Stabilitas Tenaga Listrik

1.    Apa yang dimaksud dengan sudut rotor?

Jawab:

Sudut rotor adalah sudut perbedaan antara rotor dan medan putar pada stator. Sudut ini timbul ketika beban yang ditanggung motor semakin berat, sehingga rotor akan semakin tertinggal dan menimbulkan selisih sudut.

Gambar sudut rotor: 

Gambar 1.

(a) Sudut rotor lagging (tertinggal) terhadap kumparan armatur, menyerap energi listrik dan menghasilkan energi mekanik (motor action).

(b)   Sudut rotor = 0, tidak ada input/output listrik maupun mekanik.

(c)    Sudut rotor leading, energi mekanik diserap dan energi listrik dihasilkan (generator action).

 

2.    Bagaimana damper winding dapat meredam osilasi?

Jawab:

Damper winding (kumparan peredam) merupakan kumparan hubung singkat (tertutup) yang terletak pada rotor motor sinkron yang berfungsi untuk meredam osilasi rotor ketika berputar. Ketika kecepatan rotor sinkron, tidak ada fluks yang terpotong oleh damper winding, sehingga tidak ada tegangan induksi yang timbul di dalamnya.

Namun ketika rotor berosilasi, terdapat fluks yang terpotong oleh damper winding. Oleh karena damper winding merupakan kumparan hubung singkat, maka timbullah arus. Karena stator pada motor memberikan fluks, maka akan timbul gaya/torsi pada damper winding yang akan meredam osilasi pada rotor.

Osilasi yang dapat diredam oleh damper winding merupakan osilasi skala kecil. Untuk osilasi skala besar digunakan power system stabilizer dengan melakukan pengaturan eksitasi yang masuk ke rotor. Dalam hal ini, damper winding sedikit membantu untuk memperbaiki stabilitas suatu sistem.

 

Sumber: Stabilitas Tenaga Listrik Maret 2015.ppt

Rotor Terkunci (Locked Rotor)

1.    Jelaskanlah apa yang terjadi jika sebuah motor berada dalam kondisi rotor terkunci (locked rotor)?

Jawab:

Saat motor induksi berada dalam kondisi rotor terkunci (locked rotor) maka arus yang mengalir pada motor dapat mencapai lima kali arus nominal. Dalam kondisi tersebut maka keseluruhan daya yang disupply ke motor akan diubah menjadi panas. Hal tersebut dapat menyebabkan kenaikan temperatur yang sangat cepat dibandingkan pada saat motor bekerja dengan beban penuh. Oleh karena itu, komponen-komponen motor seperti isolasi, konduktor belitan stator, inti, dan konduktor rotor akan mengalami kenaikan temperatur yang sangat cepat. Akibat kenaikan temperatur berlangsung cepat, maka dalam waktu tertentu dapat menyebabkan kerusakan seperti:

a. Memperpendek umur isolasi
b. Merusak isolasi belitan
c. Merusak sambungan antar belitan konduktor
d. Menyebabkan kumparan stator terbakar

Sumber: jurnal.uisu.ac.id
Kenaikan Temperatur Pada Motor Induksi Tiga Phasa Akibat Rotor Terkunci, Syamsul Amien

Speed Droop

A.  Definisi Speed Droop

Speed droop adalah perbedaan atau perubahan kecepatan antara operasi unit dari no load (tanpa beban) menjadi full load (beban penuh) yang biasanya dinyatakan dalam persen. Speed droop juga dapat diartikan sebagai peralatan mekanik yang diperlengkapkan pada governor untuk memungkinkan operasi dua unit atau lebih yang bekerja secara parallel dalam suatu sistem interkoneksi. Istilah speed droop ini berkaitan dengan operasi pembangkit tenaga listrik. Kecepatan dari unit pembangkit listrik tenaga air akan menyimpang dari keadaan normal pada suatu perubahan beban tertentu. Pada kondisi normal, unit generator bekerja secara parallel dengan unit lain dalam suatu sistem interkoneksi sehingga memerlukan peralatan khusus seperti speed droop, speed adjustment, dan load control.

B.  Fungsi Speed Droop

Speed droop digunakan untuk mengetahui seberapa besar kecepatan yang akan menunjukkan kapan beban berubah, seberapa banyak ia berubah, serta perubahan tersebut mengalami kenaikan atau penurunan. Adanya perubahan beban mempengaruhi perubahan frekuensi keluaran generator. Setting speed droop biasanya diatur pada rentang 1% sampai 10% dengan simbol K. harga K lebih dikenal sebagai perbandingan daya nyata terhadap frekuensi (MW/Hz) dari unit yang berperan mempercepat pemulihan terhadap perubahan frekuensi yang terjadi.

C.  Perhitungan Speed Droop

Apabila terjadi perubahan frekuensi sistem, maka governor berusaha mengikuti perubahan tersebut sesuai dengan pengaturan EP-nya. Jika frekuensi sistem mengalami kenaikan, maka governor akan menutup, sehingga daya yang dibangkitkan oleh generator menjadi lebih kecil dari harga referensi yang diberikan. Demikian pula sebaliknya. Jika frekuensi sistem menurun, maka daya yang dibangkitkan generator meningkat dan melebihi harga referensi yang diberikan. Besarnya penurunan maupun kenaikan dirumuskan sebagai berikut sesuai dengan setting speed droop-nya.

Contoh perhitungan speed droop:

1)        EP1 = 2 %

Daya generator = 60 MW

Sehingga,

MW/Hz = 60 MW / 1 Hz = 60 MW/Hz

Jika terjadi perubahan frekuensi (delta Hz) = 0,1 Hz

Maka, daya generator = 0,1 Hz x 60 MW/Hz = 6 MW

Beban akhir = 60 MW – 6 MW = 54 MW.

Jadi, setiap perubahan frekuensi sistem sebesar 0,1 Hz, maka daya yang dikeluarkan oleh generator akan mengalami perubahan sebesar 6 MW.

2)        EP2 = 4 %

Daya generator = 60 MW

Sehingga,

MW/Hz = 60 MW / 2 Hz = 30 MW/Hz

Jika terjadi perubahan frekuensi (delta Hz) = 0,1 Hz

Maka, daya generator = 0,1 Hz x 30 MW/Hz = 3 MW

Beban akhir = 60 MW – 3 MW = 57 MW.

Jadi, setiap perubahan frekuensi sistem sebesar 0,1 Hz, maka daya yang dikeluarkan oleh generator akan mengalami perubahan sebesar 3 MW.

Sumber: Speed Droop

Generator Sinkron

1.  Jelaskan prinsip kerja generator sinkron!

Adapun prinsip kerja dari suatu generator sinkron adalah:

a. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.

b. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.

c. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujungujung kumparan tersebut.

Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 120 derajat satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.

2.  Jelaskan maksud dari remanensi pada generator!
   Remanensi adalah sisa / residu sifat magnetis di dalam besi yang dililiti kumparan pada saat kumparan tersebut tidak dialiri listrik (saat generator dalam keadaan diam). Saat generator mulai berputar, remanensi magnet yang lemah pada besi dapat membangkitkan output listrik yang (pada akhirnya) diarahkan balik ke kumparan lilitan besi tadi, sehingga memperkuat medan magnet besi itu. Semakin banyak dan cepat ia berputar, maka kekuatan magnetis besi rotor itu akan mencapai target dan menghasilkan tegangan yang cukup sebagai output.

3.  Jelaskan hubungan antara frekuensi, kecepatan putar, dan jumlah kutub pada generator sinkron!

f = (p.n)/120

Semakin besar kecepatan putar dan atau semakin banyak jumlah kutub pada generator sinkron, maka frekuensi generator sinkron akan meningkat. Semakin tinggi frekuensi dan atau semakin kecil kecepatan putar generator sinkron, maka semakin banyak jumlah kutub pada generator sinkron. Semakin tinggi frekuensi dan atau semakin sedikit jumlah kutub generator sinkron, maka semakin besar kecepatan putar pada generator sinkron.

4.  Apa perbedaan antara rotor tipe salient dan cylindrical pole?

Perbedaan utama antara keduanya adalah salient pole rotor digerakkan oleh turbin hidrolik kecepatan rendah, sedangkan cylindrical rotor digerakkan oleh turbin uap berkecepatan tinggi. Sebagian besar turbin hidrolik harus berputar pada kecepatan rendah (50 – 300 rpm). Salient pole rotor dihubungkan langsung ke roda kincir dan frekuensi yang diinginkan 50 Hz. Jumlah kutub yang dibutuhkan di rotor jenis ini sangat banyak. Sehingga dibutuhkan diameter yang besar untuk memuat kutub yang sangat banyak tersebut. Cylindrical rotor lebih kecil dan efisien daripada turbin kecepatan rendah. Untuk 2 kutub, frekuensi 50 Hz, putarannya 3000 rpm. Untuk 4 kutub, putarannya 1500 rpm.

5.  Generator sinkron 3 fasa memiliki nameplate 2 HP, 50 Hz, 400 V, dan 4 kutub. Hitunglah putaran per menit-nya!

n = (120 . f)/p =(120 . 50)/4 = 1500 rpm

Jadi, kecepatan rotornya adalah 1500 putaran per menit.

Sumber: Prinsip kerja generator sinkron dan perbedaan kedua tipe rotor, Remanensi pada generator