SISTEM SINKRONISASI GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD) TITI KUNING

Transkripsi

1 SISTEM SINKRONISASI GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD) TITI KUNING TUGAS AKHIR Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Diajukan Oleh : ROMI ADI SANJAYA SEBAYANG NIM PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunianya, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik di Politeknik Negeri Medan. Ucapan bangga dan terima kasih saya kepada kedua orang tua saya ayahanda Imanuel Sebayang, ibunda Anjarlit Br Sembiring, bang Tomi Adi Sanjaya, adik Sri Devi Diadora dan Anisa Srimuliani dan atas dukungan, kesempatan, dorongan semangat dan bantuan kepada saya. Dalam Kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T.,M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Aulia Salman, S.T., M.T., Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 5. Ir. Silmi., M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 6. Parsaoran Simangunsong, S.T, Manajer Pusat Listrik PLTD Titi Kuning- PT PLN (persero) Sektor Pembangkitan Medan. 7. Pegawai-pegawai di PLTD Titi Kuning antara lain Mudasir, Rita, Raplan Ompusunggu, Effendi Sihombing, Yamin, Amung Aragones, Yudha, Didi i

3 8. Teman-teman seperjuangan mahasiswa semester 6 khususnya teman-teman kelas EN-6A. 9. Eslina Limbong, sebagai sahabat spesial yang selalu mendukung dan membantu saya dalam menyusun Tugas Akhir ini 10. Evriwandi Bancin, Niko Juliedson, Panskinti, Doni, Freddy, Samuel, Imelda, Martalhena sebagai sahabat yang selalu mendukung dan membantu saya dalam menyusun Tugas Akhir ini 11. Seluruh pihak yang telah membantu saya dalam membuat Tugas Akhir ini, terimakasih atas dukungannya. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis telah berusaha semaksimal mungkin, namun penulis menyadari masih banyak kekurangan dan masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu penulis dengan segala kerendahan hati dan tanganterbuka menerima saran dan kritik yang bersifat membangun. Diharapkan semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi setiap pembacanya. Medan, September 2014 Penulis, Romi Adi Sanjaya Sebayang NIM ii

4 DAFTAR ISI Halaman JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi INTISARI... viii ABSTRACT... ix BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pemilihan Judul... 1 B. Batasan Masalah... 2 C. Tujuan Tugas Akhir... 3 D. Manfaat Tugas Akhir... 3 E. Teknik Pengumpulan Data... 3 BAB II TEORI DASAR A. PLTD Titi Kuning... 4 B. Penggerak Mula Mesin Diesel Generator Exciter BAB III PRINSIP KERJA MESIN DIESEL A. Proses Kerja Mesin Diesel B. Diagram P-V Mesin 4 Langkah Diagram P-V- Ideal (Teoritis) Diagram P-V-Indikator (Aktual) iii

5 C. Proses Pembakaran D. Bagian-bagian Utama Pada Mesin Diesel Komponen Statis Komponen Dinamis BAB IV SINKRONISASI GENERATOR A. Pengertian Umum...39 B. Tujuan Sinkronisasi Generator...39 C. Syarat-syarat Sinkronisasi Generator Tegangan Amplitudo yang Sama Tegangan Mempunyai Frekwensi yang Sama Perbedaan Fasa (Sudut Fasa) D. Metode Sinkronisasi Generator Lampu Cahaya Berputar dan Volt-meter Voltmeter, Frekuensi Meter dan Synchroscope Sinkronoskop lampu gelap, sinkronoskop lampu terang dan sinkronoskop lampu terang gelap Sinkronisasi Otomatis...49 E. Prosedur Sinkronisasi Generator...50 F. Data Generator dan Exciter di PLTD Titi Kuning...52 G. Beban Harian PLTD Titi Kuning...53 H. Daya Aktif dan Daya Reaktif dari Generator yang disinkronkan Data Spesifikasi Data Operasi...58 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan...66 B. Saran...66 iv

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Situasi Lapangan pada PLTD Titi Kuning 5 Gambar 2. Generator pada PLTD Titi Kuning 6 Gambar 3. Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron 7 Gambar 4. Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder), (b) penampang rotor pada generator sinkron 8 Gambar 5. Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan 9 Gambar 6. Karakteristik tanpa beban generator sinkron 11 Gambar 7. Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa 13 Gambar 8. Karakteristik tanpa beban 14 Gambar 9. Karakteristik hubung singkat alternator 14 Gambar 10.Diagram fasor (a) Faktor daya satu, (b) faktor daya tertinggal, (c) faktor daya mendahului 15 Gambar 11.Diagram Prinsip Sistem Eksitasi Statik 17 Gambar 12. Diagram Prinsip Sistem Eksitasi Dinamik dengan Eksiter Generator DC 18 Gambar 13. Diagram Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation) 19 Gambar 14. Gerakan torak 21 Gambar 15. Gambar Langkah-langkah Pada Poros Engkol 22 Gambar 16. Diagram P-V Ideal (Teoritis) 23 Gambar 17. Dagram P-V- Indikator (Aktual) 24 Gambar 18. Blok silinder (silinder type in-line) 27 Gambar 19. Konstruksi bak engkol (carter) 27 Gambar 20. Konstruksi kepala silinder 28 Gambar 21. Torak dan perlengkapan torak 29 Gambar 22. Cincin Torak 32 Gambar 23. Batang torak (connecting rod) 33 Gambar 24. Pena torak (piston pin) 34 vi

7 Gambar 25. Mekanisme katup 35 Gambar 26. Menyetel celah katup 36 Gambar 27. Poros Engkol 37 Gambar 28. Panel Sinkronisasi Generator dengan Sistem di PLTD Titi Kuning 39 Gambar 29. Perbedaan Tegangan Saat Akan Paralel Generator 40 Gambar 30. Double Frequency Meter 41 Gambar 31. Perbedaan Sudut Fasa dengan Metode Tiga Lampu 42 Gambar 32. Sychronoscope untuk mengetahui sudut fasa sudah sama 43 Gambar 33. Rangkaian Paralel Generator 44 Gambar 34 (a), (b) dan (c). Rangkaian Lampu Berputar 45 Gambar 35. Skema Sinkronoskop Lampu Gelap 46 Gambar 36. Beda tegangan antara fasa pada sinkronoskop lampu gelap 47 Gambar 37. Skema Sinkronoskop Lampu Terang 47 Gambar 38. Beda Tegangan Antara Fasa Sinkronoskop Lampu Terang 48 Gambar 39. Skema sinkronoskop lampu terang gelap 49 Gambar 40. Beda tegangan antara fasa sinkronoskop lampu terang gelap 49 Gambar 41. Synchronizer. 50 Gambar 42. Konfigurasi Rangkaian saat akan Paralel Generator 51 Gambar 44. Parameter yang memperlihatkan Daya Generator pada PLTD 54 Titi Kuning vii

8 INTISARI Sinkronisasi generator yang dibahas adalah penggabungan 4 (empat) unit generator yang akan dihitung daya aktif, daya reaktif dan faktor daya rata-rata yang dihasilkan oleh keempat generator tersebut. Dari hasil pembahasan diperoleh daya aktif sebesar 12,50 MW pada pukul WIB dan pukul WIB dari 4 (empat) generator yang disinkronkan dan daya reaktif sebesar 5,3 MVAR pada pukul WIB, sedangkan pada pukul WIB sebesar 6 MVAR. Faktor daya rata-rata juga dihitung pada tugas akhir ini dengan menganalisa faktor daya setiap unit generator, faktor daya rata-rata yang didapat dari keempat generaor pada pukul WIB adalah sebesar 0,924 dan faktor daya rata-rata pada pukul WIB sebesar 0,910. Kata Kunci: Generator, Sinkronisasi, Daya Aktif, Daya Reaktif dan Faktor Daya viii

9 ABSTRACT Synchronization generator is discussed merging four (4) units of the generator will be calculated active power, reactive power and average power factor generated by the four generators. Discussion of the results obtained by the active power of MW at 19:00 pm and 20:00 pm from 4 (four) generators are synchronized and reactive power of 5.3 MVAR at 19:00 pm, while at 20:00 pm by 6 MVAR. The average power factor is also calculated in this study by analyzing the power factor of each generator unit, the average power factor is obtained from the four generators at 19:00 pm is equal to and the average power factor at 20:00 pm by Keywords: Generator, Synchronization, Active Power, Reactive Power and Power Factor ix

10 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pemilihan Judul Dalam kehidupan sehari-hari kebutuhan akan listrik semakin lama semakin meningkat sejalan dengan perkembangan teknologi elektronika dan informasi. Oleh karena itu, kualitas dari variabel energi listrik tersebut juga harus diperhatikan, terutama frekuensi. Terjadinya fluktuasi frekuensi akan berdampak buruk pada peralatan listrik konsumen. Frekuensi akan mengalami fluktuasi seiring dengan naik turunnya beban yang terpasang, efek penambahan beban pada sebuah generator yaitu terjadinya penurunan putaran. Generator adalah konverter yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik pada sebuah pembangkit listrik, baik pembangkit tenaga air, tenaga panas bumi, tenaga uap,tenaga diesel dan yang lainnya. Meskipun memiliki bentuk dan model yang beragam, generator memiliki peranan serta fungsi yang sangat penting dalam kelangsungan proses kinerja sebuah pembangkit listrik. Listrik seperti diketahui adalah bentuk energi sekunder yang paling praktis digunakan oleh manusia. Pada dasarnya listrik dihasilkan dari proses konversi dari bahan baku seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi, potensial air dan angin. Sistem pembangkitan listrik, umumnya digunakan adalah mesin generator tegangan AC, yang digerakan oleh mesin-mesin utama, seperti: mesin turbin, mesin diesel atau mesin baling-baling. Dalam pengoperasian generator, sering terjadi fluktuasi akibat jumlah beban yang berbeda, sehingga umumnya disediakan dua atau lebih generator untuk dioperasikan secara terus-menerus. Bila suatu generator mendapatkan pembebanan yang melebihi dari kapasitasnya, maka dapat mengakibatkan generator tersebut tidak bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan. Untuk mengatasi kebutuhan listrik atau beban yang terus meningkat tersebut, bisa diatasi dengan menjalankan generator lain yang 1

11 kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator yang telah bekerja sebelumnya, pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari menggabungkan 2 (dua) generator atau lebih dalam suatu jaringan listrik adalah bila salah satu generator tiba-tiba mengalami gangguan, maka generator tersebut dapat dihentikan serta beban dialihkan pada generator lain, sehingga pemutusan listrik secara total dapat dihindari. Diantara beberapa pembangkit listrik yang ada, pembangkit listrik tenaga diesel merupakan pembangkit yang tepat digunakan untuk mengatasi defisit yang terjadi pada kondisi kelistrikan kita saat ini, yaitu pada saat terjadinya beban puncak. Mesin diesel hanya membutuhkan waktu yang sedikit untuk starting sehingga generator mampu menghasilkan daya dan dapat segera diparalelkan dengan beban. Dalam memparalelkan 2 atau lebih generator ataupun generator dengan beban diperlukan pemahaman dan pengetahuan yang tepat agar sinkronisasi dapat dilakukan dengan benar, oleh sebab itu penulis tertarik untuk mengetahui lebih lengkap tentang sinkronisasi generator. B. Batasan Masalah Pada laporan tugas akhir sistem sinkronisasi generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Titi Kuning ini penulis membatasi masalah yang akan dibahas yaitu: 1. Bagaimana sistem sinkronisasi generator sinkron pada PLTD Titi Kuning? 2. Mengapa sinkronisasi generator diperlukan? 3. Metode apa saja yang digunakan dalam memparalelkan generator? 4. Bagaimana perhitungan daya aktif, daya reaktif dan faktor daya rata-rata yang dihasilkan dari sinkronisasi generator? C. Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Memahami kegunaan dan pentingnya sinkronisasi generator dalam pembangkit listrik. 2

12 2. Melengkapi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan perkuliahan pada program Diploma III Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Konversi Energi. 3. Memahami sistem sinkronisasi generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel. D. Manfaat Tugas Akhir Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang sinkronisasi generator. 2. Menambah kepustakaan Politeknik Negeri Medan, khususnya jurusan Teknik Mesin. E. Teknik Pengumpulan Data Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data diantaranya: 1. Studi literature dengan mencari buku-buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan dan Perpustakaan jurusan Teknik Mesin. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing dan pembimbing di PLTD Titi Kuning. 3. Website dunia listrik dan website lainnya yang berhubungan dengan tugas akhir. 3