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 

Turbine Governing System – Part I

Foreword

Beberapa waktu yang lalu , telah disinggung sedikit masalah governor pada link. Pada bagian ini, akan dipaparkan bagaimana prinsip kerja dari sebuah governor serta aplikasinya dalam sistem pembangkitan.

Pada sebuah sistem pembangkitan tenaga listrik, sebuah generator sinkron pada umumnya digerakkan oleh turbin; baik itu turbin uap, turbin gas atau water turbine. Agar turbin dapat bekerja dengan baik, dalam artian dapat melakukan starting-up, rolling-up, sinkronisasi, speed/load control, overspeed control dan emergency stop, maka turbin memerlukan sebuah peralatan (complete set) yang disebut Turbine Governing System.

Mechanical Governing System:

Pada awal perkembangannya, Turbine Governing System bertipe Mechanical-Hydraulic sangatlah populer. Namun, seiring dengan perkembangan teknologi elektronik, pada saat ini sudah mengalami pergeseran. Electro-hydraulic telah menjadi primadona dalam Turbine Governing System. Hal ini disebabkan karena kemudahan ketika melakukan tuning serta aksi kontrol yang lebih presisi dan cepat.

Namun, untuk memahami dasar-dasar Turbine Governing System, maka akan dipaparkan dulu mengenai governor bertipe Mechanical-Hydraulic. Governor ini menggunakan prinsip Mekanisme Sentrifugal Watt. Secara sederhana, mekanisme tersebut ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 1. Mechanical-Hydraulic Governing System pada Turbin Uap

Pada governor tipe ini, governor mengukur kecepatan turbin melalui speed measurement device. Ketinggian spring-loaded weight akan mengindikasikan besarnya kecepatan turbin. Pada saat torsi mekanik turbin sama dengan torsi elektromagnetik generator, maka kecepatan rotasional turbin-generator akan konstan. Hal ini akan menyebabkan posisi spring-loaded weight akan tetap.

Apabila beban listrik naik, maka torsi elektromagnetik juga akan naik. Karena torsi mekanik turbin cenderung konstan, maka kecepatan rotasional turbin akan turun. Hal ini akan menyebabkan titik A pada governor floating lever  bergerak naik. Karena A-B-C berada pada satu lengan, maka naiknya posisi titik A juga mengakibatkan naiknya posisi titik B.

Naiknya posisi titik B berakibat pada bertambahnya bukaan pilot valve yang menuju servo-motor. Perbedaan tekanan pada piston di dalam servo-motor  menyebabkan bertambahnya bukaan steam-valve ke arah turbin yang artinya menambah suplai uap.

Pergerakan piston di dalam servo-motor juga akan menyebabkan pergerakan titik D-E-I dan H ke arah bawah. Pergerakan ini akan diikuti oleh pergerkan speeder-gear  di titik G. Karena lengan A-B-C terkoneksi dengan ­speeder-gear di titik C, maka pergerakan speeder-gear akan mengurangi suplai oli melalui pilot valve.

Dari penjelasan di atas dapat dikatakan bahwa governor tipe ini memiliki dua feedback  yaitu:

-   Speed feedback          : dari Speed measuring device

-   Valve position             : dari steam valve, pilot valve  dan titik D-E-I-H-C

Ada dua fungsi yang terdapat pada speeder gear, yaitu:

1.   Mengontrol kecepatan generator saat belum sinkron

2.   Mengontrol beban generator ketika sudah sinkron

Kelemahan utama dari governor bertipe Sentrifugal Watt adalah adanya deadband  yang cukup lebar dan akurasi yang tidak begitu bagus. Siring berlangsungnya penggunaan, deadban-nya akan semakin lebar disebabkan oleh ausnya peralatan mekanik pada sistem tersebut. Untuk mengatasi masalah-masalah diatas, maka Electro-Hydraulic Governor akan dijelaskan dalam postingan berikutnya.

To be continued....

Paiton, 3 Feb 2016 19.00 

Insulation Resistance Test – Part V (end)

Bagian 1 hingga 4 telah memaparkan bagaimana IRT dan PI test dilakukan serta serba serbi yang mengikutinya. Akhir-akhir ini, dikembangkan metode evaluasi baru untuk mendapatkan informasi yang lebih mendalam mengenai kondisi isolasi suatu mesin dengan menggunakan data-data yang didapatkan pada pengujian PI. Metode ini dikenal dengan IRP atau Insulation Resistance Profile.  

 

Latar Belakang IRP

Pada bagian sebelumnya telah dijelaskan apabila nilai IR lebih dari 5000MΩ, maka direkomendasikan agar tidak melakukan PI. Hal ini dipandang perlu untuk diperhatikan bukan karena nilai IR yang sudah sangat bagus. Namun, pada nilai tersebut, adanya sedikit fluktuasi eksternal (misal pada tegangan injeksi) akan sangat mempengaruhi nilai pengukuran.

Dengan berkembangnya teknologi peralatan uji, maka pengaruh ketidakstabilan tegangan injeksi dapat diabaikaan. Dengan demikian, pengujian PI yang dilakukan pada nilai IR lebih dari 5000MΩ dapat digunakan sebagai indikator tambahan mengenai kondisi isolasi tersebut. Metode assessment  isolasi dengan cara mengevaluasi nilai-nilai ada PI yang direpresentasikan dalam sebuah grafik disebut dengan IRP atau Insulation Resistance Profile.

IRP diplot dengan meggunakan interval waktu (umumnya) 5 sekon. Dengan demikian, untuk waktu 10 menit akan didapatkan nilai pengukuran sebanyak 125 data. Karena terlalu banyak dan dipandang kurang praktis, IRP dapat pula diambil dari data pengujian PI. Karena diplot dengan menggunakan data PI, maka metode ini sebut juga sebagai PIR atau Polarization Index Profile.

Metode Evaluasi IRP

Isolasi dengan kondisi baik akan memiliki karakteristik IRP yang bersifat eksponensial sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 3.

Karakteristik IRP yang berbeda dengn gambar 3, sebetunya adalah indikator dari kondisi isolator yang berbeda pula. Pada gambar-gambar berikut, akan ditunjukkan beberapa karakteristik IRP beserta indikatornya.

 

Gambar 3. Karakteristik IRP untuk Isolator dalam Kondisi Baik

 

Gambar 4. Karakteristik IRP pada Isolator dengan Kelembaban di Permukaan

 

Gambar 5. Karakteristik IRP pada Isolator Terkontaminasi

 

Gambar 6. Karakteristik IRP pada Isolator yang Lembab

Gambar 7. Karakteristik IRP untuk Isolator setelah mengalami Cleaning dan Drying

Dari beberapa contoh gmbar di atas, maka IRP dapat memberikan tambahan informasi mengenai kondisi isolasi secara lebih mendalam. Terlebih lagi untuk nilai IR di atas 5000 MΩ, maka aplikasi IRP sangatlah membantu.

Referensi:

1. David L. McKinnon. Insulation Resistance Profile (IrRP) and Its Use For Assessing Insulation Systems
2. IEEE Std 43-2000. IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery

Paiton, 26 Jan 2016 20:44