1

ALAT UJI SINKRONISASI PARAREL GENERATOR

Oleh : Bambang Dwinanto, ST.,MT

Veny Angreani Matippanna

ABSTRAKSI

Kata Kunci : Sumber Pembangkit Utama, Generator Pembantu, Indikator.

Sumber pembangkit utama merupakan sumber energi utama yang di

konsumsi oleh beban, yang diperoleh dari system jaringan penyedia utama (PLN)

dengan tegangan 220/380V. Tegangan ini yang akan dipararelkan dengan

tegangan generator pembantu untuk tujuan pelayanan beban. Generator pembantu

dalam hal ini berperan penting dalam menyuplay tegangan kesumber energy

utama karena beban yang besar. Sumber pembangkit utama dan Generator

pembantu ini akan dipararelkan satu sama lain, sehingga terjadinya tegangan yang

sinkron antara kedua parameter tersebut. Apabila terjadi perbedaan fasa antara

sumber utama dan generator pembantu maka indikator yang terdiri dari beberapa

lampu led ini akan menyala bergantian atau bersamaan. Dan lampu akan redup

atau padam apabila tegangan sumber utama dan generator pembantu sudah sama

atau biasa juga disebut dengan sefasa.

2

1. Pendahuluan

Dewasa ini, permintaan beban yang selalu meningkat tidak di ikuti oleh

penambahan kapasitas pembangkit listrik. Selain bermunculan ide-ide untuk

pengembangan energi terbarukan, permasalahan yang sering dihadapi adalah

bagaimana menyelaraskan dua buah pembangkit atau lebih dalam melayani

kebutuhan beban. Metode untuk penyelarasan kinerja generator tersebut masih

menggunakan cara sederhana, dan umumnya menggunakan lampu sebagai

indikator keselarasan. Dengan kesederhanaanya itu sehingga masih banyak hal

yang belum diketahui seberapa banyak pembagian daya aktif dan reaktif yang

harus dipikul oleh masing masing generator dalam memberikan pelayanan ke

beban. Oleh karena itu, kami berkeinginan untuk membuat suatu metode dalam

penyelarasan kinerja paralel generator yang mampu membagi peran untuk

distribusi daya aktif dan reaktif, dengan mengatur frekuensi dan sudut fasa pada

penggerak mula bagi masing masing generator. Pada umumnya generator yang

dipakai adalah jenis generator sinkron. Karena generator tersebut lebih stabil saat

terjadi perubahan beban. Namun jenis generator ini disamping karakteristiknya

lebih sulit, juga relatif lebih mahal harganya dibandingkan dengan mesin asinkron

sehingga pada kasus ini sebagai bahan studi dipakai generator induksi atau mesin

asinkron. Alasan mengapa digunakan generator induksi untuk dianalisa karena

generator induksi ini memiliki keunggulan dari segi harga dan perawatannya.

Selain itu kontruksinya yang sederhana rotor tanpa sikat (pada rotor sangkar),

tidak memerlukan penguatan dc. Meskipun demikian, jenis generator ini memiliki

beberapa kelemahan antara lain dalam hal efisiensi dan regulasi tegangan terhadap

perubahan beban. Untuk mendukung kinerja mesin induksi ini sebagai generator

perlu beberapa perangkat pendukung , alat uji dan pengontrolan yang tepat agar

tegangan yang dihasilkan tetap konstan meskipun terjadi perubahan beban. Dari

alasan alasan diatas penulis berkeinginan untuk membangun suatu alat uji yang

digunakan untuk menyelaraskan kinerja paralel 2 buah generator yaitu sumber

listrik utama dari generator (PLN) dan mesin induksi sebagai generator pembantu.

3

2. Metodologi Penelitian

Metode dari penulisan tugas akhir yang dipergunakan oleh penulis dari

pembuatan sampai dengan penyelesaian tugas akhir ini berdasarkan kepada dua

faktor yaitu :

a. Studi Pustaka

Metode penulisan yang digunakan didalam penulisan tugas akhir ini

adalah menggunakan daftar pustaka yang sesuai dengan nama dan

karakteristik alat yang digunakan. Dalam hal ini, penulis dapat

menganalisa dan mengambil data dari buku-buku atau literatur.

b. Perancangan dan Analisa Alat

Penulis akan menguraikan metode penulisan yang digunakan berdasarkan

uraian pelaksanaannya, yaitu sebagai berikut :

Melakukan analisa pendahuluan terhadap masalah yang dihadapi.

Melakukan perancangan alat dengan menggunakan bantuan alat

Generator Pembantu dan Pembangkit Utama.

Melakukan kegiatan-kegiatan atau percobaan yang dapat

menunjang perencanaan.

3. Pembahasan

3.1 Blok diagram

Dalam perancangan sinkronisasi generator ini terdiri dari beberapa

buah blok rangkaian yang memiliki fungsi dan cara kerjanya masing-

masing. Setiap blok rangkaian memiliki fungsi yang berbeda namun saling

berinteraksi untuk dapat bekerja dengan baik. Penggabungan antar blok

tersebut akan ditunjukkan pada Gambar 3.1

4

Gambar 3.1 Blok diagram

a. Sumber Pembangkit Utama

Pada bagian ini merupakan sumber energy utama yang di konsumsi oleh

beban, sumber ini diperoleh dari system jaringan penyedia utama (PLN) yang

memiliki tegangan system jaringan 4 kawat 220/380V 50 Hz. Tegangan ini akan

diparalelkan dengan tegangan generator pembantu untuk tujuan pelayanan beban.

b. Trafo Penurun Tegangan

Subsistem penurun tegangan diperlukan untuk menurunkan tegangan dari

sumber penyedia utama dimana tegangan ini yang dibutuhkan pada alat uji yang

memerlukan tegangan rendah. Trafo penurun pada rancangan ini menggunakan 3

buah trafo untuk menurunkan tegangan masing masing fasa. Besarnya tegangan

rendah yang diperlukan sebesar 12 V. Pada bagian generator pembantu juga di

lengkapi trafo penurun tegangan , yang diperlukan untuk menurunkan tegangan

dari generator pembantu dari 220 menjadi 12 Volt. Sehingga tegangan antara

5

generator utama dan generator pembantu nilainya sama. Oleh karena itu pada

pada penelitian ini membutuhkan 6 buah trafo penurun tegangan.

c. Alat Uji

Pada bagian ini terdiri dari beberapa lampu ini indikator dan untai

pengatur sudut fasa yang terdiri dari komponen R (Resistor) dan C (Kapasitor).

lampu indicator akan menyala bergantian apabila terjadi perbedaan fasa antara

sumber utama dan generator pembantu. Dan lampu indicator akan redup atau

padam apabila tegangan sumber utama dan generator pembantu sudah sama.

Melalui pengaturan trial dan error nilai-nilai R dan C sudut fasa antara sumber

utama dan generator pembangkit dapat disinkronkan.

d. Generator pembantu

Generator pembantu dalam penelitian ini menggunakan generator induksi

jenis sangkar tupai. Memiliki spesifikasi tegangan 220/380 V Y/∆ 50 Hz 1440

rpm. Sebagai simulator untuk menggerakan rotor dibutuhkan penggerak mula

berupa motor induksi dimana suplai tegangan dan pengaturan kecepatan motor

induksi diperoleh dari motor drive pwm inverter. Seperti tampak pada gambar

dibawah.

MOTOR DRIVE

PMW

INVERTER

MOTOR

INDUKSI

GENERATOR

PEMBANTUALAT UJI

Gambar 3.2. Modul Penggerak Mula Generator Induksi

6

Gambar 3.3 Blok Implementasi

Trafo dengan Vrms sisi primer dan trafo Vrms sisi sekunder. Trafo Vrms

pada sisi primer memiliki tegangan sebesar 220 V karena setiap sisi primer

terhubung dengan ground dan salah satu fasenya, sedangkan trafo dengan Vrms

sisi sekunder memiliki tegangan sebesar 12 V. Sama halnya dengan sumber tiga

fase Pembangkit Utama sumber tiga fase generator juga sebagai sumber tegangan

pada generator hanya di bedakan dari fungsinya saja. Sumber tiga fasa generator

berfungsi sebagai inputan pembanding yang akan membandingkan antara

tegangan Pembangkit Utama dan Generator. Trafo penurun tegangan yang

terdapat pada sumber tiga fase generator berfungsi sebagai penurun tegangan

untuk sumber dari generator.

7

Gambar 3.5 Tegangan Sinusoidal antara Pembangkit Utama dan Generator

Gambar 3.5 menjelaskan bahwa a - b = Vp dan a – c = Vpp, dengan

mengetahui Vp = ½ Vpp. Untuk mengetahui tegangan yang diterima oleh

rangkaian indikator, Vp dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Vrms = 12 V

Vp = ½ Vpp

= x Vrms

= 0,707 x 12

= 16,79

Gambar 3.6 Tegangan sinusoidal Vp

8

Kemudian untuk indikator penulis menggunakan lampu led. Lampu led

mempunyai tegangan sebesar 2,8 V dan arus max. 20 mA. Penggunaan led

sebagai indikator untuk mengetahui persamaan dari frekuensi, tegangan, dan fasa.

Gambar 3.7 Rangkaian indikator Led

Pada indikator led ada yang disebut dengan pengaturan resistor,

pengaturan ini berfungsi agar led pada alat tidak jebol. Rmin dapat dicari dengan

menggunakan rumus sebagai berikut :

Rmin = -33.94 + Vr – Vled = 0

= -33,94 + 20x10-3

x R + 2,8 = 0

= 31,14 + 20x10-3

x R = 0

310.20

14,31

R

R = 1557 Ω

Gambar 3.8 Rangkaian Ekivalen

9

Jadi sesuai perhitungan, besar tahanan resistor yang harus dipasang harus lebih

besar dari 1557 Ω dan tidak boleh melebihi 2,8 V.

START

FASA SAMA?

TEGANGAN

SAMA?

FREKUENSI

SAMA?

LAMPU LED

MATI

END

LAMPU LED

MATI

Tidak

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Ya

Gambar 3.9. Flowchart Diagram Alur Kinerja Alat Uji

Gambar 3.9 menjelaskan alur untuk kinerja alat, start untuk memulai

jalannya alat kemudian adanya pertanyaan apakah fasa, tegangan dan frekuensi

dari alat sama. Artinya apabila tegangan dan frekuensi antara pembangkit utama

dan generator pembantu sefasa maka lampu led pada alat akan redup atau mati.

Kemudian jika fasa, tegangan dan frekuensi tidak sama yang berarti adanya

perbedaan fasa antara pembangkit utama dan frekuensi maka akan ditandai

dengan lampu led akan menyala secara bergantian.

10

4. Pengujian Alat

4.1 Titik uji

Pengujian alat untuk Alat Uji Sinkronisasi Pararel Generator akan

dilakukan pada beberapa titik pada rangkaian.

Gambar 4.1 Rangkaian alat

Pengujian dilakukan saat frekuensi generator menyerupai frekuensi PLN,

yaitu 50 Hz.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran Trafo

Nama Tegangan

Teori

Tegangan Hasil

Pengukuran Kondisi Led

RG - RP 12V - 12V 12,1 - 11,9

Redup

SG - SP 12V - 12V 11,25 - 12,1

Redup

TG - TP 12V - 12V 11, 75 - 12,2

Redup

11

Gambar 4.2 Tegangan sinusoidal RG – RP tidak sinkron

Gambar 4.2 menunjukkan bahwa fasa antara pembangkit utama dan

generator pembantu tidak sinkron. Dikarenakan adanya perbedaan antara frekunsi

dan tegangan pada pembangkit utama dan generator pembantu sehingga adanya

pergeseran fasa, dengan kondisi led menyala. Sedangkan Gambar 4.3

menunjukkan bahwa fasa antara generator dan pembangkit utama mengalami

sinkronisasi dimana fasa, tegangan dan frekuensinya sama, dengan indikator led

mati.

12

Gambar 4.3 Tegangan sinusoidal yang sinkron

Gambar 4.4 Tegangan sinusoidal SG –SP dan Tegangan sinusoidal TG – TP

Apabila kondisi ideal pada saat frekuensi dan tegangan sama, seharusnya

led dalam kondisi mati atau redup. Hal ini disebabkan banyaknya karakter yang

digunakan seperti perbedaan tegangan sisi sekunder trafo dan ketidak stabilan

frekuensi dan tegangan pada generator.

13

4.2 Mekanisme Alat Uji Sinkronisasi Generator

Sebelum dilakukan sinkronisasi generator antara sumber pembangkit

utama (PLN) dengan generator induksi pada sistem jaringan , beberapa hal yang

penulis lakukan memastikan :

a. Pemutus tenaga generator dalam keadan terbuka.

b. Pemutus tenaga sistem dalam keadan terbuka.

c. Putaran generator pada putaran nominal name plate (1440 rpm).

d. Sistem jaringan telah bertegangan

4.3 Prosedur sinkron pada generator secara manual adalah sebagi

berikut :

Pengaturan sinkronisasi dilakukan dengan menguji beberapa parameter

antara lain , tegangan, frekuensi, dan perbedaan sudut fasa.

PengujianTegangan

Antara tegangan generator pembantu dengan tegangan sistem jaringan

(PLN) harus sama besarnya ( nilainya ). Untuk menyamakan, maka tegangan

generator pembantu harus diatur, yaitu dengan mengatur kecepatan penggerak

mula menggunakan inverter sampai di peroleh tegangan yang sama dengan

tegangan jaringan utama.

Apabila tegangan generator pembantu lebih tinggi dari tegangan sistem,

maka mesin generator pembantu akan mengalami sentakan beban VAR lagging

(induktif ) ini berarti generator pembantu mengirim daya reaktif ke sistem

jaringan pembangkit utama. Sebaliknya bila tegangan generator lebih rendah dari

pada tegangan sistem, mesin akan mengalami sentakan beban VAR Leading (

kapasitif ), artinya generator pembantu menyerap daya reaktif dari sistem.

Pengujian Frekuensi

Frekuensi generator pembantu dan frekuensi sistem harus sama ( match ).

Untuk menyamakan, maka putaran generator harus diatur melalui inverter, yaitu

dengan cara men-set frekuensi tegangan inverter sebesar 50 Hz. Jika frekuensi

14

generator pembantu lebih tinggi dari pada frekuensi sistem, sistem akan

mengalami sentakan beban MW dari mesin, artinya mesin membangkitkan MW.

Sebaliknya jika generator frekuensinya lebih rendah dari pada sistem, mesin akan

mengalami sentakan MW dari sistem , artinya mesin menjadi motor.

Perbedaan Fasa

Setelah diperoleh tegangan dan frekuensi yang sama maka sudut fasa

antara generator pembantu dan sistem harus sama pula. Untuk menyamakannya

fasa generator pada penelitian ini dilakukan trial and error dengan memasang R

dan C pada terminal keluaran generator pembantu , dengan tujuan agar tegangan

keluaran generator pembantu berimpit atau sefasa dengan tegangan sistem.

Apabila terjadi perbedaan fasa antara generator dengan sistem akan

mengakibatkan sentakan perpindahan daya antara mesin dan sistem. Hal ini

mengakibatkan kondisi gangguan dan terjadinya sirkulasi arus antara mesin dan

sistem yang besarnya ditentukan oleh perbedaan antara keduanya.

5. Kesimpulan.

Alat ini dapat mengidentifikasikan perbedaan frekuensi dan tegangan pada

dua sumber yang berbeda, seperti Pembangkit utama tiga fasa dan Generator tiga

fasa. Alat uji sinkronisasi pararel generator dapat mengindentifikasikan perbedaan

frekuensi dan tegangan mencapai titik puncak hingga 180o dengan beda tegangan

hingga 33,94 V, untuk tegangan puncak (Vp) dari Pembangkit Utama dan

Generator masing-masing -16,97 V dan 16,97 V. Alat ini dinyatakan berhasil

bekerja apabila adanya pembuktian dari gelombang pada oscilloscope dengan

munculnya gambar dengan satu gelombang yang sebenarnya dalam satu

gelombang itu ada tiga gelombang lain yang tergabung didalamnya. Yang mana

bentuk gelombang itu merupakan bentuk gelombang sefasa, bentuk gelombang

yang tegangan dan frekuensinya sama antara pembangkit Utama dan Generator.

Tidak hanya satu gelombang yang akan muncul melainkan ada juga bentuk

gelombang yang berpisah yang artinya berselang seling satu dengan yang lain,

15

gelombang tersebut dinamakan dengan bentuk gelombang tidak sefasa. Bentuk

gelombang yang tegangan dan frekuensinya memiliki perbedaan fasa. Apabila alat

uji sinkronisasi pararel generator berhasil maka akan ditandai dengan indikator

redup atau mati jika tidak sefasa maka indikator akan redup atau menyala.

6. Saran

Untuk pemilihan trafo, sebaiknya memiliki akurasi sisi sekunder yang

tinggi. Agar indikator dapat mendeteksi perbedaan parameter frekuensi dan

tegangan yang tipis.

7. Daftar Pustaka

[1] Drs.Sumanto, MA, Teori Transformator, Andi Yogyakarta, 1996.

[2] Eugene C. Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Erlangga, 1993.

[3] Indra Sasmita., Mesin Listrik II, 2012

[4] Zuriman Anthony, Generator Sinkron Tiga Fasa, 2009

[5] Metode Paralel Sinkronisasi Generator Pararel Generator, URL :

http://eprints.undip.ac.id/2327/1/Paralel_Generator.pdf, 2013