Alat Pembagi Beban Generator

Pendahuluan

Listrik seperti kita ketahui adalah bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, di mana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi,  potensial air dan energi angin. 

Sistem pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin generator tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin turbin, mesin diesel atau mesin baling-baling. Dalam pengoperasian pembangkit listrik dengan generator, karena faktor keandalan dan fluktuasi   jumlah beban, maka disediakan dua atau lebih generator yang dioperasikan dengan tugas terus-menerus, cadangan dan bergiliran untuk generator-generator tersebut. 

Penyediaan generator tunggal untuk pengoperasian terus menerus adalah suatu hal yang riskan, kecuali bila bergilir dengan sumber PLN atau peralatan UPS. 

Untuk memenuhi peningkatan beban listrik maka generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar generator atau paralel generator dengan sumber pasokan lain yang lebih besar misalnya dari PLN.

 

Sehingga diperlukan pula alat pembagi beban listrik  untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator  yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya. 

Operasi Generator Secara Paralel 

Pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator, kemudian secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan generator tersebut, selanjutnya menghidupkan lagi generator berikutnya dan memparalelkan dengan generator pertama untuk memikul  beban yang lebih besar lagi. Saat generator kedua  diparalelkan dengan generator pertama yang sudah memikul beban diharapkan terjadinya pembagian beban yang semula  ditanggung generator pertama, sehingga terjadi kerjasama yang meringankan sebelum beban-beban selanjutnya dimasukkan. 

Seberapa besar pembagian beban yang ditanggung oleh masing-masing generator yang bekerja paralel akan tergantung jumlah masukan bahan bakar dan udara untuk pembakaran mesin diesel, bila mesin penggerak utamanya  diesel atau bila mesin-mesin penggeraknya lain maka tergantung dari jumlah (debit) air ke turbin air, jumlah (entalpi) uap/gas ke turbin uap/gas atau debit aliran udara ke mesin baling-baling. 

Jumlah  masukan bahan bakar/ udara, uap air/ gas atau aliran udara ini diatur oleh peralatan atau katup yang digerakkan governor yang menerima sinyal dari perubahan frekuensi listrik yang stabil pada 50Hz, 

yang ekivalen dengan perubahan putaran (rpm) mesin penggerak utama generator listrik. Bila beban listrik naik maka frekuensi akan turun, sehingga governor harus memperbesar masukan ( bahan bakar/udara, air, uap/gas atau aliran udara) ke mesin penggerak utama  untuk menaikkan  frekuensinya sampai dengan frekuensi listrik kembali  ke normalnya. Sebaliknya bila beban turun, governor  mesin-mesin pembangkit harus mengurangi masukan bahan bakar/udara, air, uap air/gas atau aliran udara ke mesin-mesin penggerak sehingga putarannya turun sampai  putaran normalnya atau frekuensinya kembali normal pada  50 Hz.  Bila tidak ada governor maka mesin-mesin penggerak utama generator akan mengalami overspeed bila beban turun  mendadak atau  akan mengalami overload  bila beban listrik naik. 

Prinsip Alat Pembagi Beban Generator 

Pengaturan putaran turbin sejak turbin mulai bergerak sampai steady state dilakukan oleh governor, jadi bukan diambil alih oleh governor. Fungsi utama pengaturan putaran ini adalah untuk menjaga kestabilan sistem secara keseluruhan terhadap adanya variasi beban atau gangguan pada sistem.

Ada dua mode operasi governor, yaitu droop dan isochronous. Pada mode droop, governor sudah memiliki "setting point" Pmech (daya mekanik) yang besarnya sesuai dengan rating generator atau menurut kebutuhan. Dengan adanya "fixed setting" ini, output daya listrik generator nilainya tetap dan adanya perubahan beban tidak akan mengakibatkan perubahan putaran turbin (daya berbanding lurus dengan putaran).

Lain halnya dengan mode isochronous, "set point" putaran governor ditentukan berdasarkan kebutuhan daya listrik sistem pada saat itu (real time). Kemudian melalui internal proses di dalam governor (sesuai dengan kontrol logic dari manufaktur), governor akan menyesuaikan nilai output daya mekanik turbin supaya sesuai dengan daya listrik yang dibutuhkan sistem. Pada saat terjadi perubahan beban, governor akan menentukan setting point yang baru sesuai dengan aktual beban sehingga dengan pengaturan putaran ini diharapkan frekuensi listrik generator tetap berada di dalam "acceptable range" dan generator tidak mengalami "out of synchronization".

Seperti halnya peralatan listrik yang lain, governor juga memiliki keterbatasan kemampuan. Parameter- parameter governor, seperti daya mekanik, gas producer, speed droop, dll... umumnya memiliki nilai batas atas dan batas bawah sesuai spesifikasi dari pabrik.

Untuk memahami kinerja governor secara lebih komplit, bisa dilihat di IEEE standard "Dynamic Models for Steam and Hydro Turbines in Power System Studies" dan "Dynamic Models for Fossil Fueled Steam Units in Power System Studies". Governor block diagram beserta parameternya untuk berbagai jenis turbin (gas turbin, steam, diesel, etc.) tersedia di sana. 

Governor  beroperasi pada mesin penggerak sehingga  generator menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur  dari 0 % sampai dengan 100% kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0 % sampai dengan 100 % sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100 % pada tegangan dan frekuensi yang konstan. 

Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan sinyal masukan dari keluaran arus generator berupa elektris, sehingga masukan ini perlu diubah ke mekanis dengan menggunakan elektric actuator untuk menggerakkan  motor listrik yang menghasilkan gerakan mekanis yang diperlukan oleh governor. 

Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya disamakan tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban listrik tidak akan dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran  tegangan dan frekuensinya selama beban masih dibawah  kapasitas total paralelnya, sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak digunakan sebagai sumber sinyal bagi governor. 

Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator sebagai sumber sinyal pembagian beban sistem paralel generator-generator tersebut. 

Saat diparalelkan pembagian beban generator belum seimbang/sebanding dengan kemampuan masing-masing  generator. Alat pembagi beban generator dipasangkan  pada masing-masing rangkaian keluaran generator, dan masing-masing alat pembagi beban tersebut dihubungkan  secara paralel satu dengan berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masing-masing  generator dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing generator. 

Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban  akan merupakan  petunjuk  posisi governor berapa % , atau arus yang lewat berapa % dari kemampuan generator.  Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alat-alat pembagi beban dengan jumlah arus kemampuan generator -generator  yang beroperasi paralel dikalikan 100 (%)  merupakan nilai posisi governor yang  harus dicapai  oleh setiap  mesin penggerak utama sehingga menghasilkan  keluaran arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan masing-masing generator. 

Bila ukuran generator sama maka jumlah arus yang dideteksi oleh masing-masing alat pembagi beban dibagi jumlah generator merupakan arus beban yang harus  dihasilkan  oleh generator setelah  governornya diubah oleh electric actuator yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sesaat setelah generator diparalelkan . 

Instalasi Teknis 

Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan komponen-komponen seperti berikut : trafo arus, trafo tegangan (sebagai pencatu daya), electric actuator,  potensiometer pengatur kecepatan  dan saklar-saklar bantu. Lihat diagram pengkabelannya dalam  Gambar 1. 

a. Trafo arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai dengan sebesar arus sinyal yang sesuai  untuk alat pembagi beban generator (biasanya maksimum 5 A  atau = 100 % kemampuan maksimum generator) 

b. Trafo tegangan berfungsi sebagai sumber daya bagi alat pembagi beban, umumnya dengan tegangan 110 V AC, 50 Hz;  dibantu adapter untuk keperluan tegangan DC. 

c. Electric actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sehingga mampu  menggerakkan motor DC di governor sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang diharapkan. 

d. Potensiometer pengatur kecepatan adalah alat utama  untuk mengatur frekuensi dan tegangan saat generator  akan diparalelkan atau dalam proses sinkronisasi. Tegangan  umumnya sudah diatur oleh AVR, sehingga naik turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin penggerak. Setelah generator dioperasikan paralelkan atau sudah sinkron dengan yang telah beroperasi kemudian  menutup Mccb generator, fungsi potensiometer pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban generator. Untuk lebih akuratnya pengaturan kecepatan dalam proses sinkronisasi secara manual, biasanya terdapat potensiometer pengatur halus dan potensiometer pengatur kasar.  

e. Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh SPM (modul pemaralel generator) dengan mengatur tegangan dan frekuensi keluaran dari generator, kemudian mencocokan dengan tegangan dan frekuensi  sistem yang sudah bekerja secara otomatis, setelah cocok  memberikan sinyal penutupan ke Mccb generator sehingga bergabung dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat dilihat dalam satu panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa generator  dimana masing-masing panel generator mempunyai saklar sinkron disamping SPM-nya. 

   Dalam Gambar 2  ditunjukkan  penggunaan alat pembagi beban generator dalam  suatu sistem kontrol tenaga generator, kontrol mesin penggerak dan managemen beban.(file power generation control). 

f. Saklar-saklar bantu pada alat pembagi beban generator  berfungsi sebagai alat manual proses pembagian  (pelepasan & pengambilan) beban  oleh suatu generator yang beroperasi dalam sistem paralel.  Misalnya *saklar 1 ditutup untuk meminimumkan  bahan bakar  diesel yang berarti melepaskan beban.* Saklar 3 ditutup untuk menuju pada kecepatan  kelasnya (rated speed) yang berarti pengambilan beban dari generator yang perlu diringankan beban listriknya. 

Setelah generator beroperasi secara paralel,  generator-generator dengan alat pembagi bebannya  selalu merespon secara aktif segala tindakan  penaikan atau  penurunan beban listrik, sehingga masing-masing generator menanggung beban dengan  prosentasi yang sama  diukur dari kemampuan  masing-masing 

Kesimpulan 

• Alat pembagi beban generator merupakan peralatan otomatis yang  menyeragamkan operasi governor dalam menaikkan atau menurunkan  power mesin atau  daya generator sesuai perubahan bebannya, dan sangat diperlukan bila  memiliki lebih dari dua generator dengan karakteristik yang berbeda  yang beroperasi secara paralel. 
• Dengan alat pembagi beban generator, maka setiap generator  mempunyai faktor penggunaan (beban maksimum dibagi kapasitas generator) yang sama dan kecil yang berarti bagus. 
• Perubahan beban akibat pemasukan atau pengeluaran generator dari sistem paralel generator-generator akan  dirasakan sama oleh setiap generator dalam sistem tsb , tanpa overload atau overspeed. 
• Alat pembagi beban generator hanya bisa diterapkan  pada  generator set-engine yang mempunyai governor dan bisa  dikembangkan untuk sistem kontrol yang lebih lanjut  seperti kontrol dengan  distributed control system (DCS). 

Semoga dapat bermanfaat