ANALISIS PENGARUH BEBAN TERHADAP EFISIENSI GENERATOR SINKRON PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) PANGKALAN SUSU LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK oleh DIAN WINNY APNI 1205052066 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa melimpahkan curahan rahmat dan berkat-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya, Laporan Tugas Akhir ini berjudul Analisa Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Efisiensi Generator Sinkron pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pangkalan Susu. Laporan Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. di dalam pengerjaan laporan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan yang besar dari banyak pihak. Sehingga penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada : 1. M. Syafruddin S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil S.T., M.T., selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Politenik Negeri Medan; 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan; 4. Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T., selaku dosen pembimbing penulis; 5. Ir. Rufinus Nainggolan, M.T., selaku wali kelas EN-6D; 6. Kedua Orang tua yang penulis sayangi dan cintai Ayahanda R. Sipayung dan Ibunda N. Girsang, Kakanda Nency Bella Donna, S.Pd dan adikku Juan Andreass Sipayung, Kanigah Y Naibaho,A.Md., Abang Ivan Lendy Sinambela, Abang Amin O Sibuea, Abang Swandi F Tambunan, Abang Presto Sitompul, Abang Welsin T Sidabutar, Abang Otanta O Sembiring, Esra Nurcahaya Rajagukguk, Esra Tampubolon, Novi Yanti Sihotang, Hetty Veronika Sinaga dan seluruh keluarga yang selalu mencurahkan doa dan cinta serta dukungan kepada penulis; V
7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan; 8. Seluruh staf dan pegawai PLTU Pangkalan Susu, terutama untuk Bapak Sandi Anugraha selaku pembimbing dalam pengambilan riset data di PLTU Pangkalan Susu; 9. Rekan-rekan mahasiswa/i Teknik Konversi Energi angkatan 2012, terkhusus untuk kelas En-6D yang penulis cintai dan banggakan terimakasih atas semua bantuan dan semangat yang diberikan selama mengerjakan tugas akhir ini; 10. Semua orang yang telah membantu penulis dalam penyusunan tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun. Medan, 14 Agustus 2015 Hormat Penulis, Dian Winny Apni NIM. 1205052066 V
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL... i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR.... viii INTI SARI... ix ABSTRACT... x BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Tugas Akhir... 2 1.4 Maanfaat Tugas Akhir... 2 1.5 Batasan Masalah... 3 1.6 Teknik Pengumpulan Data... 3 1.7 Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 DASAR TEORI 2.1. Umum... 6 2.2.Kontruksi Generator Sinkron... 7 2.3.Prinsip Kerja Generator Sinkron... 14 2.4.Reaksi Jangkar Generator Sinkron... 16 2.5.Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron... 18
2.6.Karakteristik Beban Generator Sinkron... 19 2.6.1. Karakteristik Tanpa Beban... 19 2.6.2. Karakteristik Berbeban... 20 2.7. Diagram Fasor Generator Sinkron... 22 2.8. Daya Generator Sinkron... 24 2.8.1. Daya Semu (apparent power)... 24 2.8.2. Daya Akitif (Active Power)... 24 2.8.3. Daya Reaktif (Reactive Power)... 25 2.9.Faktor Daya... 25 2.10. Sistem Eksitasi Generator Sinkron... 26 2.10.1 Sistem Eksitasi Menggunakan Sikat... 27 2.10.2 Sistem Eksitasi Tanpa Sikat... 28 2.11. Rugi- Rugi Eksitasi Generator Sinkron... 30 2.11.1 Rugi- Rugi Tembaga... 31 2.11.2 Rugi- Rugi Sikat... 31 2.11.3 Rugi- Rugi Inti... 31 2.11.4 Rugi- Rugi Mekanis... 32 2.11.5 Rugi- Rugi Beban Stray (Stray Load)... 33 2.12. Efisiensi Generator Sinkron... 33 BAB 3 SISTEM PEMBANGKITAN PLTU PANGKALAN SUSU 3.1.Tinjauan Umum Perusahaan... 34 3.1.1. Sejarah Perusahan... 34 3.1.2. Lokasi Perusahaan... 36 3.1.3. Visi dan Misi Perusahaan... 37 3.1.4. Ruang Lingkup Perusahaan... 37 3.2.Pembangkitan Daya Listrik... 37 3.2.1.Siklus Rankine Dalam Proses Pembangkitan... 37 3.2.2.Penggerak Mula Generator Sinkron... 43 3.2.3.Generator sinkron PLTU Pangkalan Susu... 50
BAB 4 ANALISA DATA 4.1.Data Generator, Exciter dan Turbin di PLTU Pangkalan Susu... 52 4.2. Analisa Data... 54 4.2.1.Perhitungan Daya Keluaran (P out ) pada Data Harian.... 54 (logsheet) Generator di PLTU Pangkalan Susu 4.2.2.Perhitungan Daya Masukkan (P in ) pada Data Harian... 57 (logsheet) Generator di PLTU Pangkalan Susu 4.2.3.Perhitungan Efisiensi Generator pada Data Harian... 63 (logsheet) Generator di PLTU Pangkalan Susu BAB 5 PENUTUP 5.1. Kesimpulan... 66 5.2. Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Data Spesifikasi Turbin Pada PLTU Pangkalan Susu... 44 Tabel 3.3 Data Spesifikasi Generator Sinkron Pada PLTU Pangkalan Susu... 51 Tabel 4.1 Data Spesifikasi Generator Pada PLTU Pangkalan Susu... 52 Tabel 4.2 Data Spesifikasi Turbin Pada PLTU Pangkalan Susu... 53 Tabel 4.3 Data spesifikasi Exciter Pada PLTU Pangkalan Susu... 54 Tabel 4.4 Data Logsheet Monitoring Output Harian PLTU PangkalanSusu...55 Tabel 4.5 Data hasilanalisaperhitungan output...56 Tabel 4.6 Data Logsheetmonotoringlaju uap steam (m s ) turbin uap PLTU Pangkalan Susu...58 Tabel 4.7 Data LogsheetmonotoringTemperatur Tekanan padaturbin uap PLTU Pangkalan Susu... 58 Tabel 4.8 Data hasil efisiensi generator pada PLTU Pangkalan Susu... 63 vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Generator Sinkron... 6 Gambar 2.2 Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum... 7 Gambar 2.3 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron... 8 Gambar 2.4 Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron... 9 Gambar 2.5 Inti Stator dan Alur Pada Stator... 10 Gambar 2.6.a Alur Terbuka... 11 Gambar 2.6.b Alur Setengah Terbuka... 11 Gambar 2.6.c Alur Tertutup... 11 Gambar 2.7 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa... 12 Gambar 2.8 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa... 13 Gambar 2.9 Model Reaksi Jangkar... 17 Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron... 18 Gambar 2.11 Karakteristik Generator Tanpa Beban... 19 Gambar 2.12 Generator Beroperasi Tanpa Beban... 20 Gambar 2.13 Gambar Rangkaian Ekivalen Generator Berbeban... 20 Gambar 2.14.a Bentuk Gelombang Resistif... 21 Gambar 2.14.b Bentuk Gelombang Induktif... 21 Gambar 2.14.c Bentuk Gelombang Kapasitif... 22 Gambar 2.15 Diagram Fasor Generator Sinkron (a) Beban Resistif, (b) Beban Induktif dan (c) Beban Kapasitif... 24 Gambar 2.16 Segitiga Daya... 26 Gambar 2.17 Sistem Eksitasi Statik... 28 Gambar 2.18 Sistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa... 29 viii
Gambar 2.19 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Permanen Magnet Generator... 30 Gambar 2.20 Perputaran Jangkar di Dalam Medan Magnet Stator... 31 Gambar 3.1 PLTU Pangkalan Susu... 36 Gambar 3.2 Peta Lokasi PLTU Pangkalan Susu... 36 Gambar 3.4 Proses Konversi Energi Pada PLTU... 38 Gambar 3.5 Gambaran Siklus PLTU Pangkalan Susu... 41 Gambar 3.6 Siklus Rankine PLTU... 41 Gambar 3.7 Skema Siklus Pembangkitan Daya Listrik PLTU... 43 Gambar 3.8 Turbin Uap PLTU Pangkalan Susu... 44 Gambar 3.9 Diagram Temperatur Entalpi Siklus Rankine... 45 Gambar 3.10 Generator Sinkron PLTU Pangkalan Susu... 51 Gambar 4.1 Generator sinkron PLTU Pangakalan Susu... 52 Gambar 4.2 Turbin pada PLTU Pangkalan Susu... 53 Gambar 4.3 Siklus Rankine... 53 Gambar 4.4 Diagram T S... 53 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan antara Turbin P out dan P in... 64 Gambar 4.6 Grafik Perbandingan antara Arus Beban Terhadap Efisiensi... 64 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan antara Turbin P out, P in dan Efisiensi Generator Sinkron... 65 viii
INTI SARI Generator adalah salah satu jenis mesin listrik yang digunakan sebagai alat pembangkit energi listrik dengan cara menkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik. Pada PLTU Pangkalan susu penggerak mula yang dari generator adalah turbin uap yang dikopel seporos dengan generator. Generator yang di gunakan yaitu generator sinkron 3 phase dengan hubungan YY. Arus listrik mengalir saat generator terhubung ke beban. Besamya arus listrik yang mengalir tergantung pada besarnya hambatan listrik (resistansi) pada beban Turbin uap sebagai penggerak mula generator. Pengoperasian generator dituntut suatu kestabilan agar kinerja generator menjadi optimal. Kestabilan generator dapat dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu beban, arus eksitasi, faktor daya, jumlah putaran generator, dan lain sebagainya. Perubahan beban menyebabkan ketidakstabilan generator yang mempengaruhi efisiensi generator. Tujuan tugas akhir ini adalah untuk menganalisa pengaruh perubahan beban terhadap efisiensi generator sinkron tiga fasa. Dari hasil analisa diperoleh bahwa semakin bertambahnya daya masukkan dari generator maka efisiensi semakin besar, dimana efisiensi tertinggi yang diperoleh 88, 812 % dan efisiensi terendah adalah 71,82%. Kata Kunci: Genearator Sinkron, Beban, Efisiensi generator sinkron, PLTU ix
ABSTRACT Generator is one type of electric machine used as a means of generating electrical power by means conversion mechanical energy into electrical energy. At the power plant the prime movers milk base of steam turbine generator is coupled to the generator seporos. Generators are in use that is 3 phase synchronous generator with YY relationship. An electric current flows when the generator is connected to the load. The magnitude of electric current that flows depends on the magnitude of the electrical resistance (resistance) in the load as prime movers steam turbine generator. A stable operation of the generator required for the performance of the generator to be optimal. The stability of the generator can be affected by several things, namely burden, excitation current, power factor, the number of turns a generator, and so forth. Generator load changes lead to instability affecting the efficiency of the generator. The purpose of this thesis was to analyze the influence of load changes on the efficiency of the three-phase synchronous generator. From the analysis showed that the increasing power of the generator then enter the greater efficiency, where the highest efficiency obtained 88, 812% and the lowest efficiency is 71.82%. Keywords: Genearator Sync, Expense, efficiency synchronous generator, PLTU x