PROTEKSI GENERATOR AC TIGA PHASA TERHADAP BEBAN TIDAK SETIMBANG

Proteksi Generator AC Sinkron Tiga Phasa

Terhadap Beban Tidak Setimbang

Oleh : Bayu Baskoro

Dosen Pembimbing : Djodi Antono, B.Tech., M.Eng.

Jurusan Teknik Elektro

Program Studi Teknik Listrik

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA

bayubaskoro43@gmail.com

bayubas02@gmail.com

Intisari

Generator adalah sebuah perangkat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Sebuah generator akan bekerja dengan di bantu motor listrik untuk menggerakkan generator tersebut. Generator sendiri ada dua macam yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Berdasarkan  putaran medan dibagi menjadi :

a. generator sinkron 

b. generator asinkron

Dan berdasarkan  fasanya dibagi menjadi :

a. generator satu fasa

b. generator tiga fasa

Dari beberapa jenis generator tersebut memiliki karakteristik yang berbeda-beda pula.

Generator AC merupakan sebuah perangkat motor listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik berupa arus AC / arus bolak balik. Generator AC terutama tiga phasa memiliki peran yang sangat penting untuk industri  terutama untuk industri berskala  besar. Generator AC juga mempunyai beberapa gangguan baik dari luar maupun gangguan dalam, seperti salah satunya gangguan karena beban tak setimbang (unbalance loading) oleh karena itu diperlukan adanya proteksi guna menghindari dan menangani pengaruh gangguan tersebut sehingga tetap dapat mempertahankan kinerja generator.

Kata kunci—Generator, Jenis-Jenis Generator , Generator AC Tiga Phasa, Beban Tak Setimbang, Proteksi Generator AC Tiga Phasa Terhadap Beban Tak Setimbang.

     I. Pendahuluan

A.  Pengertian Generator

Generator adalah sebuah perangkat yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik yang didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik. Energi mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tergantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.

Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnet sehingga timbul ggl induksi. Generator mempunyai dua komponen utama, yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang bergerak (rotor). Rotor berhubungan dengan poros generator yang berputar di pusat stator. Poros generator biasanya diputar menggunakan usaha luar yang dapat berasal dari turbin, baik turbin air, angin atau turbin uap dan selanjutnya berproses menghasilkan arus listrik.

B.  Jenis-jenis Generator

Berdasarkan tegangan yang dibangkitkan, generator dibagi menjadi 2 yaitu :

           1.   Generator Arus Bolak-Balik (AC)

     Generator arus bolak-balik yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan          output) berupa tegangan bolak-balik.

           2.    Generator Arus Searah (DC)

     Generator arus searah yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan output)    berupa tegangan searah, karena didalamnya terdapat sistem penyearahan yang dilakukan      bisa berupa oleh komutator atau menggunakan dioda.

Berdasarkan putaran medan, generator dibagi menjadi 2 yaitu :

1.    Generator Sinkron

  Generaror yang kecepatan medan putar statornya sama dengan kecepatan medan putar         rotor.

2.    Generator Asinkron

  Generator yang kecepatan medan putar statornya tidak sama dengan kecepatan medan        pada rotor.

C.  Pengertian Generator AC Sinkron

Generator AC merupakan sebuah perangkat motor listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik berupa arus AC / arus bolak balik., karena didalamnya tidak terdapat sistem penyearahan yang dilakukan oleh komutator atau menggunakan diode.
Berdasar fasanya , generator AC dibagi menjadi 2 yaitu:

1.       Generator Satu Phasa
                 Generator yang bekerja pada supply tegangan satu phasa

2.       Generator Tiga Phasa
                 Generator yang  bekerja pada supply tegangan tiga phasa.

Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau generator AC (alternating current) atau juga generator singkron. Sebagian besar energi listrik yang dipergunakan oleh konsumen untuk kebutuhan sehari-hari

dihasilkan oleh generator sinkron phasa banyak (polyphase) yang ada di pusat pembangkit tenaga listrik. Generator sinkron yang dipergunakan ini mempunyai rating daya dari ratusan

sampai ribuan mega Volt Ampere (MVA).

Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi ”Steady state”. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun

motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan. Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan

dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter. Sebagai generator, beberapa mesin sinkron sering dioperasikan secara paralel, seperti di pusat-pusat pembangkit. Adapun tujuan dari paralel generator adalah menambah daya

pasokan dari pembangkit yang dibebankan ke masing-masing generator yang dikirimkan ke beban.

Ada dua struktur medan magnet pada mesin sinkron yang merupakan dasar keja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat

dibangkitkannya ggl arus bolak-balik. Hampir semua Mesin Sinkron mempunyai jangkar diam sebagai stator dan medan magnet berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada medan

magnet yang berputar dihubungkan pada sumber listrik DC luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang arang disebut brushless ecitation.

D.  Konstruksi Generator  AC Sinkron Tiga Phasa

Generator AC tersusun atas sebuah konduktor listrik yang bergerak memotong medan magnet (biasanya berupa elektromagnetik).

Ada dua struktur medan magnit pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat

dibangkitkannya ggl arus bola-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan ggl berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC

pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem brushless excitation.

Untuk membangkitkan flux magnetic pada generator sinkron diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor generator sinkron.

Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator hydroelectric, maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri, tetapi dengan pilot exciter sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanen.

Konstruksi generator sinkron tiga phasa terdiri dari stator dan rotor. Stator adalah bagian generator yang diam yang berfungsi mengeluarkan tegangan bolak-balik, Stator generator AC terdiri atas badan generator dari material baja. Fungsinya untuk melindungi bagian dalam dari generator, name plate generator, dan kotak terminal. Lain lagi dengan inti stator yang dibuat dari material ferromagnetik berlapis yang mana terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator itulah yang menjadi tempat utama menghasilkan tegangan

Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu :

    a.     Rangka Stator

     Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar               generator.

    b.      Inti Stator

      Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik              khusus yang terpasang ke rangka stator.

c.     Alur (slot) dan Gigi

     Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. Ada 3 (tiga)               bentuk alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup.

    d.     Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

     Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan          tempat timbulnya ggl induksi.

Rotor merupakan bagian generator yang bergerak bergerak yang menghasilkan medan magnet yang nantinya akan menginduksi stator, Rotor berbentuk salient atau kutub sepatu atau kutub dengan celah udara yang sama rata , rotor terdiri dari kutub rotor, slipring. Pada generator 3 phasa lilitan stator terdiri fasa U, lilitan phasa V dan lilitan fasa W . Ujung-ujung lilitan diberikan notasi yaitu U1-U2, V1-V2, dan W1-W2.
Rotor memiliki dua kutub utara (N) north, dan kutub selatan (S) south.

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 ini kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.

b.     Kumparan Rotor (kumparan medan)

 Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam   menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber   eksitasi tertentu.

c.     Poros Rotor

 Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada   poros  rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan non salient pole (kutub silinder). Namun kutub medan magnet bentuk silinder lebih efisien dibanding dengan kutub medan magnet bentuk menonjol.

Berdasar bentuk kutub rotor terbagi menjadi dua yaitu :

a.       Salient pole : untuk mesin putaran rendah –  sedang, lihat gambar 2.

b.       Cylindrical pole : putaran mesin tinggi, 

E.  Prinsip kerja Generator AC Sinkron Tiga Phasa

Generator merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.

Prinsip generator berkaitan dengan percobaan Faraday :

1. Adanya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet.
2. Adanya kawat penghantar listrik yang merupakan tempat terbentuknya GGL induksi.
3. Adanya gerakan relatif antara fluks magnet dengan kawat penghantar listrik.

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Besar tegangan generator bergantung pada :

1.     Kecepatan putaran (N)

2.     Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)

3.     Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)

4.     Konstruksi Generator

                                

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

·       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.

·       Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.

·       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 :

dimana :

Em  = ggl induksi maksimum (Volt);

Eeff  = ggl induksi efektif (Volt);

N  = jumlah lilitan;

e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt);

C  = konstanta ; f = frekuensi (Hz);

n = putaran rotor (rpm);

φm  = fluks magnetik maksimum (Weber).

Untuk generator sinkron tiga phasa, 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 120 drajat satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.

         II. PEMBAHASAN

     Untuk lebih Lengkapnya, Download di sini

File

             https://aff.mbtrack.info/9yLRsHH456r0B-xUx8MSftA8bSOSY9uZ07hW8f7Qnvp7lFz3BU3iRT4K6rG1UeM5

https://drive.google.com/file/d/1wFvxd-XUivgUGNHEYRziAf65d2UFrwvo/view?usp=sharing

Vidio
https://drive.google.com/file/d/18XEIK_WzP9nej5xqilIWYJt2k39OkYak/view?usp=sharing