Makalah Seminar Kerja Praktek BATERAI SEBAGAI SUPLAI TEGANGAN DC PADA GARDU INDUK 150 KV KALISARI I Nugroho. 1, Ir. Tejo Sukmadi, MT. 2 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, semarang, Indonesia Email: inoegrohoz@gmail.com Abstrak Baterai sebagai sumber daya arus searah (DC) pada sebuah gardu induk mempunyai peran yang sangat penting dalam kelancaran dan keberlangsungan operasi gardu induk itu sendiri dalam melayani kebutuhan listrik bagi konsumen. Sumber daya DC pada gardu induk umumnya diperoleh dari beberapa sel baterai yang disusun secara seri. Baterai terpasang pada gardu induk ini digunakan sebagai suplai bagi rele proteksi, motor penggerak PMT dan PMS, penerangan darurat, serta juga untuk menyupali daya yang digunakan untuk peralatan telekomunikasi gardu induk itu sendiri. Untuk menjaga agar peralatan seperti rele proteksi, motor penggerak PMT dan PMS serta perlatan telekomunikasi tetap berfungsi, maka baterai harus mampu untuk menyuplai daya ke peralatan tersebut meski dalam keadaan tanpa charger maupun dalam keadaan blackout. Sehingga baterai mempunyai peranan ynag sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Dalam kerja praktek ini, penulis bertujuan untuk memahami dan mengetahui bagian-bagian serta ca pemeliharaan dari baterai dan peralatan pendukung suplai DC yang terpasang pada Gardu Induk 150 kv Kalisari. Dengan laporan ini diharapkan pembaca juga dapat belajar mengenai peranan baterai sebagai suplai tegangan DC pada gardu induk. Kata kunci: baterai,gardu induk, pemeliharaan I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sumber daya DC pada suatu gardu induk memiliki peran yang sangat penting dalam kelancaran operasi gardu induk itu sendiri dalam melayani kebutuhan listrik kepada konsumen. Sumber daya DC pada gardu induk biasanya disuplai oleh rectifier yang dibackup oleh baterai yang tersusun seri. Baterai ini berfungsi untuk memberikan daya DC bagi ele, motor penggerak PMT dan PMS, penerangan darurat, serta untuk mensuplai daya yang digunakan untuk peralatan telekomunikasi. 1.2 Tujuan Pelaksanaan Adapun tujuan dari pelaksanaan Kerja Praktek ini adalam meliputi beberapa hal, diantaranya a. Mengetahui prinsip kerja baterai yang digunakan pada gardu induk 150 kv Kalisari. b. Mengetahui bagian-bagian baterai beserta fungsinya. c. Mengetahui tahapan dan jenis pemeliharaan baterai pada gardu induk 150 kv Kalisari 1.3 pembatasan masalah Laporan Kerja Praktek ini membahas mengenai baterai yang akan dijelaskan lebih dalam tentang bagian-bagian baterai beserta fungsinya, klasifikasi baterai pada pada gardu induk 150 KV Kalisari. II. BATERAI Baterai merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengasilkan energi listrik dengan proses reaksi kimia. Baterai dapat berupa susunan beberapa sel atau satu sel saja. Tiap sel baterai terdiri dari elektroda positif (anoda), elektroda negatif (katoda), dan larutan elektrolit. Jenis elektroda dan larutan elektrolit yang digunakan dalam baterai berbeda-beda tergantung spesifikasi dari pabrikan yang memproduksi baterai 1
tersebut. Baterai digunakan untuk menghasilkan arus searah arau DC. Pada gardu-gardu induk maupun pusatpusat pembangkit tenaga listrik baterai ini berfungsi sebagai: 1. sumber tengan motor-motor untuk penggerak PMT, PMS, tap changer trafo tenaga dan sebagainya. 2. Sumber tenaga untuk alat-alat kontrol, tanda-tanda isyarat (signal dan alarm). 3. Tenaga untuk peralatan telekomunikasi PLC dan SCADA. 4. Tenaga untuk penerangan darurat. 5. Tenaga untuk relay proteksi. Gambar berikut menunjukan susunan dasar sebuah baterai: Gambar 1 Susunan Dasar Sebuah Baterai 2.1 Klasifikasi Baterai 2.1.1 Menurut Kapasitas Baterai Kapasitas baterai dinyatakan sebagai kemampuan baterai untuk memberikan arus listrik, dengan tegangan pada waktu tertentu yang dinyatakan dalam Ampere-Hour (Ah). Kapasitas baterai dapat dirumuskan sebagai berikut : C = I x t dengan : C = Kapasitas baterai (Ah) I = Arus pengujian (A) t = Waktu pengujian (hour) Kapasitas baterai ditentukan dengan memperhitungkan semua faktor yang menyangkut penurunannya selama dipakai, perubahannya terhadap perubahan suhu dan jatuh tegangan, keperluan kapasitas yang diperlukan dengan memperkirakan beban terus-menerus dan beban terputus-putus (continous and intermittent load) yang harus dilayani selama terputusnya pelayanan normal, serta lamanya pemutusan pelayanan. Berdasarkan kapasitasnya suatu baterai dibedakan menjadi dua macam, yaitu: 1. Kapasitas dengan harga rendah/menengah Besarnya kapasitas baterai sampai 235Ah, dengan lama pengosongan selama 8 jam pada suhu 25 o C. Baterai ini dapat digunakan sebagai sumber searah DC untuk : o Alat kontrol, tanda-tanda isyarat o Telekominikasi o Proteksi o Penerangan darurat o Sumber tenaga DC motor PMT, PMS 2. Kapasitas dengan harga tinggi Baterai ini mempunyai kapasitas 235 Ah sampai 450 Ah dengan lama pengosongan 5 jam pada suhu 25 o C. Baterai ini dapat digunakan sebagai sumber DC untuk : o Menjalankan motor listrik o Penerangan darurat 2.1.2 Menurut Bahan Elektrolit Menurut bahan elektrolit baterai dapat dibedakan : 1. Baterai alkali (alkaline storage baterai) Bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (potassium hydroxide/koh). Beterai alkali ada 2 macam : o Nickel-Iron Alkaline storage battery(ni-fe battery). o Nickel-Cadmium battery (Ni- Cd battery). 2. Baterai Timah Hitam (Lead Acid Storage Battery), bahan elektrolitnya larutan asam belerang (H2SO4) Baterai timah hitam ada 2 macam: o Lead-antimony o Lead-calcium Beberapa keuntungan baterai Alkali dibanding dengan Timah hitam : 2
1. Lebih tahan terhadap goncangan 2. Cukup tahan terhadap arus pengisian yang besar atau bila terjadi arus hubung singkat. 3. Tidak ada proses penggaraman 4. Tidak mengeluarkan gas yang menyebabkan korosi 5. Perubahan kapasitas akibat pengosongan kecil 2.2 Rangakaian baterai dan pengisian baterai. Untuk memberikan arus listrik pengisian (charging current) pada baterai diperlukan suatu sumber listrik arus-searah (DC). Sumber arus-searah ini didapatkan dari penyearah (rectifier) atau pengisian baterai (baterai charger). Alat pengisi baterai ini harus dihubungkan ke baterai dengan hubungan kutub-kutub yang sama. Pada rangkaian kerja baterai ini penyearah (rectifier) digunakan pada rangkaian normal yang dihubungkan ke beban, sedangkan pengisi baterai (battery charger) digunakan untuk mengisi baterai dan juga mensupply beban. Macam kerja rangkaian baterai dengan penyearah (rectifier), dapat dibagi dalam beberapa bagian : 2.3.1 Sistem sederhana Baterai selalau dihubungkan dengan pengisi baterai (charger) dalam pengisian pemeliharaan. Baterai hanya sewaktuwaktu dihubungkan ke beban, misalnya untuk start motor lsitrik (engine starting). pengisian pemeliharaan, maka bila sumber AC terganggu, secara otomatis beban akan terhubung ke baterai. Sistem ini umumnya digunakan untuk lampu-lampu darurat. Gambar 4 Sistem cadangan (standby system) 2.3.3 Sistem terapung (floating system) Pada operasi kerja normal beban terhubung ke pengisi baterai (battery charger) dan baterai, maka bila sumber arus-searah (DC) dari pengisi baterai terganggu, beban langsung akan di-supply dari baterai. Gambar 5 Sistem terapung (floating system) 2.2.4 Sistem Ganda (duplicate system) Pada sistem ganda ini terdapat 2 (dua) buah pengisi baterai (battery charger) yang dihubungkan dengan ke-2 (dua) unti baterai. Disini beban baterai dapat disupply dengan menggunakan 2 (dua) unti baterai atau salah satu unit baterai. Gambar 3 Sistem sederhana (simple system) 2.3.2 Sistem cadangan (standby system) Pada operasi kerja normal beban langsung dihubungkan dengan penyearah (rectifer), dan baterai dihubungkan dengan pengisi baterai (battery charger) dalam Gambar 6 sistem ganda (Duplicate system) 2.4 Pengisian ulang baterai yang beroperasi Setelah terjadi pengosongan /pemakaian (discharge) baterai perlu pengisian kembali/ulang. 3
Macam-macam pengisian ulang tersebut adalah : 2.4.1 Cycle charging Pengisian dengan cara cycle-charging adalah mengisi (charging) kembali baterai setelah pengosongan (discharge) sebagian atau pengosongan secara normal. Untuk pengisian cara ini biasanya dibutuhkan waktu antara 5 sampai 10 jam. Jika pengisian sudah penuh kemudian pengisian dihentikan, umumnya secara otomatis. Cara cycle-charging umumnya banyak digunakan pada baterai diesel ( electric industrial truck service). 2.4.2 Boost & quick charging Pengisian dengan cara boost & quick charging adalah untuk pengisian bateraio yang dipakai di pabrik-pabrik, juga untuk baterai diesel (industrial truck service) dimana diperlukan tambahan pengisian dalam periode yang singkat misalnya pada jam-jam istirahat. Pengisian cara ini cukup untuk pelayanan satu hari. Arus yang diberikan ke baterai tidak boleh melebihi harga ampere-jamnya. Untuk menjaga pengisian yang berlebihan dan arus yang terlalu besar, biasanya alat pengisi ini mempunyai automatic out-off yang mana memberhentikan pengisian pada waktu baterai mencapai suhu tinggi. 2.4.3 Floating charging Pengisian dengan cara ini, dimana baterai secara terus-menerus tersambung pada rangkain luar (sumber AC), alat pengisi baterai (battery charge) dan beban. Alat pengisi baterai ini direncanakan untuk menjaga suatu tegangan konstan dari baterai yang tersambung ke beban. Besanya tegangan yang diberikan untuk mengalirkan arus untuk mengatasi kerugian dalam baterai dan menjaga baterai selalu dalam keadaan pengisian penuh (full-charge) adalah tetap (konstan), untuk : o Baterai timah hitam : 2,18Volt/sel o Baterai alkal: 1,40-1,42 Volt/sel Pengoperasian baterai secara pengisia terapung (floating charging) umumnya digunakan di gardu induk dan pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, dimana baterai dan alat pengisian baterai dihubungkan paralel dengan busbar umum dari supply arus searah (DC). 2.4.4 Equalizing charging Dalam sel-sel dari suatu baterai yang beroperasi dengan pengisian terapung (floating charge) akan selalu terjadi sedikit perbedaan (yang tidak dapat dihindarkan) dalam kondisi kimia (chemical condition) antara satu sel dengan sel yang lainnya. Equalizing charge dilaksanakan dengan cara menaikkan tegangan baterai sesuai dengan yang ditentukan dalam buku petunjuk masing-masing pabrik. Pengisian ini berlangsung sampai semua sel berhenti mengeluarkan gas (gas freely) dan pembacaan tegangan serta berat jenis elektrolitnya menunjukkan bahwa baterai telah diisi penuh (full charge) sesuai dengan harga yang ditentukan dalam petunjuk masing-masing pabrik. III. KONSTRUKSI BATERAI Untuk baterai alkali jenis Nickel Cadmium pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama, perbedaannya terletak pada merk, tipe, ukuran plat, jumlah plat dalam sel, jumlah sel dalam blok baterai. 4
haruslah dapat dilewati sirkulasi elektrolit antar plat. 9. Plate frame Merupakan pembatas plat. Gambar 7 Kontruksi Baterai Alkali NiCd Dalam sebuah sel baterai alkali NiCd seperti diatas terdiri dari : 1. Connector Cover Merupakan pelindung bagi konektor baterai. Biasanya terbuat dari bahan plastik PVC 2. Flame Arresting Flip Top Venis Merupakan pelindung guna mencegah terjadinya loncatan listrik. Bahannya terbuat dari Polypropilene dan stainless steel. 3. Cell Container Bejana atau selimut dari sel baterai. Bahannya terbuat dari Polypropilene tembus pandang. 4. Splash Guard Pencegah percikan elektrolit dan hubung singkat oleh benda yang menyusup ke dalam sel 5. Plate Groups/Plate Tab Posisinya berada diantara ujung atas dan samping dari plat. 6. Plate Lempengan utama dari sel, biasanya terdiri atas dua lapis yang terbuat dari baja. 7. Plate Groups Bus Menghubungkan plate group/plate tab dengan terminal baterai. 8. Separating grids Memisahkan antar plat dan memisahkan plate frame satu dengan yang lainnya. Grid yang digunakan IV. PEMELIHARAAN BATERAI Pemeliharaan baterai dan sistem charging dilakukan untuk menjaga efisiensi operasi dan daya tahan peralatan pada gardu induk, khususnya baterai agar dapat bekerja sebagaimana semestinya, sehingga keandalan peralatan dan penyaluran tenaga listrik dapat terjaga. Pemeliharaan pada perangkat catu daya DC dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, sebagai berikut: 4.1 Inspeksi Dalam Keadaan Operasi Inspeksi dalam keadaan operasi (in service inspecton) adalah kegiatan inspeksi yang dilakukan dala keadaan operasi tanpa pembebasan tegangan dalam sistem DC. Inspeksi ini merupakan bagian dari pemeliharaan sistem DC baik baterai maupun rectifiernya. Jenis pemeliharaan ini dilakukan berkala dan bersifat wajib harian. Sedangkan poin-poin yang harus diperiksa dalam inspeksi ini antara lain: a. Suhu dan kelembaban udara di ruang baterai dan ruang charger sesuai standar. b. Pemeriksaan tegangan dan arus pengisian rectifier sesuai standar c. Pemeriksaan lampu-lampu indikator baterai dan charger. d. Pemeriksaan level ketinggian elektrolit. e. Kebersihan ruangan, rak, dan sel baterai. 4.2 Pengukuran Dalam Keadaan Operasi Adalah kegiatan pengukuran yang dilakukan dalam keadaan operasi tanpa pembebasan tegangan pada sistem DC 5
(masih terhubung dengan beban dan rectifier). Pemeliharaan ini dilakukan berkala setiap satu minggu sekali (atau lebih bila diperlukan). Dan poin-poin yang harus dilakukan pemeliharaan ini antara lain sebagai berikut: a. Pengukuran tegangan tiap sel baterai apakah sesuai dengan standarnya. b. Pengukuran berat jenis elektrolit tiap sel dan pengecekan apakah ada kebocoran yang terjadi. c. Pengukuran tegangan pengisian dari charger apakah akurat sesuai dengan spesifikasi yang dimiliki. d. Pengukuran suhu antar sambungan pada terminal apakah sesuai dengan standar. e. Pemeriksaan arus pengisian apakah telah sesuai dengan yang seharusnya. 4.3 Pemeliharaan Setelah Terjadi Gangguan. Pemeliharaan setelah terjadi gangguan dilakukan setelah terjadi gangguan pada peralatan sistem DC yang memerlukan pernormalan segera agar pasokan sumber DC tetap handal. Pada gardu induk ganguan mungkin terjadi pada sistem suplai tegangan DC, baik itu gangguan yang terjadi pada baterai maupun gangguan yang terjadi pada rectifier/charger. Berikut adalah gangguan yang umum terjadi dan penyebab terjadinya gangguan pada suplai tegangan DC. Pembentukan garam pada terminal Hubung singkat ke tanah - Level elektrolit tinggi - Gasket pada terminal aus - Berat jenis tinggi - Terdapat sel yang kotor - Sel bocor sehingga elektrolit tumpah - Kerusakan kabel isolasi - Klem termonal longgar Terjadi percikan api pada terminal Gangguan pada charger Tegangan output - Gangguan pada AVR naik - Fuse ke baterai putus Rectifier di-onkan, MCB input AC trip Rectifier beroperasi pada limit arus terus menerus Tegangan output rendah - Terdapat komponen yang short - Output transformer disconnect - Control card disconnect/rusak - Filter kapasitor rusak - kelebihan beban pada output rectifier - gangguan pada AVR - gangguan pada transformator utama - gangguan pada voltage dropper MCB input AC trip - kapasitas dari MCB tidak sesuai - terjadi short pada sistem Hubung lampu menyala tanah, indikator MCB input ON, tegangan input tidak ada - terjadi hubung tanah pada rangkaian beban - seting earth fault tidak sesuai - gangguan pada transformator utama Setelah gangguan dapat teratasi maka harus dilakukan pemeliharaan lanjutan pada sistem suplai tegangan DC tersebut. Agar bisa diketahui ada tidaknya efek yang ditimbulkan oleh gangguan yang terjadi, sehingga sistem dapat bekerja normal kembali. Tabel 1 gangguan umum yang sering terjadi pada baterai dan charger Kondisi Kemungkinan penyebab abnormal/gangguan Baterai panas - Beban terlalu besar - Tahanan kontak tinggi - Kelebihan pengisian Tegangan baterai - Jumlah sel baterai terlalu tinggi banyak - Seting tegangan charger tidak sesuai 6
V. KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh selama melakukan kerja praktek di PT PLN (Persero) APP Semarang Unit Gardu Induk 150 kv Kalisari adalah: 1. Pada Gardu induk 150 kv Kalisari merupakan jenis Gardu Induk pasang dalam, atau sering disebut GIS, karena semua peralatan utama dan pendukung operasi berada di dalam ruangan. 2. Baterai yang terpasang pada GI 150 kv Kalisari mempunyai 2 (dua) spesifikasi output tegangan yang berbeda, yaitu dengan output tegangann sebesar 110 volt DC dan 48 vot DC. 3. Baterai dengan output 110 Volt DC digunakan untuk menjalankan motor- PMT, PMS motor yang berada pada dan untuk penerangan saat keadaan darurat. 4. Baterai output 48 Volt DC digunakan untuk menyuplai tenagaa untuk sistem komunikasi PLC dan SCADA. 5. Berdasarkan kapasitasnya maka baterai dibedakan menjadi dua yaitu, baterai dengan kapasitansi i berharga rendah/menengah dan kapasitansi baterai berharga tinggi. 6. Berat jenis elektrolit sangat mempengaruhi kapasitass dan usia pakai dari baterai, oleh karena itu harus dijaga sesuai spesifikasi yang diberikan, yaitu sebesar 1,19 gram/liter untuk jenis baterai Nicad, dan 1,215 gram/liter untuk jenis Lead Acid. 7. Pemeliharaan baterai pada gardu induk dibedakan menjadi tiga macam yaitu inspeksi dalam keadaan operasi, pengukuran dalam keadaan operasi, dan pemeliharaan setelah terjadi gangguan. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2009. Buku Petunjuk Batasan Operasi Dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenagaa Listrik AC/DC SUPLY, PT PLN (Persero), jakarta. Anonim. 2009. Bukuu Petunjuk Batasan Operasi Dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik GIS COMPARTMENT, PT PLN (Persero), jakarta. Triyadiputra, Agil. 2010. Pemeliharaan Suplai Tegangan Ac/Dc Gardu Induk 150 KV Srondol, Laporan Kerja Praktek Jurusan Teknik Elektro Undip, Semarang. http://urocean.wordpress.com/2012/08/07/ baterai-di-gardu-induk-tegangan-tinggi/ http://blog.umy.ac.id/dhibud/2012/07/09/b attery-gardu-induk-150-kv/ www.google.com BIODATA Penulis, I Nugroho, lahir di Grobogan 12 November 1989. Telah menempuh pendidikan dasar di SDN Sukorejo 1, SMPN 1 Tegowanu, dan SMAN 1 Gubug. Saat ini penulis sedang menempuh pendidikan S1 di Universitas Diponegoro jurusan Teknik Elektro konsentrasi Ketenagaan. Semarang, 17 Oktober 2012 Mengetahui Dosen Pembimbing Ir. Tejo Sukmadi, MT NIP. 196111171988031001 7