RANCANG BANGUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA DARURAT TANPA TERPUTUS

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA DARURAT TANPA TERPUTUS IGNATIUS AGUS PURBHADI, M.KHOIRI Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional Abstrak RANCANG BANHUN SIMULASI OTOMASI CATU DAYA DARURAT TANPA TERPUTUS. Telah dibuat simulasi dari otomasi penyediaan catu daya darurat tanpa terputus ke beban. Pembuatan simulasi ini bertujuan untuk membantu mahasiswa elektromekanik dalam praktikum penyediaan catu daya darurat secara otomatis. Simulasi ini terdiri dari dua bagian utama yaitu sistem penyalaan genset dan sistem interlock antara genset dan PLN. Motor dc digunakan sebagai penghasil daya mekanik yang dibutuhkan untuk penyalaan genset. Kontaktor magnet digunakan dalam pembuatan sistem interlock. Hasil dari pengujian menunjukkan bahwa pada tegangan input 110 volt dan waktu kerja selama 2 detik menghasilkan daya mekanik yang paling efisien dalam penyalaan genset. Pengujian pada sistem interlock dapat diketahui bahwa PLN dan genset tidak dapat memasok energi listrik ke beban secara bersamaan. Kata kunci : genset, sistem interlock, motor dc, kontaktor magnet. Abstract SIMULATION OF AUTOMATION EMERGENCY POWER SUPPLY WITHOUT INTERRUPTED. The simulation of automation emergency power supply to load without interrupted had been made. This simulation was made to help electromechanic student lab work especially for automation emergency power supply lab work. The simulation composed two main systems, those are genset ignition system and interlock system between genset and PLN. Motor dc was used as mechanic power source which its required to ignite genset. Magnet contactors were used in interlock system. From the experiment result, showed with 110 V input voltage and 2 seconds working time yielding the most efficient mechanic force to ignite genset. From the interlock system trial was known that if PLN and genset didn t supply electrical energy at the same time. Key words: Genset, interlock system, motor dc, magnet contactor. PENDAHULUAN Instalasi listrik untuk intalasi peralatan nuklir baik untuk penelitian, kedokteran maupun operasional, seperti peralatan radiografi, alat perekam medis, merupakan peralatan yang sangat vital (beban penting) dan saat beroperasi harus dijaga kontinyuitas daya yang mencatunya. Pemadaman listrik yang tiba-tiba saat peralatan instalasi penting beroperasi akan berdampak negatif bagi keselamatan pengguna, operator maupun peralatan itu sendiri. Selain peralatan nuklir, instalasi suatu pabrik atau instansi yang besar kebutuhannya akan energi listrik juga akan meningkat. Akibatnya semakin besar pula energi listrik yang harus di bangkitkan melalui generator listrik. Sehingga dibutuhkan suatu unit pembangkit listrik berskala besar untuk menjamin tersedianya pasokan listrik ke pabrikpabrik atau instansi tersebut. Didalam perihal pendistribusian listrik dari pembangkit listrik ke pemakai listrik ditunjuk Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai satu-satunya institusi resmi pemerintah yang mengkoordinasikan pendistribusian energi listrik dari pembangkit listrik ke konsumen. Namun pembangkit tenaga listrik maupun PLN tidak selalu dapat memyuplai energi listrik secara kontinyu ke pemakai listrik atau komsumen. Hal ini dikarenakan adanya kemungkinan kerusakan Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri 277 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

2 dalam sistem pembangkit listrik maupun dalam pendistribusiannya. Sehingga ketika pasokan listrik dari PLN terhenti maka pabrik-pabrik ataupun instansi membutuhkan suatu pembangkit cadangan ataupun darurat untuk menjamin berlangsungnya operasi produksi. Pembangkit cadangan ini berupa seperangkat sistem generator yang lebih dikenal dengan Generator Set (genset). Pengalihan pemasok energi listrik dari PLN ke genset atau sebaliknya harus dilakukan dengan seefektif dan seefisien mungkin. Beberapa peralatan seperti komputer sistem utama, peralatan operasi, mesin-mesin produksi utama,yang selanjutnya disebut beban penting, diharuskan mendapatkan pasokan listrik secara kontinyu. Ini dikarenakan ketika terjadi pemutusan kepada peralatan tersebut walaupun hanya sesaat akan mengakibatkan hilangnya data atau mengacaukan keseluruhan sistem produksi. Berdasarkan hal yang demikian, penulis mempunyai keinginan untuk melakukan pembuatan simulasi sistem catu daya darurat. Maka penulis mengangkat judul Rancang Bangun Simulasi Otomasi Catu Daya Darurat Tanpa Terputus. Adapun rancang bangun ini akan digunakan sebagai modul praktikum mahasiswa STTN-BATAN. Dalam pembuatan simulasi ini akan dirancang sebuah sistem penyalaan genset dan sistem interlock yang akan menjamin beban penting agar selalu mendapat pasokan listrik. Generator AC ( Alternator) Alternator adalah mesin pengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik, khususnya tenaga lisrik arus bolak balik(alternating current) dan dapat disebut juga generator ac. Besarnya tegangan yang dihasilkan alternator adalah (2) : E o cn (1) E o : tegangan output alternator (volt) c : kontanta mesin ø : besarnya fluks magnet (weber) n : putaran rotor (rpm) besarnya ø yang dihasilkan bergantung pada: 1. Kawat pengahantar diam, jumlah garisgaris gaya medan magnet/flux yang mengenainya diubah. 2. Jumlah garis gaya/flux tetap, kawat hantaran digerakkan sehingga mengalami perubahan flux yang mengenainya. Oleh karena itu pada prinsip kerja generator ada 3 hal pokok, yaitu: 1. Flux magnet dari kutub magnet. 2. Kawat hamparan tempat timbulnya ggl. 3. Gerakan relatip antara medan magnet terhadap kawat hantaran. Pada prinsipnya alternator sama halnya dengan motor sinkron 3 fasa dimana medan magnet/fluxnya adalah bukan dari induksi karena adanya medan putar tetapi medan magnet dari kumparan electromagnet. Perbedaan alternator dengan motor terdapat pada statornya, stator pada motor adalah tempat medan putar sedangkan pada alternator statornya merupakan tempat timbulnya ggl. Ada 2 macam alternator dilihat dari cara membangkitan tegangannya, yaitu (3) : a) Rotating-armature Alternator, alternator ini mempunyai konstruksi yang sama dengan generator dc yang mana armature berputar dalam sebuah medan magnet stasioner. Pada generator dc, ggl dibangkitkan dalam belitan armature dan dikonversikan dari ac ke dc dengan menggunakan komutator (sebagai penyearah). Pada alternator, tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah menjadi dc dan diteruskan kepada beban dengan menggunakan slip ring seperti pada gambar 1. Armature yang bergerak dapat dijumpai pada alternator untuk daya rendah dan umumnya tidak digunakan untuk daya listrik dalam jumlah besar. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 278 Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri

3 b) Rotating-field Alternator, Armature stasioner, atau stator, pada alternator jenis ini mempunyai belitan yang dipotong oleh medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan rotor (armature). Pada gambar 2 Gambar 1. Rotating-armature Alternator terlihat tegangan yang dibangkitkan pada stator sebagai hasil dari aksi potong ini adalah tegangan ac yang akan dikirimkan kepada beban. Motor Bakar Bensin Motor bakar bensin adalah motor yang sumber tenaganya diperoleh dari hasil pembakaran gas di dalam ruang bakar. Di mana gas pembakarannya berasal dari hasil campuran bensin dengan udara dalam suatu perbadingan tertentu, sehingga gas tersebut dapat terbakar dengan mudah sekali dalam ruang bakar, apabila timbul loncatan bunga api listrik tegangan tinggi pada elektroda busi (4). Gambar 2. Rotating-field Alternator Tenaga yang dihasilkan oleh motor berasal dari adanya pembakaran gas di dalam ruang bakar, karena adanya pembakaran tersebut, maka timbulah panas. Dan panas ini mengakibatkan gas yang telah terbakar mengembang, karena pembakaran dan pengembangan ini terjadi di dalam ruang bakar yang sempit dan tertutup (tidak bocor) di mana bagian atas samping kiri kanan dari ruang bakar adalah statis/tidak bisa bergerak, sedangkan yang dinamis/yang bisa bergerak hanya bagian bawah, yakni piston, sehingga dengan Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri 279 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

4 sendirinya piston akan terdorong ke bawah oleh gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada saat piston terdorong ke bawah ini, membawa tenaga yang sangat dahsyat. Dan tenaga inilah yang dimaksud dengan tenaga motor bakar. Sistem penyalaan motor bakar terbagi 2 macam: 1. Sistem battery adalah motor bakar yang pengapiannya menggunakan arus listrik direct current (DC) dari accu. 2. Sistem magneto adalah motor bakar yang pengapiannya menggunakan arus listrik AC dari generator. Motor DC Motor direct current (DC) adalah suatu mesin yang mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran daripada motor. Besarnya putaran motor dc dapat ditentukan sebagai berikut: U I a Ra n (2) C n : putaran motor (rpm) U : tegangan input (volt) I a : arus jangkar (ampere) R a : tahanan jangkar (ohm) : fluks magnet (weber) C : konstanta Sedangkan untuk menghitung daya yang masuk pada motor dc adalah: P in UI (3) P in : daya input (watt) U : tegangan input (volt) I : arus input (ampere) Atau dengan rumus, P in P out η Pout Pin (4) : daya input (watt) : daya output (watt) : effisiensi motor Keuntungan motor dc antara lain adalah mempunyai momen kakas (torsi) awal yang besar dan relatif lebih mudah mengatur kecepatan putaran. Hubungan antara kopel elektromagnetik dengan daya mekanik di motor dc adalah: E I T W (5) a W m a m 2 n (6) 60 E a : tegangan induksi (volt) I a : arus jangkar (ampere) T : torsi/kopel (kilogram-meter) W m : kecepatan sudut (rad\sekon) n : putaran (rpm) Untuk menghitung energi yang digunakan pada motor dc adalah: W P t (7) W P in t in : energi yang digunakan motor dc (joule) : daya input motor dc (watt) : selang waktu (detik) METODE PENELITIAN Pembuatan simulasi catudaya darurat ini dilakukan dengan menggunakan genset ATS dengan daya 600 watt tegangan keluaran 220 volt dengan penggerak mesin bensin 2 langkah, yang di kopel dengan roda gila dan motor DC Pasific Scientific yang memiliki daya 0,5 HP dengan rpm 1750 pada tegangan 180 volt DC yang berfungsi sebagai motor starter yang mendapatkan sumber tegangan dari UPS melalui regulator tegangan arus searah. UPS ini selain sebagai tenaga starter juga untuk mensuply beban penting saat proses interkoneksi berlangsung. Langkah langkah yang dilakukan dalam proses pembuatan simulasi daya darurat dimulai dengan mendesain, merakit dan menginstalasi sistem otomasisasi hingga pengujian sistem. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 280 Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri

5 Gambar 3. Diagram Alir Penelitian Tabel 1. Alat dan bahan No Nama Bahan Merek Spesifikasi 1 Genset ATS Daya keluaran 600 W Daya keluaran max 800W Tegangan keluaran 220 V 2 Motor DC Pasific Scientific Daya ½ HP n 1750 rpm Tegangan 180 V Arus nominal 2.76 A 3 Roda gila - Diameter 26 cm 4 UPS Prolink Daya max 1200 VA Tegangan keluaran 220 V Backup time ± 15 menit 5 Kontaktor magnit dan kontaktor bantu Mitsubishi Tegangan kerja 220V/AC 6 Timer Omron Tegangan kerja 220V/AC Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri 281 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

6 HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilakukan pengistalasian dan dilakukan pengujian terhadap rangkaian, sistem interlock dapat bekerta dengan baik. Cara kerja dari sistem utama dan sistem kontrol adalah sebagai berikut : a) Pada saat PLN terhubung Saklar 1 (S1) ditutup dan saklar 2 (S2) ditutup maka kontaktor 1 akan menerima catu daya. Kontak-kontak Normally Open (NO) pada kontaktor 1 akan berubah menjadi Normally Close (NC). Begitu juga sebaliknya kontak-kontak NC pada kontaktor 1 akan berubah menjadi NO. Hal ini membuat beban biasa dan UPS akan menerima pasokan listrik dari PLN. Diagram sistem utama, diagram sistem kontrol, dan diagram pengawatan dapat dilihat pada gambar 4. (a) (b) Gambar 4. Sistem utama (a), sistem kontrol (b), dan pengawatan (c) (c) b) Pada saat PLN terputus Ketika S1 terbuka maka catu daya ke kontaktor 1 akan terputus sehingga kontakkontaknya akan kembali ke posisi semula. Ini mengakibatkan pasokan listrik daya ke beban biasa dan UPS akan terhenti, sementara beban penting tetap menerima pasokan listrik dari UPS. Kontaktor 1 akan Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 282 Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri

7 menjadi NC, hal ini akan membuat coil dari kontaktor 2 akan mendapat catu daya dari UPS. Dengan bekerjanya kontaktor 2 maka kontak-kontak NO akan berubah menjadi NC dan juga sebaliknya. Dengan menutupnya K2 maka UPS akan mencatu motor dc. pada saat ini timer, dimana telah diatur untuk bekerja selama 2 detik, juga mendapat catu daya dari UPS. c) Pada saat PLN terhubung kembali. Saat beban beroperasi menggunakan genset, kemudian listrik PLN hidup, maka kontaktor akan bekerja sesuai urutan. Pertama K3 akan membuka kemudian selang 1/100 detik disusul K1 akan menutup, sehingga beban penting maupun beban biasa akan terpasok oleh PLN sedangkan Genset mati secara otomatis. a. Tampak depan b. Tampak samping kanan Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri 283 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

8 c. Tampak samping kiri Gambar 5. Simulasi Catu Daya Darurat KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Beban penting akan selalu mendapatkan energi listrik saat PLN padam. 2. Selama proses interlock, beban biasa akan mengalami pemadaman selama ± 8 detik. 3. Motor DC sebagai starter genset mendapatkan daya yang paling efisien pada tegangan 110 volt DC dalam waktu selama 2 detik mampu menghidupkan genset. DAFTAR PUSTAKA 1. APRILAWATI, HIDAYAH., Perancangan Instalasi Genset Di Pt Aichi Tex Indonesia, Politeknik Negeri Bandung, Bandung. 2. ZUHAL., 1986, Dasar Tenaga Listrik, Itb, Bandung. 3. UNILANET.UNILA.AC.ID, TEISERAN, EMANUEL., 1999, Teknik Motor, Liberty, Yogyakarta. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 284 Ignatius Agus Purbhadi dan M. Khoiri