Thursday, 26 October 2017

Transformator dalam Bidang Pembangkitan – Part II



Pedoman Umum Koneksi Trafo 3 Phasa
Untuk trafo 3 phase, terdapat dua macam koneksi yaitu koneksi pada sisi belitan primer dan belitan sekunder. Setiap belitan dapat dikoneksikan sebagi star atau koneksi delta. Namun, berikut adalah pedoman umum dalam menentukan koneksi trafo 3 phase.

Dikarenakan sistem 3 phase membutuhkan earthing, maka hal ini akan dengan sangat mudah dipenuhi apabila tipe belitannya dikoneksikan star. Koneksi star memiliki titik netral, dapat dipergunakan sebagai koneksi ke jaringan earthing; baik itu koneksi secara langsung (solidly) atau melalui fault current limiting resistor.

Di sisi lain, ada fakta yang menarik bahwa seiring dengan meningkatnya penggunaan peralatan berbasis semikonduktor, maka kandungan harmonik ketiga dalam sistem daya elektrik semakin tinggi (harmonik orde ketiga memiliki amplitudo tertinggi dibanding orde harmonik yang lain). Untuk menghindari transfer harmonik dari sisi primer ke sekunder atau sebaliknya, maka digunakan koneksi delta pada satu bagian yang lain. Hal ini dikarenakan koneksi delta dapat menyediakan jalur berimpedansi rendah untuk arus harmonik ketiga. Dengan demikian, kandungan harmonik ketiga dalam gelombang tegangan dapat dikurangi dan bahkan dihilangkan.

Secara sederhana, trafo 3 phase akan dikoneksikan star-delta untuk mendapatkan manfaat sebagaimana deskripsi di atas. Sebagai konsekuensi, maka gelombang tegangan sisi sekunder akan terdistorsi (tergeser) sebesar 30 derajat dari sisi primer.

Namun, dikarenakan beberapa kebutuhan dan keterbatasan, pedoman dasar ini tidak dapat diaplikasikan. Akibatnya, ada beberapa trafo yang dikoneksikan star-star atau delta-delta.

Trafo 3 phasa dengan Koneksi Star-Star
Dalam sistem pembangkitan, terdapat trafo 3 phasa yang harus dikoneksikan star-star. Secara lebih detail, penyebabnya akan dideskripsikan dalam chapter bahasan selanjutnya.

Dengan menggunakan koneksi star-star, tentu saja tidak akan bermasalah dengan sistem earthing. Sebagai konsekuensi, tidak ada distorsi gelombang tegangan (pergeseran sudut phasa adalah 0 derajat). Namun, penggunaan koneksi star-star telah ‘melanggar’ aturan dasar bahwa satu belitan harus dikoneksikan delta. Tanpa adanya koneksi delta, berarti proses eliminsi harmonik orde tiga tidak dapat dilakukan.
Sebagi solusi, dipasang belitan ketiga yang disebut sebagai belitan tersier (tertiary winding); tentu saja belitan tersier dikoneksikan secara delta sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 3. Belitan tersier memberikan keuntungan dalam eliminasi harmonik order tiga, namum memiliki kelemahan. Hal ini akan didideskripsikan saat membahas jenis-jenis trafo dalam bidang pembangkitan.
Gambar 3. Trafo Berkoneksi Star-Star dengan Belitan Tersier

Paiton, 26 October 2017 19:24

Reference:
Modern Power Station Practice – Electrical Systems and Equipment – Volume D. Pergamon Press. 1992.
http://electriciantheory.blogspot.co.id/2013/04/three-winding-transformers.html

Tuesday, 24 October 2017

Transformator dalam Bidang Pembangkitan – Part I


 
Foreword
Transformator atau sering disebut sebagai trafo didefinisikan sebagai mesin elektrik statis, yang berfungsi mentransfer energi listrik dari satu sisi (primer) ke sisi yang lain (sekunder) pada frekuensi tetap melalui perantara sirkuit magnetik. Penemuan listrik AC dan trafo telah merevolusi sistem ketenagalistrikan dengan sangat signifikan. Energi listrik dapat dibangkitkan di tempat yang jauh dari pusat beban, namun dengan rugi transmisi yang cukup rendah.

Penggunaan trafo telah tersebar luas dalam bidang:
-       Sistem daya
-       Instrumentasi / pengukuran
-       Elektronika

Dalam sistem daya, trafo berperan penting dalam proses transformasi level tegangan. Baik itu dalam pembangkitan, transmisi maupun distribusi. Dikarenakan mayoritas dalam sistem daya menggunakan sistem kelistrikan 3 phasa, maka bahasan kali ini hanya akan melingkupi trafo daya 3 phasa.

Reminder:
Trafo 3 phasa pada dasarnya terdiri dari 3 buah belitan 1 phasa, dikoneksikn menjdi sistem 3 phase dengan hubungan star atau delta sebagimana ditunjukkan dalam gambar 1.
Gambar 1. Koneksi Trafo 3 Phase (Delta dan Star)



Pergeseran Sudut Phasa
Sebagaimana didefinisikan di awal, trafo mentransfer daya elektrik dari satu sisi ke sisi lain dengan frekuensi tetap. Level tegangan akan bergantung kepada jumlah lilitan di sisi primer dan sisi sekunder. Namun, dengan koneksi yang berbeda akan menghasilkan pergeseran sudut phasa antara sisi primer dan sekunder, seperti ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Pergeseran Sudut Phase (primer = hijau, sekunder = merah)

Pergeseran sudut phasa tentu saja tidak menimbulkan ‘masalah’ yang berarti pada instalasi sederhana. Namun, pada sistem interkoneksi seperti pada power plant, hal ini memerlukan perhatian dan pemilihan koneksi yang tepat.

Apa saja jenis trafo di power plant?  Bagaimana trafo-trafo tersebut dikoneksikan? Apa keuntungan sistem koneksi tersebut? Hal ini akan dibahas dalam chapter selanjutnya.

Paiton, 24 October 2017 20:29

References:

Saturday, 8 April 2017

Dissolved Gas Analysis (DGA) – Part I



Foreword
Isolator cair, dalam hal ini minyak isolasi (oli), adalah satu dari 3 jenis isolator elektrik yang sering digunakan, selain isolator padat dan gas. Density (massa jenis) minyak isolasi lebih tinggi dari gas, sehingga dielectric strength (kekuatan dielektrik, kekuatan isolasi)-nya juga lebih tinggi. Terlebih lagi, dikarenakan minyak isolasi bersifat memenuhi ruang, maka minyak isolasi secara simultan dapat mendisipasikan panas dari struktur yang diisolasi secara konveksi. Dengan kemampuan transfer panas 10 kali lipat lebih efektif daripada udara atau nitrogen, seringkali minyak isolasi menjadi pilihan yang menguntungkan, baik secara teknis maupun ekonomis.

Minyak isolasi umumnya diaplikasikan dalam oil filled transformer (transformator basah), circuit breaker (CB), kapasitor, kabel tegangan tinggi dan sebagainya. Ketika diapliksikan pada CB, maka minyak isolasi berperan sebagi isolator, media pendingin dan juga media arc quenching (mematikan busur listrik). Pada diskusi selanjutnya, hanya akan dibahas minyak isolasi yang digunakan pada transformator dengan sebutan minyak trafo, dalam fungsinya sebagai media isolator dan media pendingin (cooling).

Minyak trafo umumnya adalah rangkaian dari struktur molekul hidrokarbon. Pada saat diaplikasikan pada peralatan elektrik, minyak isolasi akan terpapar thermal fault, voltage stress, kelembaban dan semacamnya; menjadikan strukturnya terpecah ke dalam sub molekul lain serta terbentuknya gas (fault gas). Fault gas  akan terlarut dalam minyak isolasi, disebut sebagai gas terlarut (dissolved gas).

Setiap jenis fault gas dihasilkan oleh jenis gangguan yang berbeda-beda. Dengan kata lain, setiap jenis fault gas merepresentasikan satu jenis gangguan. Dengan menganalisis dissolved gas dari sebuah trafo, kita akan mengetahui kondisi kesehatan trafo tersebut. Hal ini menjadi dasar pijakan salah satu cabang Condition Monitoring  terpopuler pada trafo, yaitu DGA, dissolved gas analysis.

Sebagai analogi, DGA pada trafo adalah cek darah pada manusia.

Dekomposisi Minyak Trafo
Trafo adalah mesin elektrik yang paling umum menggunakan minyak sebagai media isolasi. Gangguan termal dan elektrik adalah 2 penyebab umum terbentuknya dissolved gas  pada sebuah trafo, melalui proses yang relatif kompleks. Secara fundamental, putusnya ikatan hidrogen-karbon dan karbon-karbon akan membentuk molekul gas hidrogen, metana, ethana dan semacamnya. Secara lanjut dimungkinkan terbentuknya ethilena dan asethilena. Terbentuknya fault gas sangat bergantung pada jenis rantai hidrokarbon, distribusi energi dan termal dan durasi terjadinya stress elektrik dan termal. Selain itu, terbentuknya beberapa fault gas secara empiris terbukti bergantung pada temperatur, hal ini menjadi salah satu dasar interpretasi dari DGA.

Berikut adalah daftar fault gases yang diidentifikasi dalam DGA:
- hydrogen (H2)
- methane (CH4)
- acetylene (C2H2
- ethylene (C2H4)
- ethane (C2H6)
- carbon monoxide (CO)
- carbon dioxide (CO2)

Selain itu terdapat Oxygen (O2) dan Nitrogen (N2), yang meskipun bukan fault gases, dimasukkan dalam proses analisis sebagai faktor yang mempengaruhi suatu gangguan atau terbentuknya gas lain.

to be continued...

Malang, 8 April 2017, 13:29  

Sunday, 14 February 2016

Turbine Governing System – Part II



Pada bagian 1 telah disinggung mengenai governor bertipe  Mechanical-Hydraulic. Seiring dengan berkembangnya dunia elektronik, maka peranannya telah digantikan dengan tipe Electro-Hydraulic. Pada awalnya, Analog Electro-Hydraulic cukup populer. Namun, saat ini telah digantikan oleh Digital Electro-Hydraulic atau yang lebih dikenal dengan istilah DEH.
Secara fungsi, tidak ada perbedaan antara governor beripe Mechanical-Hydraulic dan Electro-Hydraulic. Namun, tipe yang kedua memiliki beberapa keunggulan seperti lebih mudah dalam proses tuning, presisi dan respon yang lebih cepat serta beberapa keunggulan lain.

Electro-Hydraulic Governing System:
Pada Governor bertipe Electro-Hydraulic, pengukuran kecepatan turbin dilakukan dengan menggunakan magnet permanen yang terpasang pada shaft  turbin atau dengan shaft gear. Sinyal tersebut akan difilter secara elektrik untuk kemudian dilakukan pengolahan sinyal  sehingga kecepatan turbin akan diukur dengan lebih presisi. Besaran-besaran lain seperti frekuensi jaringan, besar daya keluaran generator serta beberapa parameter fluida kerja (temperatur, tekanan dan flow) adalah beberapa data yang diperlukan oleh Governing System untuk melakukan aksi kontrol. Pengukuran besaran-besaran tersebut biasanya dilakukan oleh lebih dari 1 alat untuk menjamin bahwa data yang terukur adalah benar. Secara sederhana, aplikasi dalam turbin uap ditunjukkan oleh gambar 2.
Gambar 2. Simplifikasi Diagram Electro-Hydraulic Governing System

Data-data lain (setpoint, parameter turbin dan governor) diolah oleh kontroler untuk menghasilkan sinyal kontrol. Karena masih berupa sinyal digital, maka sinyal tersebut diubah menjadi sinyal analog melalui DAC (Digital-to-Analogue Converter). Untuk menggerakkan valve yang menyuplai fluida ke turbin, karena besarnya ukuran valve, maka sinyal kontrol analog tersebut ditransfer dalam bentuk energi hidrolik (melalui E/H Electro-Hydraulic Converter). Pada pembangkit semisal PLTA, transfer energi dapat dilakukan lebih dari satu kali (cascade system) karena besarnya energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan valve.
Sebagai umpan balik, maka posisi valve (serta kecepatan turbin dan semacamnya) akan dievaluasi oleh kontroler. Apabila masih terjadi deviasi, kontroller akan melakukan aksinya kembali (closed-loop). Untuk menjaga keamanan operasi, maka operasi dari sistem governor dibatasi oleh beberapa parameter misalkan kecepatan, besarnya daya keluaran, temperatur, tekanan dan beberapa parameter lain.


To be continued...

Malang, 14 Feb 2016 10:54