BAB IV SISTEM KONVERSI ENERGI LISTRIK AC KE DC PADA STO SLIPI

Transkripsi

1 BAB IV SISTEM KONVERSI ENERGI LISTRIK AC KE DC PADA STO SLIPI 4.1 Umum Seperti yang telah dibahas pada bab III, energi listrik dapat diubah ubah jenis arusnya. Dari AC menjadi DC atau sebaliknya. Pengkonversian energi listrik itu dapat terjadi apabila energi listrik melewati atau masuk ke rectifier atau inverter. Seperti yang telah dijelaskan di bab III, inverter adalah suatu sistem yang mengubah sumber catuan yang berarus DC menjadi catuan arus AC (DC to AC), sedangkan rectifier adalah kebalikan dari inverter yaitu mengubah sumber catuan yang berarus AC manjadi catuan arus DC (AC to DC). Rectifier adalah perangkat atau sistem pengubah catuan arus AC menjadi arus DC. Rectifier yang dipakai di STO slipi adalah inverter merk Siemens yang mempunyai kapasitas Ampere dan terdapat 12 unit. Pengubah jenis arus yang ada di dalam rectifier adalah komponen thyristor atau TRIAC. Thyristor adalah sebuah saklar semikonduktor yang secara prinsip bekerja seperti dioda. Thyristor ini mengubah catuan AC menjadi DC. Gambar 4.1 Rectifier SIEMENS 30

2 4.2 Prinsip Dasar Rectifier Gambar 4.2 Skema dasar rectifier Rangkaian penyearah yang sederhana ini akan mengubah catuan input tegangan AC menjadi tegangan output DC melalui proses perubahan tegangan pada trafo input kemudian disearahkan pada rangkaian rectifier yang selanjutnya akan difilter untuk menghilangkan bagian ripple pada output DC sehingga dihasilkan tegangan DC yang dikehendaki. Pada rangkaian di atas merupakan bagan suatu rangkaian penyearah sederhana tanpa dilengkapi dengan stabilisator. Rangkaian penyearah seperti ini kurang cocok digunakan untuk mencatu daya pada perangkat telekomunikasi, terutama untuk beban yang berubah-ubah sepanjang hari. Rangkaian penyearah seperti di atas biasanya hanya digunakan untuk mengisi baterai starter mobil dan sebagainya. 4.3 Fungsi Lain Rectifier Mencatu beban degan tegangan nominal yang stabil pada toleransi + 0,5% sampai dengan 2%. Dengan demikian penyearah harus dilengkapi dengan rangkaian stabilisator. Menjamin keamanan tegangan kerja untuk perangkat telekomunikasi (limit tegangan beban). Mungkin terjadi karena disebabkan oleh suatu gangguan, unit regulator tidak berfungsi sebagaiman mestinya, sehingga berakibat tegangan output naik atau turun dari batas tegangan kerjanya. Bila tegangan naik jauh melebihi batas normal maka dapat merusak perangkat-perangkat telekomunikasi yang dicatunya. Demikian bila tegangan output turun jauh dibawah tegangan normal, maka perangkat-perangkat telekomunikasi tidak 31

3 dapat bekerja sebagaimana mestinya dan mengakibatkan pelayanan telekomunikasi terganggu. Setiap perangkat telekomunikasi agar dapat bekerja dengan baik harus mendapat catuan listrik pada daerah tegangan tertentu. Daerah tegangan kerja adalah batas-batas tegangan dimana perangkat telekomunikasi masih dapat bekerja secara normal. Dilengkapi dengan sistem pengamanan seperti thermo relay, circuit breaker, sekering yang menjamin keamanan-keamanan bagian dari komponen rectifier itu sendiri dari arus dan tegangan yang lebih besar. Dilengkapi dengan fasilitas pengaturan tegangan manual apabila fungsi otomatis tidak bekerja. Mampu menyediakan arus beban yang dibutuhkan. Mempunyai fasilitas untuk melayani kebutuhan pengisian baterai dengan berbagai macam tegangan. Dilengkapi dengan pengontrol fasa tegangan. Apabila sistem mengalami gagal fasa, maka sistem kontrol tersebut akan secara otomatis mematikan rectifier dan mengalihkan catuan tegangan DC dari baterai sampai rectifier dapat bekerja normal kembali. Dilengkapi dengan unit pembatas arus. Apabila arus yang mengalir melebihi kemampuan rectifier, maka unit ini akan menurunkan tegangan output secara otomatis. Dengan demikian arus pengisian baterai akan dikurangi untuk memenuhi catuan beban. Sehingga kenaikan arus yang melebihi kemampuan rectifier dapat dihindari. Dilengkapi dengan sistem sinyal, baik itu sinyal lampu ataupun sinyal alarm yang dapat memberitahu operator tentang kinerja rectifier saat itu. 32

4 4.4 Rectifier yang Dilengkapi Regulator Gambar 4.3 Skema Dasar Rectifier yang dilengkapi Regulator Fungsi unit dan prinsip kerja sebagai berikut : Transformator Berfungsi mengubah tegangan input arus bolak-balik menjadi tegangan arus bolak-balik yang sesuai dengan kebutuhan. Regulator Berfungsi sebagai unit pengatur kestabilan tegangan output trafo. Rangkaian Penyearah Berfungsi mengubah tegangan arus AC menjadi tegangan arus DC sesuai dengan karakteristik beban. Rangkaian Filter Berfungsi untuk mengurangi tegangan rippel agar mendapat tegangan DC yang benar-benar rata. Detektor Berfungsi untuk mendeteksi tegangan atau arus output rectifier apabila terjadi gangguan. 33

5 Komparator Berfungsi untuk membandingkan sinyal dari detektor dengan sinyal dari tegangan / arus referensi. Tegangan / Arus Referensi Berfungsi memberi tegangan / arus referensi yang diinginkan ke rangkaian komparator untuk selanjutnya diteruskan ke rangkaian regulator yang selanjutnya untuk mengatur kestabilan tegangan output rectifier. 4.5 Komponen Rectifier Trafo Salah satu komponen utama dari rectifier adalah transformator atau trafo yaitu suatu komponen yang berfungsi untuk mengirim daya listrik dari gulungan primer ke gulungan sekunder. Trafo yang baik adalah trafo yng memiliki rugi-rugi daya seminimal mungkin. Trafo bekerja berdasarkan prinsip induksi timbal balik. Bila suatu catuan AC atau DC berpulsa yang dicatukan pada gulungan primer trafo, maka pada gulungan sekundernya akan timbul suatu tegangan induksi yang besarnya tergantung dari perbandingan lilitan primer dengan lilitan sekundernya dan frekuensinya tidak berubah. Jenis-jenis Trafo, yaitu : Trafo Penaik Tegangan (Step Up Transformator) Trafo Penaik Tegangan berfungsi untuk menaikkan tegangan sehingga dihasilkan suatu tegangan yang lebih tinggi. Pada trafo ini lilitan sekundernya (Ns) lebih banyak dibandingkan dengan lilitan primernya (Np). (gambar 4.4) Ep Es Np Ns Gambar 4.4 Simbol Trafo Step Up 34

6 Trafo Penurun Tegangan (Step Down Transformator) Trafo jenis ini berfungsi untuk menurunkan tegangan sehingga dihasilkan tegangan output pada trafo yang lebih kecil dari tegangan input-nya. Hal ini dapat terjadi karena lilitan primernya (Np) lebih banyak dari lilitan sekundernya (Ns) (gambar 4.5). Disamping untuk menurunkan tegangan, trafo ini juga digunakan untuk sensor arus yang banyak digunakan pada aplikasi ampere meter tegangan AC. Ep Es Np Ns Gambar 4.5 Simbol Trafo Step Down Auto Transformator Trafo jenis ini hanya memiliki satu buah lilitan saja dimana lilitan primer dan sekunder-nya disatukan menjadi satu buah lilitan saja. Dalam penggunaannya ada yang step down dan ada yang step up trafo (Gambar 4.6). Es Ep Ep Es Step Up Auto Trafo Step Down Auto Trafo Gambar 4.6 Simbol Auto Trafo Step Up dan Step Down 35

7 4.5.2 Thyristor / TRIAC Salah satu komponen pada rectifier adalah thyristor atau TRIAC. TRIAC merupakan singkatan dari TRIode Alternating Current, yang artinya saklar triode untuk arus bolak-balik. TRAC adalah pengembangan dari pendahulunya yaitu DIAC dan SCR. Ketiganya merupakan sub-jenis dari Thyristor, piranti berbahan silikon yang umum digunakan sebagai saklar elektronik, disamping transistor dan FET. Perbedaan diantara ketiganya adalah dalam penggabungan arus listrik yang melaluinya. Gambar 4.7 Simbol TRIAC TRIAC sebenarnya adalah gabungan dua buah SCR (Silicon Controlled Rectifier) atau Thyristor yang dirancang anti paralel dengan 1 (satu) buah elektroda gerbang (gate electrode) yang menyatu. SCR merupakan piranti zat padat (solid state) yang berfungsi sebagai sakelar daya berkecepatan tinggi. Untuk karakteristik TRIAC atau thyristor sendiri adalah sebagai berikut : Karakteristik TRIAC TRIAC memiliki karakteristik switching seperti pada SCR, kecuali bahwa TRIAC dapat berkonduksi dalam berbagai arah. TRIAC dapat digunakan untuk mengontrol aliran arus dalam rangkaian AC. Elemen seperti penyearah dalam kedua arah menunjukkan kemungkinan dua aliran arus secara terminal utama M1 dan M2. Pengaturan dilakukan dengan menerapkan sinyal antara gate (gerbang) dan M1. Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC digunakan untuk mengendalikan fasa arus AC (contohnya kontroler tegangan AC). Selain itu, karena TRIAC merupakan devais bidirectional, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai anode atau katode. Jika terminal MT2 positif terhadap 36

8 terminal MT1, TRIAC dapat dimatikan dengan memberikan sinyal gerbang positif antara gerbang G dan terminal MT1. Tidak perlu untuk memiliki kedua sinyal gerbang positif dan negatif karena TRIAC akan dapat menghidupkan baik dengan sinyal positif atau negatif. Gambar 4.8 karakteristik TRIAC Dalam prakteknya sensitifitas berfariasi antara satu kuaadran dengan kuadran lain, dan TRIAC biasanya beroperasi di kuadran I+ (tegangan dan arus gerbang positif) atau kuadran III- (tegangan dan arus gerbang negatif). Konduksi atau hantaran diantara katoda dan anodanya ditahan dalam arah maju maupun mundur. Gerbang tidak dikendalikan sepanjang karakteristik mundur, namun dapat dipergunakan sebagai sakelar hantaran dalam arah maju. Bila diberi sinyal kecil antara gerbang dan katoda, thyristor akan aktif, sehingga arus maju yang besar dapat mengalir dengan hanya memberikan tegangan kecil saja pada piranti ini. Sekali aktif, thyristor hanya dapat dimatikan dengan menurunkan arus yang melaluinya sampai kurang nilai arus yang disebut holding current (arus genggam). Arus genggam merupakan arus minimum yang dinyatakan untuk memastikan penerusan hantaran, dan ini biasanya dinyatakan dalam persen terhadap arus maju maksimum. Thyristor dapat disambungkan dalam kondisi hantaran maju dengan dua cara, yaitu dengan melampaui tagangan putus maju (forward break-over voltage) 37

9 TRIAC, atau dengan memberikan suatu bentuk gelombang yang nilainya naik dengan cepat diantara anoda dan katodanya, pada khususnya lebih dari 50 V/µs. namun biasanya yang dipakai untuk mengendalikan titik pengaktifan adalah sinyal gerbang. Thyristor memiliki struktur yang tersusun atas empat lapisan silikon P-N / N-P. Simbolnya merupakan simbol penyearah dengan terminal tambahan yang disebut gerbang (gate). Gerbang inilah yang mengizinkan pengendalian atas aksi penyearah. Piranti ini dapat dibuat agar bertindak sebagai rangkaian terbuka (penahan maju) atau dapat dipicu sehingga memiliki kondisi hantaran maju resistansi rendah dengan memberikan pulsa singkat yang memiliki daya relatif rendah/kecil pada terminal gerbang. Dengan memberikan thyristor secara diagonal akan terlihat bahwa struktur transistor P-N terdapat diantara anoda dan gerbang transistor N-P dalam daerah gerbang katoda Auto Voltage Regulator Auto Voltage Regulator yang terpasang pada rectifier merupakan suatu rangkaian yang terdiri dari komponen elektronik yang berfungsi untuk memberikan trigger positif pada gate thyristor sehingga pengaturan arus maupun tegangan output suatu rectifier dapat dilakukan sedemikian rupa sehingga pengendalian arus pengisian ke baterai dapat disesuaikan dengan arus kapasitas baterai yang terpasang. Rangkaian AVR ini sendiri sangat peka terhadap kenaikan tegangan yang terjadi pada rangkaian input. Gambar 4.9 Auto Voltage Regulator 38

10 4.6 Mode Operasi Rectifier Floating Charge Floating charge adalah jenis pengisian dari rectifier ke baterai untuk menjaga baterai dalam keadaan penuh dan baterai tidak mengeluarkan maupun menerima arus listrik saat mencapai tegangan floating dan baterai tetap tersambung ke rectifier dan beban. Tegangan floating rectifier 56 Vdc (2,23v/cell) Equalizing Charge Equalizing charge adalah jenis pengisian baterai untuk menyamakan atau meratakan tegangan yang terjadi karena baterai lama tidak digunakan atau setelah baterai digunakan untuk mencatu beban. Tegangan equalizing rectifier 58,5 Vdc (2,33v/cell) Boosting Charge Boosting charge adalah jenis pengisian baterai dengan cara cepat yang digunakan untuk mengisi baterai baru atau baterai mengalami pengosongan yang besar akibat mencatu beban dalam kurun waktu yang lama. Tegangan boosting rectifier 67,5 Vdc (2,7v/cell). 4.7 Pengoprasian Rectifier Rectifier dioperasikan untuk memberikan catuan DC ke beban dan juga untuk melakukan pengisian pada baterai. Untuk mempermudah pengoperasiannya hampir setiap rectifier dilengkapi dengan indicator, display tombol, alarm, saklar, dan MCB. Berikut ini adalah tahapan untuk mengoprasikan rectifier : 1. Ukur tegangan input pada SDP / MCB input rectifier. 2. Pastikan baterai telah terhubung dengan MCB. 3. On-kan MCB 3 phasa dalam rack rectifier. 4. Operasikan rectifier dengan menaikkan MCB setiap rectifier pada terminal MCB. 5. Pastikan lampu indicator (LED) pada semua rectifier menyala, power indikator : ON, proteksi indikator : OFF, dan fault indikator : OFF. 39

11 6. Tunggu beberapa saat, tampilan pada PCU akan menyala dan tegangan menunjuk 53,5 Vdc (floating). 7. Pada saat LVD (Low Voltage Disconect) kontaktor bekerja, maka baterai parallel akan mencatu beban. 8. Rectifier beroperasi secara normal. 4.8 Sistem Pemeliharaan Rectifier Pemeliharaan yang dilakukan terhadap rectifier ini berupa pemeliharaan preventif dan korektif dengan maksud dan tujuan adalah untuk tetap menjaga dan mempertahankan usia operasi semaksimal mungkin. Pemeliharaan yang dilakukan adalah : Pemeliharaan dan Pemeriksaan Harian Pemeliharaan dan Pemeriksaan Bulanan Pemeliharaan dan Pemeriksaan Tahunan 1. Pemeliharaan dan Pemeriksaan Harian a. Cek tegangan output rectifier : 1) Floating (51,5 Vdc s/d 56 Vdc). 2) Equalizing (56 Vdc s/d 59 Vdc). 3) Boosting (59 Vdc s/d 68 Vdc). b. Periksa fan rectifier saat rectifier bekerja. c. Ukur dan catat temperatur serta kelembaban ruangan. d. Bersihkan rectifier dan ruangan. 2. Pemeliharaan dan Pemeriksaan Bulanan a. Sama seperti pelaksanaan harian. b. Uji alarm gangguan input/modul rectifier dengan cara menjatuhkan MCB input atau MCB modul rectifier. c. Lepaskan modul rectifier dari subrack dan bersihkan debu dengan vacuum cleaner. d. Laksanakan proses equalizing sesuai prosedur dan catat tegangan serta arus equalizing masing-masing modul. 40

12 3. Pemeliharaan dan Pemeriksaan Tahunan a. Sama seperti pelaksanaan bulanan b. Gunakan software untuk menentukan karakteristik operasi rectifier. 41