Monday 10 August 2015

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part V



Dalam perkembangannya, brushless exciter  telah menjadi primadona dalam sistem eksitasi generator sinkron. Selain kapasitasnya yang mumpuni, aspek maintenance-free sering kali menjadi pilihan. Dengan tidak adanya kontak fisik antara startor dan rotor untuk mentransmisikan daya, maka permasalahan yang umum terjadi di brushed-exciter  seperti hot-spot  pada permukaan kontak, ovalitas slipring  dan sebagainya dapat 100% dihindari.

Arsitektur Sistem Brushless Exciter
Pada bahasan IV, khususnya gambar 12, telah ditunjukkan simplifikasi dari sebuah sistem brushless exciter. Sistem ini biasanya terdiri dari:
1.   Pilot exciter
2.   Main exciter
3.   Main generator
4.   AVR (automatic voltage regulator) atau controlled static rectifier
5.   Uncontrolled rotating rectifier (rotating diode)

Gambar 13. Arsitektur Sistem Brushless Exciter

Model brushless exciter  sederhana ditunjukkan oleh gambar 13. Rotor dari turbin, generator, main exciter dan pilot exciter dikopling menjadi satu buah struktur rotor. Rotor dari sebuah pilot exciter  biasanya tersusun atas magnet permanen dengan julah 16 kutub. Apabila rotor berotasi dengan kecepatan 3000 rpm, maka pada stator akan terinduksi tegangan 400Hz. Tegangan ini adalah daya input untu AVR.

Di dalam AVR, sebetulnya terjadi pengolahan sinyal yang cukup rumit dan akan dibahas pada bahasan selanjutnya. Secara sederhana, di dalam AVR, tegangan dengan frekuensi 400Hz diubah menjadi sistem tegangan searah untuk diinjeksikan ke belitan stator dari main exciter. Dengan berputarnya poros, maka pada rotor main exciter  akan terinduksi tegangan bolak balik.

Tegangan pada rotor tersebut selanjutnya disearahkan oleh rotating diode dan diteruskan ke belitan rotor dari generator utama. Sebagai hasil akhir, pada stator generator utama akan dihasilkan tegangan induksi. Daya yang dibangkitkan di stator generator utama disalurkan ke sistem jaringan daya listrik. Untuk menjaga kestabilan tegangan terminal generator, maka trafo instrumen (CT dan PT) digunakan untuk mengatur arus dan tegangan generator sebagai umpan balik dari AVR.

Dalam beberapa aplikasi, AVR berhubungan dengan sistem Instrumentasi dan Kontrol untuk ON/OFF, sinkronisasi, pemilihan menu dan sebagainya. Sumber daya dari luar kadang kala diperlukan untuk keperluan testing atau commissioning.

To be continued.....
Paiton, 10 Agustus 2015 19:33

Saturday 1 August 2015

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part IV



Dalam bahasan sebelumnya, telah ditunjukkan beberapa jenis exciter yang telah diaplikasikan. Namun, dengan bertambahnya kapasitas dari sebuah pembangkit, maka kapasitas dari exciter juga harus dinaikkan. Keadaan ini kemungkinan tidak dapat diterapkan di beberapa jenis exciter karena beberapa alasan. Sehingga pada saat ini, untuk aplikasi besar, hanya beberapa jenis exciter  saja yang secara luas praktis bisa digunakan.

Transmisi Daya Eksitasi ke Rotor
Untuk sebuah turbogenerator, biasanya diperlukan tegangan eksitasi mencapai 700 volt dengan rating arus yang dapat mencapai 8000 ampere. Selain itu, jika sebuah pembangkit telah terhubung ke dalam sebuah sistem daya, adanya tanggung jawab untuk menjaga stabilitas menjadikan masalah eksitasi menjadi semakin krusial. Field Forcing, adalah sebuah istilah yang umum dipakai untuk menyebut kemampuan exciter dalam menaikan tegangan eksitasi 2-3 kali pada saat terjadi abnormality. Dengan kapasitas yang begitu besar, maka metode untuk menyalurkan energi yang begitu besar ke rotor generator telah menimbulkan beberapa permasalahan, baik itu secara elektrik, mekanik maupun termal.

Suplai daya eksitasi ke rotor dapat menggunakan 2 macam cara, yaitu:
1.   Menggunakan slipring dan brush (cincin geser dan sikat)
2.   Suplai langsung (brushless)

Menggunakan slipring dan brush (cincin geser dan sikat)
Slipring adalah cincin metal yang dipasang pada poros generator, namun secara elektrik diisolasi dari struktur porosnya. Biasanya ada 2 cincin yang dipasang, yaitu cincin berpolaritas positif (+) dan negatif (-), yang masing masing terhubung ke ujung-ujung lilitan rotor.

Untuk menyalurkan daya listrik ke rotor, brush yang terbuat dari karbon/grafit secara luas digunakan. Material ini harus dapat menghantarkan listrik dan harus memiliki koefisien gesek yang kecil agar tidak merusak slipring.

 Pemakaian brush dalam aplikasi ini secara luas diketahui menimbulkan beberapa permasalahan. Drop tegangan yang cukup besar, rugi-rugi dalam bentuk panas, kecepatan aus pada slipring, ovality, serta perlunya pengecekan rutin adalah permasalahan umum yang sering timbul. Namun, sistem ini masih cukup ekonomis sehingga masih sering digunakan.



Brushless Exciter
Pada aplikasi ini, daya listrik dari peralatan ang diam ditransmisikan ke rotor melalui induksi; dengan bantuan rotating rectifier, suplai daya DC ke rotor generator menjadi non-mechanical-contact. Dengan tanpa adanya mechanical-contact, maka sistem ini menjadi maintenance-free dan sangat populer saat ini. Namun, ada beberapa manufaktur yang tetap menyediakan slipring dan brush untuk keadaan emergency.
Skema brushless exciter ditunjukkan pada gambar 12. Sistem ini mengunakan 3 buah generator; yaitu pilot exciter; main exciter dan main generator. Pada sistem brushless exciter, tidak diperlukan lagi adanya suplai daya eksternal meskipun untuk melakukan start-up. Pilot exciter adalah sebuah permanent magnet generator (PMG); sebuah generator yang memanfaatkan magnet permanen. Beberapa magnet permanen diasang di rotor; pada saat rotor diputar maka akan menimbulkan tegangan listrik di pilot exciter stator (pilot exciter armature) yang biasanya memiliki frekuensi 400Hz.
Gambar 12. Skema Brusless Exciter

Selanjutnya, daya listrik dari pilot exciter kemudian disearahkan dan dikotrol besarnya. Besar kecilnya keluaran penyearah ditentukan berdasarkan keperluan pembangkit, misalkan dipengaruhi oleh tegangan terminal, permintaan daya reaktif dan sebagainya. Daya listrik DC yang besarnya sudah diatur, kemudian dialirkan ke exciter field dari main exciter stator. Medan magnet yang ditimbulkan oleh exciter field akan menginduksikan tegangan bolak balik di main exciter rotor (main exciter armature).
Daya listrik yang berada di main exciter rotor selanjutnya dialirkan ke main generator rotor  melalui sebuah penyearah yang sudah terpasang di poros generator (rotating rectifier/rotating diode). Daya yang telah sampai di main generator rotor selanjutnya akan menginduksikan tegangan di main generator.

to be continued...
Malang, 1 Agustus 2015 09.45