ANALISA PENGARUH BEBAN INDUKTIF DAN RESISTIF PADA GENERATOR INDUKSI PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT (PLTGL)

Transkripsi

1 ANALISA PENGARUH BEBAN INDUKTIF DAN RESISTIF PADA GENERATOR INDUKSI PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT (PLTGL) Sang Lanang S 1 ), Ir.Sardono Sarwito M.Sc 2 ), Indra Ranu Kusuma ST. M.Sc 3 ) 1) Mahasiswa : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS, Surabaya ) Dosen Pembimbing 1 : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS, Surabaya ) Dosen Pembimbing 2 : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS, Surabaya sanglanang48@yahoo.com, sar_san@its.ac.id, kusuma@its.ac.id Abstrak Pembangkit listrik tenaga gelombang laut merupakan sebuah teknologi untuk menghasilkan tenaga listrik bersumber dari energi gelombang laut. Sebuah teknologi oscilating water column dipergunakan untuk mengkonversi tenaga tersebut sehingga dapat di transfer ke turbin sebuah pembangkit. Generator induksi satu phasa dengan kapasitor sebagai pembangkit tegangan digunakan untuk mengkonversi energi mekanis menjadi energi listrik untuk mencukupi kebutuhan penggunanya. Pemenuhan kebutuhan disesuaikan dengan jenis beban yang biasa dipergunakan yaitu beban resistif dan induktif. Karakteristik dari kedua beban tersebut sangat berpengaruh terhadap generator induksi seperti halnya beban induktif menurunkan tegangan mencapai 170 V pada beban penuh 60 W sedangkan beban resistif menurunkan tegangan mencapai 190 V dan penurunan rpm mencapai 2924 pada beban resistif sedangkan beban induktif terjadi kenaikan mencapai Pada generator induksi terjadi perbaikan faktor daya menjadi Leading yang diakibatkan oleh kapasitor yang terpasang. Kata Kunci : Gelombang laut, Oscilating water column, generator induksi satu phasa, beban resistif, beban induktif, kapasitor 1. PENDAHULUAN Luasnya wilayah geografi Indonesia merupakan sebuah tantangan tersendiri bagi kemajuan atau pengembangan energi yang ada, terutama isu mengenai pengembangan energi listrik mandiri, dimana hal ini dipicu oleh ketidak kemerataan suplai listrik keseluruh bagian yang ada di Indonesia, terutama daerah daerah terpencil yang relatif sulit dijangkau untuk pensuplaian listrik. Teknologi yang sekarang berkembang yang memanfaatkan energi alam yang tersedia merupakan sebuah alternatif yang di suguhkan mulai dari energi angin, gelombang laut, sampai arus aliran sungai. Pemanfaatan energi tersebut sampai saat ini terus dikembangkan, salah satunya penyerapan atau pemanfaatan energi tersebut terus dikembangkan, namun dikarenakan berbagai kondisi baik lingkungan, sosial, serta mempertimbangkan ke ekonomisan sehingga diharapkan tenologi ini dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang ada. Sebuah teknologi terapan yang saat ini dikembangkan salah satunya adalah pemanfaatan motor induksi menjadi generator induksi. Pemanfaatan generator induksi di terapkan secara luas di daerah terpencil yang notabene kesulitan dalam sumber listrik, meskipun generator induksi ini memiliki kelamahan yaitu dalam hal efisiensi serta regulasi tegangan. Meskipun demikian penerapan generator induksi ini memiliki kelebihan sehingga banyak dimanfaatkan di daerah daerah terpencil, kelebihan tersebut antara lain barang tersebut mudah diperoleh, konstruksi sederhana, kuat serta perawatan yang mudah serta tingkat ke ekonomisannya. Kompleknya kebutuhan yang semakin meningkat yang harus di suplai oleh generator induksi dari berbagai beban yang ada dilingkungan masyarakat sehingga dibutuhkan sebuah analisa pengaruh beban yang ada terhadap generator induksi ini. Beban beban ini dapat tergolong menjadi beban induktif serta beban resistif. Beban beban tersebutlah yang nantinya akan di suplai oleh generator induksi, sehingga diharapkan apapun kebutuhan listrik dari masyarakat dapat di suplai menggunakan teknologi ini. Teknik Sistem Perkapalan 1 Juli 2013

2 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Penjelasan Umum Pembangkit listrik tenaga gelombang laut merupakan sebuah pengembangan teknologi untuk menghasilkan tenaga listrik yang bersumber dari energi gelombang laut. Gelombang laut merupakan energi dalam transisi, merupakan energi yang terbawa oleh sifat aslinya. Prinsip dasar terjadinya gelombang laut adalah sebagai berikut Jika ada dua massa benda yang berbeda kerapatannya ( densitasnya) bergesekan satu sam lain, maka pada bidang geraknya akan terbentuk gelombang (Waldopo dalam I Wayan Arta, 2010) Gelombang merupakan gerakan naik turunnya air laut. Hal ini sesuai dengan gambar 2.1 Gambar 2. 1 Gambar pergerakan air laut (Waldopo,2008) Gelombang permukaan gambaran yang sederhana untuk menunjukan bentuk dari suatu energi laut. Gejala gelombang yang terjadi dikategorikan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari daya yang menyebabkannya. Gelombang laut dapat disebabkan oleh angin sehingga disebut sebagai gelombang angin, gelombang yang disebabkan adanya daya tarik menarik bumi-bulan-matahari disebut sebagai gelombang pasang surut, gelombang yang terjadi karena adanya gangguan seismic disebut gelombang tsunami. ( Siti Rahma, 2010) Gambar 2. 2 Spektrum periode gelombang untuk berbagai kecepatan angin (Pudjanarsa,2006) Gambar 2.2 menunjukan tinggi gelombang laut yang dipengaruhi oleh kecepatan udara, dimana angin dengan kecepatan rendah akan menyebabkan kecil tingginya gelombang serta rendahnya periode gelombang yang terjadi. Sedangkan angin yang kuat akan mengakibatkan tingginya periode dari gelombang yang terjadi serta gelombang akan mengarah ke berbagai penjuru Macam macam pembangkit listrik tenaga gelombang laut a. Oscillating Water Column Teknologi ini merupakan pemanfaatan gelombang laut sebagai pembangkit tenaga listrik, dimana dalam teknologi ini memakai kolom osilasi. pada teknologi alat ini terdapat sebuah pintu OWC yang nantinya dipergunakan untuk menangkap gelombang laut, pada saat gelombang laut masuk kedalam ruang osilasi maka akan terjadi fluktuasi gelombang didalamnya, dikarenakan di dalam ruang osilasi tersebut terdapat ruang kedap air sehingga fluktuasi gelombang laut tadi akan memberikan sebuah compresses dan decompresses. Gerakan ini mengakibatkan dihasilkannya sebuah alternating streaming kecepatan tinggi dari udara. Aliran udara yang dihasilkan di dorong melalui pipa menuju kesebuah turbin yang telah terkopel dengan rotor sebuah generator, dorongan itulah yang membuat turbin dapat berputar sehinga rotor generator ikut berputar untuk menghasilkan listrik. Proses diatas dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut ini Teknik Sistem Perkapalan 2 Juli 2013

3 Gambar 2. 3 Gambar skema OWC ( Graw,1996) b. Salter Duck Salter Duck merupakan sebuah aplikasi untuk mengkonversi energi gelombang laut untuk menjadi energi listrik yang ditemukan oleh Stephen Salter pada tahun Konsep ini mampu menghasilkan effisiensi sebesar 90 % pada gelombang sinusiodal 2 dimensi. Prinsip kerja maupun bentuknya seperti Paunch dari bebek, bentuk Paunch tersebut mempermudah dalam pemanfaatan tekanan dinamik suatu gelombang yang dapat mempengaruhi gerakan partikel dari air. Gerakan partikel air tersebut secara effisien akan memaksa perangkat tersebut untuk berotasi pada sumbu O. sebagai tambahan, perubahan tekanan hidrostatis akan memberikan kontribusi untuk rotasinya dengan buoyant forebody dekat beak menjadi naik turun.(redatu,2013) Pergerakan naik turun akan di konversi dari energi kinetik dan potensial gelombang menjadi energi rotasi. Sehingga energi rotasi ini lalu di konversi menjadi energi listrik dengan menggunakan Hydraulic electric subsystem. ( McCormick, Michael, Ocean Wave Energy Conversion,1981) 2.2 Motor Induksi Penjelasan Umum Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik yang mengkonversi energi elektrik ke energi mekanik. Salah satu jenis yang banyak digunakan adalah motor asinkron atau motor induksi. Disebut sebagai motor induksi karena motor dapat berputar bila rotor terinduksi oleh medan putar yang dihasilkan oleh arus statornya Motor asinkron adalah motor yang bekerja karena adanya perbedaan antara ns dan nr, sedangkan pengertian dari motor slip yaitu motor yang dapat berputar apabila memenuhi syarat ns < nr.(tirta Wijaya,2013) Motor induksi ini dibagi menjadi dua tipe yaitu motor induksi satu phasa dengan motor induksi tiga phasa Beberapa kelebihan dari motor induksi adalah: a) Konstruksinya sangat sederhana dan kuat b) Keandalan tinggi c) Perawatan motor mudah d) Harganya relatif murah e) Efisiensinya relatif tinggi pada keadaan nominal Sedangkan kekurangan dari motor induksi adalah: a) Pengaturan putaran sulit b) Faktor daya rendah ( lagging ) c) Arus start cukup tinggi Mode motoring and generating Mesin induksi dapat dioperasikan sebagai motor maupun sebagai generator. jika mesin induksi dioperasikan sebagai generator, maka mesin induksi akan bekerja pada slip negatif (s < 0) atau dengan kata lain kecepatan berputar rotor (Nr) lebih besar dari kecepatan medan putar (Ns) sedangkan Jika dioperasikan sebagai motor, mesin induksi harus dihubungkan dengan sumber tegangan (jalajala) dan akan bekerja pada slip lebih besar dari nol sampai satu (0 < s <1). Karakteristik mesin induksi diperlihatkan pada grafik 2.1. Gambar 2. 4 Salter Duck ( Teknik Sistem Perkapalan 3 Juli 2013

4 Grafik 2. 1 Karakteristik Torsi Kecepatan mesin induksi ( Habibi Lubis,2013) 2.3 Generator Induksi Pada motor induksi, kecepatan putar rotor (n) selalu lebih kecil dari kecepatan sinkron (n s ). Tetapi pada generator induksi, kecepatan putar rotor harus dibuat lebih besar dari kecepatan sinkron ( n > n s ) sehingga energi listrik akan dikembalikan pada sistem jala-jala. Dengan kata lain, pada generator induksi slip selalu dalam keadaan negatif. Proses perubahan motor induksi menjadi generator induksi membutuhkan daya reaktif atau daya magnetasi untuk membangkitkan tegangan pada terminal keluarannya. Disini yang berfungsi sebagai penyedia daya reaktif adalah kapasitor yang besarnya disesuaikan dengan kebutuhan daya reaktif yang dibutuhkan. Syarat utama terbangkitnya tegangan generator induksi adalah adanya remanensi di rotor atau kapasitor eksitasi yang digunakan harus sudah mempunyai muatan listrik terlebih dahulu. Remanensi atau muatan kapasitor merupakan tegangan awal yang diperlukan untuk proses pembangkitan tegangan selanjutnya. Proses pembangkitan tegangan akan terjadi bila salah satu syarat diatas terpenuhi. Dengan menghubungkan kapasitor terminal stator, akan terbentuk suatu rangkaian tertutup. 2.4 Pembebanan Jenis Jenis Beban a. Beban Resistif Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja (resistance), seperti elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu Sifat beban resistif itu adalah arus beban resistif sefasa dengan tegangannya atau faktor daya atau cos φ = 1 Daya aktif P = V. I Cos φ ( Watt ) Daya Reaktif Q= V. I Sin φ ( VAR ) Jika Cos φ = 1 maka Sin φ = 0 dan daya aktif menjadi maximum daya reaktif nol. b. Beban Induktif Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang dililitkan pada suatu inti, seperti coil, transformator, dan solenoida. Beban ini dapat mengakibatkan pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal ini disebabkan oleh energi yang tersimpan berupa medan magnetis akan mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif. Sifat beban induktif Arus beban induktif 90 0 ketinggalan terhadap tegangannya atau faktor daya : cos φ = 0 Daya aktif P = V. In.Cos φ ( Watt ) = V. I.Cos 90 = V. I. 0 Daya Reaktif Q = V. In. Sin φ ( VAR ) = V. In.Sin 90 = V. In. 1 Bila Cos φ = 0 maka Sin φ = 1 dan daya aktif menjadi nol daya reaktif maksimum Pengaruh Beban pada Generator Induksi Pada saat generator dibebani akan terjadi drop tegangan sebelum terminal outputnya. Besaran drop tegangan ini sangat tergantung pada kondisi beban yang ada. Adapun macam macam drop tegangan tersebut yaitu : a) Drop tegangan akibat tahan jangkar (IRa) Teknik Sistem Perkapalan 4 Juli 2013

5 b) Drop tegangan akibat reaktansi Jangkar (IXa) c) Drop tegangan akibat flux bocor Penggabungan antara reaktansi jangkar dan flux bocor sering disebut sebagai reaktansi sinkron (Xs = Xl + Xa). Berikut ini akan dijabarkan mengenai pengaruh pembebanan di beban resistif dan induktif. a. Beban Cos φ = 1 Faktor daya yang generator bernilai Cos φ = 1 adalah apabila generator diberi beban bersifat resistif. Sifat beban resistif adalah arus beban resistif sefasa dengan tegangannya. Karakteristik faktor daya generator yang diakibatkan oleh beban induktif adalah arus beban induktif tertinggal terhadap tegangannya. Gambar 2. 6Vektor pada beban cos φ = Lagging Gambar 2. 5 Vektor pada beban cos φ=1 EEEE = (VV + IIIIIIII) 2 + (IIIIII + IIIIII) 2 Keterangan : Eo = Tegangan yang terangkat pada kumparan jangkar (tegangan beban nol) E = Emf induksi beban V = Tegangan terminal ( Adhe Anggriawan,2013) Bila φ = maka Cos φ = 1 dan Sin φ = 0, sehingga daya aktif menjadi maksimum dan daya reaktif menjadi nol. Efek dari pembebanan resistif adalah putaran generator turun dan tegangan generator juga turun. Untuk mengatasi putaran generator yang turun dapat diatasi dengan menambah putaran mesin yang digunakan untuk menggerakkan generator, dan untuk mengatasi tegangan keluaran generator yang turun maka dapat diatasi dengan cara menambah arus eksitasi. b. Beban Cos φ = Lagging Faktor daya generator dapat bernilai lagging apabila generator dibebani beban yang bersifat induktif. Beban induktif adalah beban yang mayoritas komponen penyusunnya adalah gulungan-gulungan kawat yang dapat menghasilkan medan magnet/induktor. Contohnya adalah kumparan, motor listrik, lampu TL. Keterangan : Eo = Tegangan yang terangkat pada kumparan jangkar (tegangan beban nol) E = Emf induksi beban V = Tegangan terminal ( Adhe Anggriawan,2013) Efek dari pembebanan induktif adalah tegangan stator turun sedangkan putaran tetap. Untuk mengatasi permasalahan akibat pembebanan induktif ini adalah dengan menambah arus eksitasi agar tegangan naik kembali. 3. METODOLOGI Untuk mencapai tujuan penulisan ini, digunakan metode teoritis dengan beberapa tahapan yang dapat dilihat pada flowchart berikut Teknik Sistem Perkapalan 5 Juli 2013

6 4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data 4.1.1Data generator induksi dengan pembebanan resitif dan induktif Pada pembebanan ini generator induksi akan diberi sebuah beban resistif dan induktif dimana pembebanan ini akan diuji pada generator yang mengunakan kapasitor 75 µf dan 80 µf. NO a. Beban resistif, kapasitor konstan 75 BEBAN C (µf) IL (A) VL (V) PL (W) RPM NO BEBAN C (µf) IL (A) VL (V) PL (W) RPM Tabel 4. 3Beban resistif, kapasitor konstan 80 d. Beban induktif, kapasitor konstan NO BEBAN C (µf) IL (A) VL (V) PL (W) RPM Tabel 4. 1 Beban resistif, kapasitor konstan 75 NO b. Beban induktif, kapasitor konstan 75 BEBAN C (µf) IL (A) VL (V) PL (W) RPM Tabel 4. 4 Beban induktif, kapasitor konstan 80 Berdasarkan data data diatas maka akan dianalisa dalam sebuah grafik yang nantinya akan ditarik sebuah kesimpulan seperti yang dibawah ini. a. Beban Resistif Tabel 4. 2 Beban induktif, kapasitor konstan 75 c. Beban resistif, kapasitor konstan 80 Grafik 4. 1 Tegangan vs Arus Beban Teknik Sistem Perkapalan 6 Juli 2013

7 Pada grafik 4.1 menunjukan bahwa dengan adanya peningkatan beban yang diwakili oleh besarnya arus yang mengalir dimana semakin besar arus maka akan terjadi penurunan tegangan juga. Untuk pengaruh besaran kapasitas kapasitor yang digunakan terlihat bahwa dengan menggunakan kapasitor 80 µf menunjukkan arus yang mengalir di setiap kenaikan beban lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan kapasitor 75 µf, hal ini dikarenakan pemakaian kapasitor dengan kapasitas yang lebih besar akan memberikan perbaikan faktor daya pada generator induksi. Pada grafik 4.3 menunjukan bahwa dengan adanya peningkatan beban terjadi penurunan tegangan setiap beban dinaikan. Untuk pengaruh besaran kapasitas kapasitor yang digunakan terlihat bahwa dengan menggunakan kapasitor 80 µf mendapatkan penurunan tegangan lebih besar daripada dengan penggunaan kapasitor 75 µf, hal ini dikarenakan kapasitor sebagai sumber daya reaktif utama pada generator induksi ini dan beban induktif mempunyai karakteristik menyerap daya reaktif, sehingga jika kapasitas kapasitor yang dipergunakan lebih besar maka tegangan yang turun juga lebih besar. Grafik 4. 2 Tegangan vs RPM Pada grafik 4.2 menunjukkan bahwa di setiap kenaikan beban selalu di ikuti dengan penurunan tegangan 220 v menuju 190 v serta terjadi pula penurunan putaran dari rotor generator induksi 3080 rpm menuju 2924 rpm. Serta pada grafik tersebut juga menunjukkan bahwa penggunaan kapasitor 80 µf memiliki pengaruh kepada penurunan rpm yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitor 75 µf, hal ini dikarenakan kapasitor yang terpasang pada generator induksi ini termasuk beban terhadap generatornya. jika bertambah besar kapasitas kapasitor maka bertambah besar pula beban yang diterima oleh generator tersebut. b. Beban Induktif Grafik 4. 3 Beban vs Tegangan Grafik 4. 4 Tegangan vs RPM Pada grafik 4.4 menunjukkan bahwa dengan adanya penurunan tegangan dari 220 v menuju 186 v di setiap kenaikan beban maka terjadi pula kenaikan putaran dari rotor generator induksi. Serta pada grafik tersebut juga menunjukkan bahwa penggunaan kapasitor 80 µf memiliki pengaruh kepada kenaikan rpm yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitor 75 µf, hal ini dikarenakan daya reaktif yang terkandung dalam kapasitor terserap oleh beban induktif sehingga kapasitor yang sebelumnya berpengaruh juga untuk menjadi beban terhadap generator induksi perlahan lahan pengaruh tersebut berkurang. 5. KESIMPULAN 1. Penggunaan beban resistif akan mengakibatkan perubahan rpm dari generator induksi dimana perubahan beban berbanding terbalik dengan perubahan rpm. 2. Beban resistif yang dipergunakan untuk membebani generator induksi akan memberikan pengaruh pada perubahan tegangan output dari generator induksi, Teknik Sistem Perkapalan 7 Juli 2013

8 dimana perubahan beban berbanding terbalik dengan perubahan tegangan output generator induksi 3. Pengaruh pemakaian kapasitas kapasitor yang lebih besar akan memberikan penurunan terhadap arus beban yang mengalir pada beban resistif. 4. Penggunaan beban induktif akan memberikan perubahan tegangan pada generator induksi, dimana perubahan beban berbanding terbalik dengan perubahan tegangan. 5. Kenaikan beban induktif akan mengakibatkan kenaikan rpm pada generator induksi. 6. Pemanfaatan generator induksi sebagai pembangkit listrik tenaga gelombang laut sangat berpotensi diterapkan salah satunya pada OWC, namun tetap memperhatikan kekonstanan dari rpm generator induksi. DAFTAR PUSTAKA [1] Anggriawan,Adhe.Studi Analisa Penggunaan PMG pada Generator di Kapal.Teknik Sistem Perkapalan ITS.2013:Surabaya. [2] Habibi,Muhammad.Masykur.Analisa Pengaruh Besar Nilai Kapasitor Eksitasi Terhadap Karakteristik Beban Nol Dan Berbeban Pada Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) Penguatan Sendiri.Teknik Elektro USU.2013:Sumatera Utara. [3] Arta,I Wayan.Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Menggunakan Teknologi Oscilating Water Column di Perairan Bali.Teknik Elektro Universitas Udayana.2010:Bali. [4] Perdana,Lintang.Perancangan dan Implementasi Pengendali Tegangan Generator Induksi Satu Fasa 370 W.Teknik Elektro Industri PENS.2013:Surabaya. [5] Keris,Redatu.Studi Perancangan Dimensi Salter Duck di Pantai Bandealit Jember Jawa Timur.Teknik Sistem Perkapalan ITS.2013:Surabaya. [6] Rahma,Siti.Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Dengan Menggunakan Oscilating Water Column (OWC) di Tiga Puluh Wilayah Kelautan Indonesia. Teknik Elektro UI.2010:Depok. [7] Bandri,Sepannur.Analisa Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Karakteristik Generator Sinkron.Teknik Elektro Institut Teknologi Padang.2013:Padang [8] Wijaya,Tirta.Kajian Teknis Motor Induksi Sebagai Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut.Teknik Sistem Perkapalan ITS.2013:Surabaya [9] Surya,Wasimudin.Analisa Karakteristik Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) [10] McCormick, Michael, Ocean Wave Energy Conversion,1981 [11] Pudjanarsa,A.2006.Mesin Konversi Energi.Yogyakarta:ANDI. [12] Waldopo,dkk Perairan Darat Dan Laut. Hari Sabtu,6 Juli [13] /02/salter-duck.html Teknik Sistem Perkapalan 8 Juli 2013