Excitation Protection – Part III

Dalam sebuah generator sinkron, medan magnet yang dihasilkan oleh belitan rotor akan menginduksi belitan stator. Jika ditinjau dalam sistem konversi energi elektromekanis, medan magnet yang dihasilkan rotor dapat dipandang sebagai:

1. Media konversi energi.

Medan magnet adalah media konversi energi dari energi mekanis di sisi rotor (dalam bahasan daya, dapat disebut daya poros atau shaft power) yang berasal dari turbin/penggerak mula menjadi energi listrik yang berada di sisi stator. Energi listrik yang berada di stator akan dialirkan ke beban melalui step up transformer, sistem transmisi dan distribusi.

Dalam kondisi ini, segala sesuatu yang terjadi pada sistem penggerak mula (dapat diartikan turbin, atau sistem pendukungnya seperti boiler) akan direpresentasikan oleh kelakuan rotor. Dan karena rotor adalah struktur yang berputar, maka variabel yang umum dipantau adalah kecepatan rotor (speed).

Sedangkan segala sesuatu yang terjadi pada beban (begitu pula dengan saluran transmisi dan distribusi) akan direpresentasikan oleh kelakuan stator. Dikarenakan stator adalah struktur statis, maka variabel yang dipantau adalah arus dan atau tegangan stator serta variabel turunannya (daya aktif, daya reaktif).

Secara sederhana, medan magnet yang dihasilkan rotor ditunjukkan dalam gambar 2.

 

Gambar 2. Representasi Medan Magnet

2. Kopling imajiner antara stator dan rotor

Merujuk pada penjelasan nomor 1 di atas, dikarenakan medan magnet melingkupi stator dan rotor sebuah mesin sinkron, kondisi dinamis yang terjadi di rotor (turbin, boiler dan pendukungnya) akan mempengaruhi variabel performansi di sisi stator. Demikian pula sebaliknya. Dengan demikian, dalam kondisi dinamis, medan magnet dapat dipandang sebagai kopling imajiner (maya) antara rotor dan stator. Semakin besar medan magnet (arus eksitasi), maka semakin kuat pula kopling imajiner tersebut.

Sebagai analogi, kita akan menggunakan gambar 3 yang merepresentasikan V-belt yang terpasang pada kedua pulley. Semakin besar medan magnet sebuah generator sinkron, maka seolah-olah kita menggunakan V-belt yang lebih kaku. Demikian pula sebaliknya.

Gambar 3. Sistem V-Belt

Catatan:  

Medan magnet dan V-belt adalah sebuah analogi saja, jadi tidak sepenuhnya bisa mewakili kondisi yang ada. Jika dalam sistem V-belt, kedua pulley memang berputar. Namun pada generator sinkron, tentu saja secara fisik yang berputar adalah rotor.

Lebih jauh ditinjau dari sisi sirkuit magnet, maka pada generator sinkron, bagian yang berputar adalah:

-       Rotor dan medan rotor

-       Medan stator (berlokasi di stator)

Apabila medan magnet (ekuivalen dengan arus eksitasi) terlalu rendah, dalam sistem V-belt direpresentasikan dengan kondisi V-belt yang kendor (melar). Tentu saja V-belt yang kendor akan memiliki potensi terjadinya slip, yaitu pulley penggerak tidak bisa berputar bersamaan dengan pulley beban.

Kondisi tersebut beranalogi dengan kondisi generator sinkron apabila arus eksitasinya terlalu rendah (under-excitation). Kopling imajiner antara stator dan rotor menjadi sangat lemah, dan hal tersebut membuat operasi generator sinkron menjadi sangat tidak stabil. Akan lebih parah jika generator sinkron kehilangan sistem eksitasi (loss of excitation), yang dalam sistem V-belt dianalogikan dengan putusnya V-belt. Kedua pulley akan bergerak acak.

Demikian pengantar untuk kondisi under-excitation protection. Pada bagian selanjutnya akan dibahas logic diagram dan settingnya.

Part 2 | Next

 Paiton, 15 Sep 2021 20:30