26 BAB III FUNGSI DASAR KERJA GENERATOR SET 3.1 Generator set Genset adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilakan daya listrik. Disebut sebagai generator set dikarenakan ia adalah suatu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu mesin dan generator atau alternator. Mesin (Engine) sebagai perangkat pemutar sedangkan genrator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik. Engine dapat berupa perangkat mesin disel berbahan bakar solar, mesin berbahan bakar bensin, mesin gas, maupun mesin turbin ada bermacam macam mesin sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator (kumparan statis) dan rotor (kumparan berputar). Gambar 3.1 Generator set
27 Pada hakikatnya, sebuah mesin digunakan untuk memutar sebuah generator pembangkit yang terbuat dari sekumpulan kawat tembaga. Hasil putaran tersebut menghasilkan medan magnet yang apabila diputar terus menerus dalam suatu kecepatan yang konstan dan berkelanjutan akan menghasilakan arus listrik. Dalam ilmu fisika yang sederhana dapat dijelaskkan bahwa engine memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnit pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz. 3.2. Fungsi Generator Set Genset biasanya digunakan sebagai sumberdaya alat listrik seperti peralatan rumah tangga, pabrik dan sebagainya, dan pada umumnya digunakan sebagai pengganti listrik dari PLN apabila terjadi pemadaman listrik (sebagai beack up), dan sebagai pembangkit daya utama, dan paling utama di tower genset sebaigai beack uppower. Gambar 3.2 Fungsi generator set di tower
28 Suatu mesin diesel generator set terdiri dari : 1. Prime mover atau penggerak mula, dalam hal ini mesin diesel (diesel engine). 2. Generator. 3. AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switch) 4. Baterai dan Battery Charger 5. Panel ACOS (Automatic Change Over SwitchI) 6. Pengaman untuk peralatan 7. Perlengkapan instalasi tenaga 3.3. Mesin Diesel Mesin diesel termasuk mesin dengan pembakaran dalam atau disebut dengan motor bakar, ditinjau dari cara memperoleh energi termalnya (energi panas). Untuk membangkitkan listrik, sebuah mesin diesel dihubungkan dengan generator dalam satu poros (poros dari mesin diesel dengan poros generator). Gambar 3.3 Generator
29 Keuntungan pemakaian mesin diesel sebagai penggerak mula : 1. Desain dan instalasi sederhana 2. Auxilary equipment (peralatan bantu) sederhana 3. waktu pembebanan relatif singkat Kerugian pemakain mesin diesel sebagai penggerak mula : 1. berat mesin sangat berat karena harus dapat menahan getaran serta kompresi yang tinggi. 2. Starting awal berat, karena kompresinya tinggi sekitar 200 bar. 3. Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut dimensinya semakin besar pula, hal tersebut menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar. 4. Konsumsi bahan bakar menggunakan bahan bakar minyak yang relatif lebih mahal dibandingkan dengan pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar jenis lainnya, seperti gas dan batubara. 3.4. Cara Kerja Mesin Diesel Prime mover atau penggerak mula merupakan alat yang berfungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin diesel / diesel engine terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimampatkan didalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam
30 silinder yang bersuhu dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga bahan bakar yang diinjeksikan akan terbakar secara otomatis. Penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadigerak rotasi oleh poros engkol. Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolakbalik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual motor diesel yang menggunakan sistem air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto). Perbedaan anatara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakar bahan bakar terjadi karena adanya loncatan api listrik yang dihasilkan oleh dua elektroda busi (spark plug), sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udaradan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur nyala. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka motor diesel juga disebut
31 compression ignition engine sedangkan motor bensin disebut spark ignition engine. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek menuju kepada silinder pada setiap langkah daya. 1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan penghisapan, disini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol berputar ke bawah. 2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputarmenyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran. 3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, disini kedua katup yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan tarik kembali torak ke bawah. 4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar karena pada proses keempat ini torak kembali bergerak naik keatas dan menyebabkan gas dapat keluar kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan. 5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali proses yang pertama, diman udara dan bahan bakar masuk kembali.
32 Berdasarrkan kecepatan proses diatas maka mesin diesel dapat digolongkan menjadi 3 bagian, yaitu : 1. Diesel kecepatan rendah (< 400 rpm) 2. Diesel kecepatan menengah (400 1000 rpm) 3. Diesel kecepatan tinggi (> 1000 rpm) Sistem starting atau proses untuk mengjidupkan / menjalankan mesin diesel dibagi menjadi 3 macam sistem starting yaitu : 1. Sistem start manual Sistem start ini dipakai untuk mesin diesel dengan daya mesin yang relatifkecil yaitu < 30 PK. Cara untuk mengjhidupkan mesin diesel pada sistem ini adalah dengan menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakan oleh tenaga manusia. Jadi sistem ini sangat bergantung ada faktor manusia sebagai operatornya. 2. Sistem start Elektrik Sistem ini dipakai oleh mesin diesel yang memiliki daya yang memiliki daya sedang yaitu < 500 PK. Sistem menggunakan motor DC mendapatkan suplai listrik dari baterai atau accu dan menghasilakan torsi yang dipakai harus dapat dipakai untuk menstart sebanyak 6 kali tanpa di isi kembali, karena arus start yang dibutuhkan motor DC. Pengisian ulang baterai atau accu digunakan alat bantu barupa battery charger dan pengaman tegangan. Pada saat diesel tidak bekerja maka
33 battery charger mendapat suplai listrik dari PLN, sedangkan pada saat diesel bekerja maka suplai dari battery charger didapat dari generator. Fungsi dari pengaman tegangan adalah untuk memonitor tegangan baterai atau accu. Sehingga apabila tegangan dari baterai atau accu sudah mencapai 12/24 volt, yang merupakan tegangan standarnya, maka hubungan antara battery charger dengan baterai atau accu akan di putus oleh pengaman tegangan. 3. Sistem Start kompresi sistem start ini dipakai oleh diesel yang memiliki daya besar yaitu > 500 PK. Sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi untuk start dari mesin diesel. Cara kerjanya yaitu dengan menyimpan udara kedalam suatu botol udara. Kemudian udara tersebut dikompresi sehingga menjadi udara panas dan bahan bakar solar dimasukkan kedalam fuelinjetion pump serta dismprotkan lewat nozzle dengan tekanan tinggi. Akibatnya akan terjadi pengkabutan dan pembakaran diruang bakar. Pada saat tekanan didalam tabung turun sampai batas minimum yang ditentukan, maka kompressor akan secara otomatis menaikkan untuk melakukan starting mesin diesel. 3.5. AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switc) AMF merupakan alat yang berfungsi menurunkan downtime dan meningkatkan keandalan sistem catu daya listrik. AMF dapat
34 mengendalikan transfer circuiut breker (CB) atau alat sejenis, dari catu daya utama (PLN) ke catu daya cadangan (genset) dan sebaliknya. Dan ATS merupakan pelengkap dari AMF dan bekerja secara bersama-sama. 3.6. Cara Kerja AMF dan ATS Automatic Main Failure (AMF) dapat mengendalikan transfer suatu alat dari suplai utama ke suplai cadangan atau dari suplai cadangan ke suplai utama. AMF akan beroprasi saat catu daya utama (PLN) padam dengan mengatur catu daya cadangan (genset). AMF dapatmengatur genset beroprasi jika suplai utama dari PLN mati dan memutuskan genset jika suplai utama dari PLN hidup lagi. 3.7. Baterai (battery dan accu) Battery merupakan suatu proses pengubahan energi kimia menjadi energi listrik yang berupa sel listrik. Pada dasarnya sel listrik terdiri dari dua buah logam / konduktor yang berbeda dicelupakan ke dalam larutan maka akan bereaksi secara kimia dan menghasilkan gaya gerak listrik antara kedua konduktor tersebut. Proses pengisian battery dilakukan dengan cara dengan menaglirkan arus melalui sel-sel dengan arah yang berlawanan dengan aliran arus dalam proses pengosongan sehingga sel akan dikembalikan dalam keadaan semula. Battery yang digunakan pada sistem otomatis genset berfungsi sebagai sumber arus DC pada starting diesel.
35 3.8. Battery Charger Alat ini berfungsi untuk proses pengisian battery dengan mengubah tegangan PLN 220V atau dari generator itu sendiri menjadi 12/24 V menggunakan rangkaian penyearah. Battery charger ini biasanya dilengkapi dengan pengaman hubung singkat (short circuit) berupa sekering/fuse. 3.9. Panel ACOS Gambar 3.4 Panel ACOS ACOS (Automatic Change Over Switch) merupakan panel mengendalikan generator dan terdapat beberapa yang masing-masing mempunyai fungsi yang berbeda. Tombol pengontrol operasi genset automatic, antara lain yaitu :
36 a. Off b. Automatic c. Trail Service d. Manual service e. Manual starting f. Manual stoping g. Signal test h. Horn off i. Release j. Start k. Start fault l. Engine running m. Supervision on n. Low oil pressure o. Temperature to high p. Generator over load 3.10. Sistem Pengaman Genset Sistem pengaman harus dapat bekerja cepat dan tepat dalam mengisolir gangguan agar tidak terjadi kerusakan fatal. Proteksi pada mesin generator ada dua macam yaitu :
37 1. Pengaman alarm, bertujuan memberitahukan kepada operator bahwa ada sesuatu yang tidak normal dalam operasi mesin generator dan agar operator segera bertindak. 2. Pengaman trip, berfungsi untuk menghindarkan mesin generator dari kemungkinan kerusakan karena ada sistem yang berfungsi tidak normal maka mesin akan stop secara otomatis. Jenis pengaman trip antara lain : 1) Putaran lebih (Over Speed) 2) Temperatur ait pendingin tinggi 3) Tekanan minyak pelumas rendah 4) Emergency stop 5) Reverse power 3.11. Battery Rectifier Dari battery ini digunakan di dalam rectifer sebagai beackup power di suatu site, dapat membeackuppower 7-8 jam lamanya dapat diketahui jika battery sudah lemah dapat di lihat di perangkat SC200, bila tegangan sudah turun battery akan sendirinya mencash, dan bergantian dengan genset yg beackup sebagai powernya.
38 Gambar 3.5 SC200 Battery yang digunakan yaitu battery Hoppeck 490Ah, yang dapat menghasilakan keluaran yang sangant kuat, dan dapat bertahan lama, dari battery ini sudah teruji atau sudah di tes untukketahaannya Gambar 3.6 Battery Hoppeck Dari Battery ini memiliki beberapa type atau modelnya sesuai kapasitas yang dibutuhkan.
39 Tabel 3.1 Type batttery hoppeck 3.12. Tangki KLK Dari jenis tangki bahan bakar yang digunakan di suatu site dengan kapasitas 1000 Liter, dari kapasitas ini dari dasar tangki sampai ke selang aliran jaraknya 60 cm, sehingga dari 1000 Liter ini hanya terpakai 940 liter. Gambar 3.7 Tangki KLK
40 Volume : (Panjang x Lebar x Tinggi) = liter 1000 3.13. SMS Monitoring Dari SMS monitoring ini tealah didapat suatu report atau pesan dari suatu site yang sedang aktif atau onair. Dan dapat dibaca kinerja genset pada saat sedang running. berrrikut tampilan SMS monitoring. Gambar 3.8 SMS Monitoring
41 3.14. Daya estimasi konsumsi bahan bakar generator bensin dan diesel Beberapa pabrikan mencantukan konsumsi bahan bakar per jam untuk output daya tertentu. Misal suatu generator set akan mengkonsumsi 6.5 liter solar per jam jika bekerja pada daya 25 kva. Tapi beberapa pabrikan lainnya tidak mencantumkan pemakaian bahan bakar pada spesifikasinya. Membuat estimasi pemakaian bahan bakar berdasarkan pada kalkulasi total daya beban dari peralatan yang digerakan listrik, maka dapat diestimasi pemakaian pemakaian generator set. Dari perhitungan ini dapat dilihat pemakaian bahan bakar pada generator yang digerakan motor bensin dibanding dengan yang digerakan motor diesel. 3.14.1. Specific Fuel Consumption (SFC) Adalah konsumsi bahan bakar spesifik dari suatu generator, berdasarkan pada jumlah pemakaian bahan bakar yang dibagi dengan daya output motor bergerak. Dalam perhitungan estimasi yang dilakukan disini, daya output motor bergerak (brake horsepower, flywheel horsepower) dianggap sama dengan daya yang dikonsumsi (daya beban), walau sebenarnya ada faktor effesiensi.
42 Jika tidak tercantum pada spesifikasi yang ditulis pabrikan generator, secara umum dapat harga rata-rata dari wikipedia sebagaimana dibawah ini : - Otto (gasoline) engine : 273-227 g/kw/hr, nilai rata-rata = 250 g/kw/hr - Diesel engine : 209-178 g/kw/hr, nilai rata-rata 194 g/kw/hr. 3.14.2. Berat jenis bahan bakar Berat jenis suatu bahan bakar bergantung pada temperatur dan kandungannya, secara umum dapat diambil harga rata-rata dari wikipedia sebagaimana dibawah ini : - Bensin 0,745 kg/l - Solar 0,832 kg/l Dari segi prhitungan bahan bakar di genset adapun keterangannya K = 0.2 (Faktor ketetapan konsumsi solar per kilowatt per jam) P = Daya genset (KVA = Kilo Volt Ampere) T = Waktu (Jam) S = 0.2 x P x T