eksitasi pada saat beban nol dari generator

ini adalah sebesar 998 A DC.

Seperti yang diketahui bahwa tegangan keluaran dari generator adalah tegangan AC 3

fasa 16,5 kV, sedangkan sistem eksitasi menggunakan tegangan DC 110 V, maka diperlukan

trafo step down dan converter agar tegangan keluaran generator ini dapat digunakan untuk

mencatu sistem eksitasi. Tegangan keluaran generator akan diturunkan menggunakan trafo

eksitasi dari 16,5 kV menjadi 380 V 3 fasa AC, kemudian tegangan ini diubah menjadi

tegangan DC 110 V menggunakan thyristor rectifier, selanjutnya tegangan ini baru dapat

digunakan untuk mencatu daya sistem eksitasi pada generator tersebut.

Kemudian untuk pengaturan besarnya arus eksitasi yang diinjeksikan ke rotor pada

generator akan diatur oleh automatic voltage regulator (AVR). AVR ini akan mengontrol

proses switching sistem eksitasi dengan cara mengatur besarnya tegangan atau arus yang

diinjeksikan pada terminal gate di SCR atau thyristor. Pada saat kaki gate diberi tegangan

positif, maka SCR akan menghantarkan arus listrik dari anoda ke katoda dari SCR tersebut,

32

POLITEKNIK


JAWA BALI

sehingga arus eksitasi akan diteruskan ke kumparan medan pada rotor. Bagian AVR yang

mengontrol besarnya tegangan atau arus yang diinjeksikan ke terminal gate pada SCR adalah

Gate Control Unit. Pengaturan switching arus eksitasi yang dilakukan oleh AVR ini akan

disesuaikan dengan proses pembebanan yang berlangsung pada generator tersebut.

4.2 Pengaruh Arus Eksitasi Generator Terhadap Pembebanan

Pada bab pendahuluan, telah dipaparkan bahwa penulisan karya tulis ini bertujuan untuk

mengetahui pengaruh pembebanan terhadap pengaturan arus eksitasi yang diinjeksikan ke

rotor generator. Berikut ini adalah data operasi harian yang meliputi data pembebanan dan

arus eksitasi PLTA Cirata Unit 2 pada Selasa, 4 Agustus 2015:

VOUT.GEN

(KV)

IR

(A)

IS

(A)

IT

(A) IRata (A)

Cos

phi

Pbeban

(MW)

Q

(MVAR) IF (A)

15,9 2200 2110 2230 2180,00 0,9 56,00 20 830,0

16,4 2405 2285 2350 2346,67 0,9 59,50 29,5 1174,0

16 2800 2730 2770 2766,67 0,9 67,00 41 1227,0

16,1 3048 2963 3028 3012,50 0,9 73,50 39,75 1243,0

16,5 2953 2863 2917 2911,11 0,9 73,33 37 1255,0

16,2 3240 3140 3213 3197,78 0,9 80,33 40 1275,3

16,3 3468 3668 3435 3523,33 0,9 88,75 37,25 1288,0

15,8 4120 4040 4120 4093,33 0,9 105,00 40 1313,0

Tabel 4.1 Data Operasi Harian PLTA Cirata Unit 2

Dari data tersebut data tersebut dapat diketahui arus eksitasi terendah yang diinjeksikan

ke kumparan medan di rotor adalah 830 A untuk daya beban sebesar 56 MW dan tertinggi

sebesar 1313 A ketika daya beban 105 MW. Arus eksitasi maksimal yang mampu dicapai

adalah sebesar 1588 A untuk beban penuh sebesar 126 MW.

Bila dibandingkan antara arus eksitasi pada daya beban 105 MW dengan arus eksitasi

pada beban penuh yang dapat dibangkitkan oleh generator, maka didapatkan nilai sebesar

82,6%. Nilai ini menunjukkan pada saat pembebanan yang dilakukan adalah sebesar 83,3%

dari beban penuh (105 MW dari 126 MW), maka arus eksitasi yang diinjeksikan adalah

82,6% dari arus eksitasi beban penuhnya.

Bila dikaitkan dengan persamaan sebelumnya, dimana persentasi pembebanan dan arus

eksitasi seharusnya sama, yakni pada pembebeban 83.3% dari beban penuh, seharusnya arus

eksitasinya sebesar 83,3% juga, namun pada PLTA Cirata Unit 2 hanya 82,6%. Hal ini

dikarenakan arus maksimal 1588 A tersebut tidak hanya digunakan untuk membangkitkan

33

POLITEKNIK


JAWA BALI

daya aktif saja, tetapi juga untuk membangkitkan daya reaktif, sehingga arus eksitasi

maksimal 1588 A tersebut tidak hanya digunakan untuk membangkitkan daya sebasar 126

MW. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sistem eksitasi di PLTA Cirata Unit 2 telah

bekerja secara optimal.

Selain itu, dari data tersebut dapat dibahas beberapa hal, yakni:

1. Pengaruh Pembebanan terhadap Tegangan Terminal generator

Dari data diatas dapat diketahui bahwa dengan terjadinya perubahan beban, tegangan

terminal generator juga akan ikut berubah. Ketika beban naik, maka yang terjadi adalah

tegangan jaringan akan turun dan membuat tegangan terminal generator juga menjadi turun

sehingga memaksa generator untuk menaikkan tegangan terminal generator agar tetap

dalam kondisi nominalnya yakni 16,5 KV. Tegangan terminal generator ini dapat dijaga

pada kondisi nominalnya dengan cara menambah besarnya arus eksitasi yang diinjeksikan

ke rotor generator.

Sedangkan pada saat terjadi penurunan beban, tegangan pada jaringan akan cenderung

naik, dan tegangan teminal generator juga akan naik melebihi tegangan nominalnya. Untuk

menjaga agar tegangan terminal tetap pada kondisi nominalnya maka besarnya arus eksitasi

yang diinjeksikan pada rotor generator harus dikurangi. Hal ini dibuktikan pada grafik

tegangan terminal terhadap arus eksitasi dan pengaruh pembebanan terhadap tegangan

terminal berikut:

Gambar 4.1 Grafik Pembebanan terhadap Tegangan Terminal

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

VO

UT

.GE

N(K

V)

PBEBAN (MW)

Pengaruh Pembebanan terhadap Tegangan Terminal

Generator

34

POLITEKNIK


JAWA BALI

2. Pengaruh Pembebanan terhadap Arus Eksitasi

Pada dasarnya tegangan terminal dan arus eksitasi memiliki hubungan yang saling

berkaitan terhadap pembebanan. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ketika

pembebanan naik, maka tegangan jaringan dan tegangan terminal generator akan turun.

Oleh karenanya dibutuhkan penambahan arus eksitasi untuk menjaga tegangan terminal

generator tetap pada kondisi nominalnya. Berikut ini grafik pengaruh pembebanan terhadap

arus eksitasi:

Gambar 4.2 Grafik Pembebanan terhadap Arus Eksitasi

Pada bab dasar teori telah dijelaskan bahwa tegangan terminal secara matematis

dituliskan sebagai berikut :

𝑉𝑡 = 𝐸 − 𝑗𝑋𝑠𝐼𝑎 − 𝑟𝑎𝐼𝑎.......(1)

𝐸 = 𝑐 𝑛 𝜙(𝐼𝐹)....................(2)

𝑃𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 = 𝑉𝑡 𝐼 cos 𝜑 √3.....(3)

Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa tegangan terminal (Vt) yang dibangkitkan

akan berbanding lurus dengan ggl induksi (E). Karena putaran dijaga kontan untuk menjaga

frekuensi tetap 50 Hz, maka pengaturan besarnya ggl induksi yang dibangkitkan hanya

dipengaruhi oleh fluksi (𝜙) yang dihasilkan oleh arus eksitasi (IF). Sehingga diperoleh

hubungan berikut:

𝑃𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 ≈ 𝐸 ≈ 𝑉𝑡 ≈ 𝐼𝐹

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

I F(A

)

PBEBAN (MW)

Pengaruh Pembeban Terhadap Arus Eksitasi

35

POLITEKNIK


JAWA BALI

Sehingga semakin besar pembebanan yang dilakukan maka arus eksitasi yang

diinjeksikan ke rotor pada generator juga akan semakin besar .

Gambar 4.3 Grafik Pembebanan terhadap Tegangan Terminal dan Arus Eksitasi

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

0

5

10

15

20

25

30

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

I F(A

)

VO

UT

.GE

N(K

V)

Pbeban (MW)

Grafik Pengaruh Pembebanan terhadap Tegangan Terminal

dan Arus Eksitasi

PBEBAN VS VOUT.GEN

PBEBAN VS IF

36

POLITEKNIK


JAWA BALI

BAB V

PENUTUP

5.1 Simpulan

Dari pembahasan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal, yakni:

1. Jenis sistem eksitasi pada generator PLTA Cirata Unit 2 adalah sistem eksitasi

statis dengan catu daya saat starting menggunakan battery.

2. Sistem eksitasi pada generator PLTA Cirata Unit 2 telah bekerja secara optimal.

3. Besarnya arus eksitasi maksimum yang dapat diinjeksikan ke kumparan medan

rotor adalah sebesar 1588 A.

4. Semakin besar pembebanan, maka tegangan terminal pada generator akan

semakin turun.

5. Pengaturan tegangan terminal generator saat berbeban dapat dilakukan dengan

arus eksitasi.

6. Semakin besar pembebanan pada generator, maka arus eksitasi yang diinjeksikan

akan semakin besar.

5.2 Saran

Untuk menjaga agar sistem eksitasi genertaor PLTA Cirata Unit 2 tetap bekerja

dalam kondisi optimal, hendaknya pada saat Preventive Maintenance (PM) sedang

berlangsung, memeriksa sistem penyearahan dan kondisi baut-baut terminal

penyearahan, membersihkan kontaminasi akibat debu, oli, grease dan material yang

lengket yang terdapat pada slipring dan carbon brush serta bagian generator yang

berhubungan secara listrik agar tidak terjadi kegagalan kontak listrik.

vi

POLITEKNIK


JAWA BALI

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Anonim. 2008. Cirata Excitation System Operation and Maintenance Manual. VA Tech

Hydro

[2]. Basu, Swapan and Ajay Kumar Debnath. 2015. Power Plant Instrumentation and

Control Handbook. Academic Press: London , UK

[3]. Boldea Ion. 2006. The Electric Generator Synchronous Generators. Taylor and francis

group: New York

[4]. Anonim. 2015. Generator Sinkron 3 Fasa, [pdf].

(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20111/3/Chapter%20II.pdf, diakses

tanggal 12 Agustus 2015)

[5]. Anthony, Zuriman.2015. Generator Sinkron, [pdf].

(http://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/ZurimanAnthony/Mesin%20Listrik%20AC

/Bab%20I.pdf, diakses tanggal 13 Agustus 2015).

[6]. Nurbaiti. 2015. Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik, [doc].

(https://baitbaiti.files.wordpress.com/2009/09/medan-magnet-dan-induksi-

elektromagnetik.doc, diakses tanggal 18 Agustus 2015)

[7]. Suryadiningrat, Rian. 2013. Pengoperasian Turbin Generator PLTA Besar dan


http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20111/3/Chapter%20II.pdf

http://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/ZurimanAnthony/Mesin%20Listrik%20AC/Bab%20I.pdf

http://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/ZurimanAnthony/Mesin%20Listrik%20AC/Bab%20I.pdf

https://baitbaiti.files.wordpress.com/2009/09/medan-magnet-dan-induksi-elektromagnetik.doc

https://baitbaiti.files.wordpress.com/2009/09/medan-magnet-dan-induksi-elektromagnetik.doc

LAMPIRAN

Gambar 5.1 Wiring Diagram Rotor Generator

Gambar 5.2 Wiring Diagram Excitation Flashing

vii

Gambar 5.3 Wiring Diagram Excitation Rectifier

viii

Gambar 5.4 Wiring Diagram Excitation Transformer

Documents

Analisa Pengaruh Arus Eksitasi trhadap Pembebanan di PLTA Cirata Unit 2