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 

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part III

Dalam bahasan sebelumnya, berdasarkan Standard IEEE Std 421.1; telah dijelaskan kategori pertama dalam sistem eksitasi yaitu DC Exciter. Dalam bahasan kali ini, akan sedikit diuraikan mengenail sistem eksitasi kategori kedua dan ketiga, yaitu AC Exciter an Static Exciter.

Exciter Category: AC Exciter

Exciter jenis ini lebih dikenal dengan nama Alternator-rectified Exciter; adalah suatu sistem eksitasi dimana energinya diperoleh dari generator AC (alternator) dan diubah menjadi sistem DC dengan menggunakan penyearah (rectifier).

Eksitasi jenis ini terdiri atas alternator dan rectifier, dimana keduanya dapat bertipe terkontrol, tidak terkontrol atau kombinasinya. Alternator dapat digerakkan oleh penggerak tambahan atau dipasang satu poros dengan mesin utama. Dan rectifier yang digunakan bisa didesain dalam bagian yang diam (stationary) atau bagian yang bargerak (rotating). Jenis exciter ini memiliki 4 macam varian sebagaimana ditunjukkan pada gambar 6,7, dan 8.

Gambar 6: AC Exciter tipe AC1A dan AC2A

Gambar 7: AC Exciter tipe AC3A

Gambar 8: AC Exciter tipe AC4A

Exciter Category: Static Exciter

Static Exciter  adalah jenis exciter  dimana energinya diperoleh dari keluaran generator utama dan diubah menjadi sistem DC dengan menggunakan penyearah (rectifier). Karena menggunakan tegangan keluaran generator utama, maka biasanya sistem ini dilengkapi dengan suplai tambahan yang digunakan pada saat start awal. Jenis-jenis Static Exciter ditunjukkan dalam gambar 9,10, dan 11.

Gambar 9: Static Exciter tipe ST1A

Gambar 10: Static Exciter tipe ST2A

Gambar 11: Static Exciter tipe ST3A

 
To be continued...

Paiton, 29 Mar 2015 10:48 

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part II

Karena berkembang dalam kurun waktu yang cukup panjang, sistem eksitasi memiliki banyak jenis. Untuk memudahkan klasifikasinya, dalam bahasan ini akan digunakan referensi IEEE Std 421.1-2007 IEEE Standard Definition for Excitation Systems for Synchronous Machines. Secara sederhana, klasifikasinya dapat dilihat pada standard tersebut di tabel A.2; dimana dalam bahasan ini disajikan dalam gambar 2. 

Gambar 2: Kategori Sistem Eksitasi

 Exciter Category

Pada gambar 2, ditunjukkan bahwa kategori eksitasi dibagi menjadi 3, yaitu:

1. DC generator – commutator exciter
2. Alternator – rectifier exciter
3. Static – rectifier exciter

Pada bagian II ini, akan dibahas terlebih dahulu yaitu kategori pertama. 

Exciter Category: DC Exciter

Adalah jenis exciter  dimana energinya diperoleh dari sebuah generator DC. Exciter  jenis ini terdiri dari generator DC, lengkap dengan commutator  dan sikat arang (carbon brush). Generator DC tersebut dapat digerakkan oleh penggerak tambahan, namun pada umumnya dijadikan satu poros dengan mesin utama. Secara berurutan, DC Exciter memiliki 3 buah model, yaitu DC1a, DC2A dan DC3A sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 3,4, dan 5.

Gambar 3: DC Exciter tipe DC1A

Gambar 4: DC Exciter tipe DC2A

Gambar 5: DC Exciter tipe DC3A

To be continued to Part III

Malang, 21 Mar 2015 19:17

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part I

Foreword

Generator adalah mesin listrik dinamis yang berfungsi mengkonversi energi mekanis menjadi energi elektrik melalui media medan magnet. Dengan demikian, medan magnet memiliki peranan yang cukup esensial dalam proses konversi energi elektromekanis.

Untuk membangkitkan medan magnet, secara umum dapat menggunakan magnet permanen atau magnet buatan (elektro-magnet). Magnet permanen memiliki keuntungan dalam hal kepraktisan, sedangkan magnet buatan memiliki keunggulan dalam hal fleksibilitas pengaturan.

Pada bahasan ini, akan dipaparkan beberapa metode pembangkitan medan magnet dalam proses konversi energi elektromekanik, khususnya generator.

Konstruksi Generator Sinkron:

Dalam mesin listrik dinamis, komponennya dapat dibagi dalam dua bagian besar, yaitu stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Karena merupakan mesin listrik, maka pada bagian stator atau bagian rotor terdapat lilitan (winding). Lilitan stator (stator winding) sering disebut sebagai lilitan armatur (armature winding). Sedangkan untuk rotor, terdapat lilitan rotor (rotor winding) atau seringkali disebut sebagai lilitan medan (field winding) atau lilitan eksitasi (excitation winding). Secara sederhana, konstruksinya ditunjukkan dalam gambar 1.

Gambar 1: Simplifikasi Konstruksi Generator Sinkron

Sistem Eksitasi dan AVR:

Selain berfungsi sebagai penghasil media konversi energi, sistem eksitasi bersama AVR (Automatic Voltage Regulator) memiliki peranan yang penting dalam mengontrol tegangan output generator, pengaturan faktor daya, pengaturan daya reaktif, power system stabilizer PSS dan sebagainya.

Dengan semakin tinginya teknologi kontroller pada AVR dan besarnya kapasitas generator, maka desain sistem eksitasi juga semakin berkembang. Pembangkitan medan magnet diusahakan seefektif mungkin sehingga meminimalkan perawatan dan juga memiliki kehandalan yang tinggi. Pada bahasan selanjutnya akan dipaparkan beberapa topologi sistem eksitasi yang umum diterapkan di sistem pembangkit tenaga listrik, baik itu yang menggunakan magnet permanen, magnet buatan atau kombinasi keduanya.

To be continued to part II

Malang, 21 Mar 2015 18:58