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