Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part VIII

Sebagaimana telah dibahas dalam chapter 1, untuk menjalankan fungsi-fungsinya, maka AVR memiliki beberapa modul yang melakukan serangkaian aksi kontrol. Kompleksnya tugas sebuah AVR dapat diringkas menjadi satu buah tujuan yaitu menghasilkan firing pulse untuk mengatur arus eksitasi. Secara sederhana, metode operasional sebuah AVR akan dijelaskan dalam chapter  ini.

Metode Operasional AVR

Simplifikasi dari sebuah metode opersional AVR ditunjukkan oleh gambar 18. Serangkaia input analog dan digital diolah oleh modul-modul di dalam AVR untuk mengasilkan sebuah sinyal kontrol yang akan digunakan untuk menentukan arus eksitasi, disebut Firing Pulse. Measuring Action  pada gambar 18 ditunjukkan oleh blok-lok berwarna merah. Sedangkan blok-blok berwarna biru menunjukkan Limitation Action. Untuk memahami pembentukan firing pulse, maka beberapa terminologi dalam mode operasional berikut harus dikenali.

 

Gambar 18. Diagram Metode Operasional AVR

- Local VS Remote:

Adalah terminologi yang digunakan untuk menunjukkan dari mana AVR mendapat perintah. Digunaka terminologi local apabila penentuan setpoint dilakukan di panel lokal dengan menggunakan mimic atau HMI (human machine interface). Sedangkan terminologi remote digunakan apabila pembentukan setpoint dilkukan dari jarak jauh (misal dari control room) sehingga membentukan perangkat komunikasi. Berikut terminologi-terminologi yang memiliki arti sepadan:

Local          = Local ON              = Remote OFF

Remote       = Remote ON          = Local OFF

- Manual VS Automatic (Auto):

Manual adalah terminologi yang digunakan pada sistem AVR untuk menunjukkan bahwa nilai arus eksitasi diset secara langsung, baik itu secara local maupun remote sehingga akan dikenal Manual-Local dan Manual-Remote. Dalam mode manual, setpoint-nya adalah arus eksitasi dan yang perlu diperhatikan bahwa fungsi limiter yang bekerja hanya Field/Excitation Current Limiter. Dengan demikian, batasan-batasan lain harus diperhatikan agar tidak melebihi nilai yang diizinkan. Oleh karena itu, mode manual jarang sekali diterapkan; kecuali untuk keperluan commissioning. Pada gambar 18, kinerja manual mode ditunjukkan oleh blok dan jalur berwarna ungu.

Mode automatic (Auto) adalah mode yang paling populer karena semua limitasi akan bekerja otomatis sehinggan dipandang aman dan reliable. Nilai setpoint dapat diberikan secara local  maupun remote, sehingga dikenal pula istilah AUTO-Local dan AUTO-Remote. Setpoint pada metode ini dapat berupa tegangan (U), daya reaktif (Q), atau power factor (pf). Dengan demikian, pada mode AUTO, dikenal 3 buah metode operasi yaitu:

-Voltage Controller (V Controller)    

- Reactive Power Controller (Q Controller)

-Power Factor Controller (PF Controller)

Ketiga motede operasional ini sangatlah populer. Pembahasannya akan dilakukan di chapter 9.

Malang, 10 Oct 2015 12.21

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part VII

Setelah memahami arsitekur sebuah AVR, maka pemahaman terhadap aksi yang dilakukan oleh sebuah AVR adalah menjadi cukup penting. Tidak semua AVR akan bekerja berdasarkan penjelasan di bawah, namun kebanyakan akan memiliki alur dan topologi yang hampir sama.

Control Action pada Sistem AVR

4 bagian AVR yang telah disebutkan dalam bagian sebelumnya, bekerja secara sinkron untuk menghasilkan kinerja AVR sesuai dengan desain. Malfungsi pada satu bagian akan mempengaruhi performansi dari keseluruhan struktur. Bagian-bagian tersebut melakukan serangkaian aksi berdasarkan program yang didesain. Berikut adalah aksi-aksi yang dilakukan oleh AVR:

Measuring action (aksi pengukuran)

Adalah aksi yang dilakukan oleh sistem instrumentasi, yang selanjutnya akan digunakan oleh AVR untuk melakukan aksi selanjutnya. CT (current transformer), PT (potential transformer), insulation monitoring, DC current monitoring dan sebagainya adalah contoh-contoh peralatan yang melakukan aksi control. Namun, bagian yang cukup krusial adalah CT dan PT; dimana keduanya digunakan untuk mengatur arus (I) dan tegangan (U) pada terminal stator generator utama. Dari kedua besaran tersebut, setelah melalui beberapa filter, maka akan didapatkan beberapa besaran turunan sebagai berikut:

-    Daya aktif (P)

-    Daya reaktif (Q)

-    Daya kompleks (S)

-    Frekuensi (f)

-    Arus aktif (I_g)

-    Arus reaktif (I_b)

-    Power factor / PF (cosφ)

Dari pengukuran DC, didapatkan 2 besaran:

-    Tegangan eksitasi (U_f)

-    Arus eksitasi (I_f)

Limitation action (aksi limitasi)

Ada beberapa besaran yang dibatasi oleh AVR agar sistem tetap bekerja pada daerah yang aman. Untuk memenuhi keperluan tersebut, beberapa modul limitasi harus diaplikan, antara lain:

1.   Overexcitation Limiter

Beberapa referensi menyebut limitasi ini dengan nama Excitation Current Limiter  karena modul ini berfungsi untuk menjaga arus eksitasi DC (I_f) agar tidak melebihi nilai desainnya sehingga akan menyebabkan exciter  menjadi overload.  Selain itu, malfungsi pada modul ini juga akan menyebabkan gangguan di generator utama, yaitu tegangan stator yang terlalu tinggi (pada kondisi no-load) atau nilai daya reaktif Q yang terlalu besar. 

Gambar 15. Karakteristik Respon Overexcitation Limiter

Pada umumnya, threshod value limiter ini adalah 105% dengan respon inverse time characteristic sebagimana ditunjukkan dalam gambar 15. Jika delay time terpenuhi, maka nilai arus eksitasi I_f akan diturunkan di bawah 105%.

Untuk meningkatkan performansi dari AVR (ketika tegangan grid mengalami breakdown), biasanya AVR memiliki kemampuan untuk melakukan field forcing, yaitu AVR melakukan suplai eksitasi maksimum dalam waktu singkat. Nilai yang umum digunakan adalah 150% selama 10s. Nilai tegangan dan arus eksitasi sebesar 150% dari nilai nomilanya dikenal dengan ceiling voltage atau ceiling current.

Pada kurva kapabilitas, limitasi ini bekerja di kuadran satu bagian atas sebagimana gambar 16.

Gambar 16. Area Kerja beberapa Limiter dalam Capability Curve

2.   Underexcitation Limiter

Apabila eksitasi terlalu rendah, maka generator akan beroperasi di kuadaran 4 dan akan terlalu negatif. Apabila melebihi nilai seting, maka generator akan mengalami trip yang disebabkan oleh Underexcitation protection. Dengan demikian, limiter ini bertugas agar generator tetap bekerja di area yang diinginkan atau mengembalikan titik operasi. Pada gambar 16, daerah kerja limiter ini ditunjukkan oleh daerah kuadran 4.

3.   Stator current limiter

Limiter ini bertanggung jawab untuk memonitor arus generator utama (I) agar stator tidak mengalami overload. Pada gambar 16, kinerja limiter ini ditunjukkan oleh capability curve line antara kuadran 1 dan 4.

4.   Overflux Limiter (U/f Limiter)

Pada sebuah pembangkit, generator biasanya terhubung ke sebuah trafo GT (generator transformer). Trafo adalah peralatan listrik yang sensitif dengan perubahan flux magnet karena akan mempengaruhi rugi inti besi. Untuk menjaga nilai flux yang konstan, maka AVR dilengkapi dengan U/f limiter yang berfungi untuk menjaga flux (sebanding dengan U/f) agar berada di bawah nilai maksimum. Apabila  nilai U/f di atas batas maksimum, maka AVR akan mengatur besarnya tegangan agar nilai U/f di bawah nilai maximum. Namun, besarnya range U adalah terbatas, untuk kebutuhan praktis biasanya digunakan 90-110%. Contoh karakteristik U/f limiter ditunjukkan pada gambar 17.

 

Gambar 17. Karakteristik Respon U/f Limiter

 Aksi-aksi yang dilakukan AVR akan dibahas pada bahasan selanjutnya.

Malang, 27 September 2015 13:02

Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part VI

Pada bagian sebelumnya elah disinggung mngenai AVR (automatic voltage regulator) atau controlled static rectifier. AVR merupakan komponen dari sistem eksitasi, dimana tugasnya adalah sebagai excitation controller. Jadi, sistem ini berperan sebagai ‘otak’ dari sebuah sistem eksitasi, melakukan aksi kontrol, limitasi, monitoring, komunikasi dengan controller utama dan lain sebagainya. Dengan peranan yang cukup kompleks, maka pada bahasan ini akan diulas mengenai serba-serbi dari sebuah AVR, khususnya untuk brushless exciter.

Arsitektur Sistem AVR

Dengan semakin besarkan kapasitas sebuah pembangkit, maka kaasitas dari sebuah AVR juga harus dapat mengimbangi kondisi di atas. Hal ini tidak hanya dalam permasalahan kapasitas daya, namun keandalan dari AVR juga harus ditngkatkan. Salah satu hal yang dapat meningkatkan keandalan sebuah AVR adalah redundancy system. Redundancy system mensyaratkan bahwa sebuah AVR memiliki setidaknya lebih dari satu buah channel. Apabila terjadi kerusakan pada satu channel, maka channel yang lain akan langsung mengambil alih proses kontrol tanpa adanya dip (bumpless). Sistem kontrol AVR dengan menerapkan Redundancy System dapat dilihat pada gambar 14 berikut.

Gambar 14. Arsitektur Sistem AVR Double Channel

Karena komponen yang cukup variatif, untuk memudahkan pembahasan, maka komponen AVR dapat dibagi menjadi 4 bagian besar, yaitu:

1.   Power section

Bagian ini bertanggung jawab pada jalur incoming dan outgoing daya listrik dari brushless exciter  dan auxiliary power supply menuju main exciter winding. Pada gambar 14, sub bagian ini terdiri atas:

a.     Incoming dari pilot exciter: breaker –Q1 dan kadang kala dilengkapi isolation transformer

b.     Incoming dari auxiliary power supply: breaker Q51/52 dan isolation transformer

c.     Rectifier

d.     Outgoing ke main exciter: -Q12/22 dan overvoltage protection

2.   Instrumentation Section

Bagian ini bertanggung jawab pada beberapa jenis pengukuran, baik itu masukan AVR maupun keluaran, diantaranya:

a.     Insulation resistance measurement  pada pilot dan main exciter

Bagian ini memonitor kondisi isolasi lilitan terhadap ground

b.     Incoming voltage measurement

Bagian ini memonitor profil tegangan masukan AVR; data yang didapat akan dikirimkan ke main controller untuk menentukan besarnya firing angle ke rectifier

c.     Outgoing measurement

Bagian ini bertanggung jawab melakukan pengukuran tegangan dan arus (searah) yang disuplai oleh AVR ke main exciter. Karena merupakan arus searah (DC), biasanya metode pengukurannya menggunakan shunt resistance.

d.     Main generator output measurement

Bagian ini bertanggung jawab melakukan pengukuran tegangan dan arus keluaran dari sebuah generator melalui CT dan PT. Dari pengukuran kedua besaran tersebut, maka akan didapatkan beberapa besaran tambahan seperti daya aktif, daya reaktif, power factor, frekuensi, dan lain sebagainya. Hasil pengukuran ini digunakan sebagai feed-back ke main controller untuk melakukan aksi kontrol dan limitasi.

3.   Control section

Bagian ini melakukan proses kalkulasi, kontrol, limitasi, dan sending-receiving data ke bagian lain. Bagian ini mengakuisisi pengukuran yang dilakukan oleh section 2, untuk selanjutnya digunakan untuk mengontrol section 1 dalam bentuk firing angle ke rectifier dan ON/OFF breaker

4.   Communication section

Dalam sebuah sistem pembangkit, AVR yang rumit adalah satu bagian kecil dari sistem yang sangat besar. Untuk keperluan otomasi, maka AVR harus dapat melakukan komunikasi baik itu berupa sinyal analog maupun digital. Model komunikasi yang digunakan sangatlah bervarasi, baik itu menggunakan serial, ethernet atau model komunikasi yang lain. Dengan adanya modul komunikasi ini, maka AVR dapat dioperasikan dari jarak jauh (control room), misalkan menentukan set-point atau besaran yang lain.

to be continued....

Malang, 6 Sep 2015 08:41