#4 Syarat Sinkron Generator Listrik
Dalam sebuah pembangkit tenaga listrik istilah sinkron generator terhadap grid adalah sebuah pekerjaan yang tidak asing lagi dan akan sering dilakukan jika generator di pembangkitan sering start dan stop untuk mensupply listrik. Istilah sinkron disini sebenarnya bisa diartikan bergabungnya sistem tenaga listrik dari sumber listrik diluar jaringan menuju jaringan yang sama. Dalam hal ini jaringan standby yang akan menerima supply listrik dari sumber luar saya namakan dengan istilah grid. Parameter terukur dari grid ini merupakan acuan atau referensi untuk bergabungnya atau sinkronnya suatu pembangkitan / generator dari luar. Apa saja syarat dan kondisi yang harus dipenuhi suatu pembangkit agar bisa sinkron dengan grid? Saya akan mengulas hal tersebut, dimana terdapat #4 syarat sinkron generator listrik.
Syarat pertama dari sinkron generator ke grid adalah urutan phase antara generator dan grid harus sama. Seperti yang kita ketahui pada generator pembangkit menggunakan sistem listrik AC 3 phasa dengan urutan penamaan phase yang standar adalah R - S - T dimana antar phase tersebut mempunya perbedaan sudut tegangan sebesar 120 derajat (deg). R berbeda 120 deg dengan S, S berbeda 120 deg dengan T, begitupun T berbeda 120 deg dengan R dan begitulah seterusnya sehingga urutan phase sering juga dinamakan urutan rotasi phase ( phase rotation ). Sebagai gambaran bisa dilihat pada gambar sinusoidal tegangan dibawah ini :
Pengaturan urutan phase dari sebuah generator harus ditentukan saat perencanaan dan commissioning pertama kali dengan mereferensi pada sistem grid tempat generator nantinya disinkron. Jadi jika langkah ini sudah tepat dilakukan, syarat sinkron poin satu ini selanjutnya seolah-olah diabaikan karena sistem yang sudah terpasang setelah proses commissioning tersebut akan tetap dan sesuai dengan grid, tidak akan berubah urutan phasenya selama tidak ada pekerjaan pemeliharaan yang mengkondisikan sistem jaringan di generator dilepas koneksinya.
Syarat sinkron generator yang kedua adalah besarnya nilai tegangan harus sama dengan grid. Tegangan yang dimaksud disini adalah tegangan dari sistem generator yang berhubungan langsung dengan tegangan di grid. Ada beberapa sistem generator yang dilengkapi dengan GCB ( Generator Circuit Breaker ), pada sistem ini proses sinkron biasanya langsung dilakukan pada GCB tersebut dengan mereferensi nilai tegangan dari grid. Besarnya nilai tegangan di grid akan disesuaikan terlebih dahulu melalui sebuah trafo sehingga memungkinkan antara tegangan generator dan grid bisa sebanding.
Untuk sistem generator lain yang tidak memiliki GCB, Besarnya nilai tegangan generator yang akan disinkron dengan grid harus dikonversikan terlebih dahulu lewat trafo agar bisa menyesuaikan dengan besarnya tegangan grid yang ada. Jika tegangan grid jauh lebih besar dari tegangan generator maka digunakan trafo step up untuk menaikan output tegangan generator tersebut. Sebaliknya jika tegangan grid jauh lebih kecil dari tegangan generator maka digunakan trafo step down untuk menurunkan tegangan generator agar sama dengan grid. Pada umumnya tegangan generator jauh lebih kecil dibanding tegangan grid, jadi kebanyakan sebuah generator pada sistem ini akan terinstalasi satu paket dengan trafo step up. Output dari trafo step up inilah yang jadi referensi besarnya tegangan yang akan dibandingkan dan disinkron dengan grid.
Apa yang terjadi seandainya semua syarat sinkron sudah terpenuhi, kecuali besarnya tegangan masih ada perbedaan dengan grid ? Untuk menjawab pertanyaan ini ada 2 kondisi yang bisa terjadi :
Syarat sinkron generator yang ketiga adalah frequensi yang sama antara generator dengan grid. Frequensi disini maksudnya adalah frequensi dari gelombang sinusoidal yang dihasilkan dari generator ataupun yang terdapat pada grid. Besarnya nilai frequensi yang standar di Indonesia adalah 50 Hz. Nilai frequensi ini adalah representasi dari besarnya nilai putaran generator.
n = 120. F / P ( n = jumlah putaran rpm; F = Frequensi generator; P = Jumlah kutub generator )
Jadi jika jumlah kutub generator adalah 2 buah, maka untuk menghasilkan frequensi yang diinginkan yakni 50 Hz, kita harus mengkondisikan generator berada pada putaran 3000 rpm. ( Silahkan anda hitung sendiri dengan rumus yang sudah saya berikan diatas ). Jadi hubungan frequensi dengan putaran generator adalah berbanding lurus ( nilai kontanta 120 dan nilai jumlah kutub P pada generator yang sudah terpasang tidak mungkin berubah ), sehingga untuk menyesuaikan nilai frequensi sebuah generator terhadap grid cukup melakukan penyesuaian putaran generator dengan referensi frequensi grid.
Gambar diatas adalah gelombang sinusoidal yang menjelaskan tentang besarnya nilai frequensi generator dibawah nilai frequensi dari grid. Gambar diatas juga bisa menjelaskan pada kita bahwa generator pada kondisi tersebut kekurangan putaran rpm nya jika harus menyesuaikan dengan grid. Maka putaran generator harus dinaikkan perlahan sampai frequensi generator sama dengan frequensi grid.
Apa yang terjadi jika pada kondisi gambar diatas yaitu frequensi generator lebih rendah dari pada grid dan kita memaksakan menutup breaker sinkron generator? Pada kondisi tersebut generator yang memiliki frequensi dibawah grid atau kekurangan putaran rpm terhadap grid saat disinkron akan langsung menyesuaikan putarannya sesuai dengan frequensi grid. Pada kondisi ini putaran generator akan bertambah naik dengan bantuan power dari grid. Hal ini akan mengakibatkan reverse power pada generator sehingga akan menjadikan generator berubah fungsi menjadi motor. Pada kondisi ini proteksi reverse power relay harus segera bekerja men tripkan generator. Jika reverse power gagal bekerja maka akan terjadi kerusakan pada sistem pembangkit, untuk lebih jelasnya bisa baca artikel saya tentang reverse power relay.
Begitu pula jika kondisinya terbalik yaitu frequensi generator lebih besar dari frequensi grid. Apa yang akan terjadi pada kondisi ini jika generator dipaksakan sinkron dengan grid ? Pada kondisi tersebut generator yang memiliki frequensi diatas grid atau kelebihan putaran rpm terhadap grid saat disinkron akan langsung menyesuaikan putarannya sesuai dengan frequensi grid. Pada kondisi ini putaran generator akan dikondisikan menurun mengikuti frequensi dari grid. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya tekanan berlebih / over pressure pada prime mover / tenaga penggerak dari generatornya. Jika over pressure ini tidak dapat segera diatasi atau melebihi nilai yang diijinkan maka akan mengakibatkan proteksi prime mover bekerja mentripkan prime mover tersebut sehungga generator kehilangan tenaga penggerak mekaniknya. Jika pada kondisi generator sedang sinkron dengan grid dan generator mengalami kehilangan tenaga penggerak mekaniknya karena prime movernya trip, maka generator akan tetap pada putaran menyesuaikan grid tetapi tenaga penggeraknya berasal dari grid. Hal tersebut menandakan telah terjadi reverse power pada generator sehingga akan menjadikan generator berubah fungsi menjadi motor. Pada kondisi ini proteksi reverse power relay harus segera bekerja men tripkan generator. Jika reverse power gagal bekerja maka akan terjadi kerusakan pada sistem pembangkit.
Gambar diatas menunjukan frequensi generator sudah sama dengan grid, tetapi dari bentuk gelombangnya memiliki perbedaan sudut phase. Pada kondisi ini tetap saja generator tidak boleh diijinkan sinkron dengan grid meskipun frequensinya sudah sama. Akan dijelaskan selanjutnya pada syarat sinkron yang keempat.
Syarat sinkron yang keempat atau yang terakhir adalah generator memiliki sudut phase yang sama dengan grid. Sudut phase ini sebenarnya tidak bisa dilihat dengan mata biasa, tapi harus menggunakan alat khusus contohnya oscilloscope. Tetapi pada perangkat alat sinkron atau dikenal dengan synchronoscope yang dilengkapi dengan display gelombang output dari generator ataupun grid bisa kita amati. Pada synchronoscope versi analog biasanya terdapat alat dilengkapi seperti jarum jam yang bisa berputar dengan putaran searah atau berlawanan arah jarum jam sesuai dengan kondisi sudut phase antara generator dan grid. Pada sudut phase yang sama atau tidak terjadi perbedaan sudut phase antara generator dan grid, alat tersebut akan memperlihatkan posisi jarum jam yang diam tidak berputar.
Gambar diatas menunjukan pada kita syarat sinkron sudah terpenuhi yaitu nilai tegangan sama ( ditunjukan dari tinggi puncak gelombang yang sama ), frequensi sama ( ditunjukan dari lebar puncak dan lembah pada gelombang yang sama ), sudut phase sama ( ditunjukan pada bentuk gelombang dengan posisi sudut naik dan turun yang sama / berhimpit ). Sedangkan syarat poin 1 seperti yang sudah dijelaskan diatas bisa diabaikan dengan asumsi generator tersebut sudah melewati tahap penentuan urutan phasa pada proses commissioning pertama kali. Pada kondisi ini dimana semua syarat sudah terpenuhi, maka proses sinkron akan berjalan lancar tanpa ada resiko kerusakan pada sistem.
Jika pada kondisi semua syarat sudah terpenuhi kecuali sudut phasa masih berbeda, hal ini tidak bisa diijinkan untuk sinkron. Jika pada kondisi ini dipaksakan sinkron akan menyebabkan kerusakan pada generator karena akan terjadi kenaikan arus dan tegangan yang sangat tinggi pada generator. ( analisa teoritis bisa anda cari pada literatur yang lain, he..he.. )
Kesimpulannya, pada proses sinkron generator semua syarat yang sudah dijelaskan diatas harus terpenuhi. Sebenarnya pada peralatan pembangkit jaman sekarang, sudah tersedia alat sinkron yang disebut synchronoscope yang sudah terintegrasi dengan system kontrol generator, sehingga proses sinkron bisa dilakukan dengan lancar dan alat tersebut bisa memastikan semua syarat sinkron diatas terpenuhi sehingga bisa memulai eksekusi proses sinkron secara otomatis. Tetapi dengan membaca artikel ini semoga bisa membantu pemahaman dari prinsip kerja alat sinkron yang ada di pembangkit.
Demikianlah artikel singkat tentang #4 syarat sinkron generator listrik, semoga bermanfaat, jika ada masukan ataupun koreksi silahkan untuk tidak ragu meninggalkan jejak di kolom komentar.
Wassalam.
referensi pustaka : http://electrical-engineering-portal.com/preparing-to-synchronize-a-generator-to-the-grid
 |
| Persiapan sinkron generator ke grid |
#1. Urutan Phase (Phase Sequence)
Syarat pertama dari sinkron generator ke grid adalah urutan phase antara generator dan grid harus sama. Seperti yang kita ketahui pada generator pembangkit menggunakan sistem listrik AC 3 phasa dengan urutan penamaan phase yang standar adalah R - S - T dimana antar phase tersebut mempunya perbedaan sudut tegangan sebesar 120 derajat (deg). R berbeda 120 deg dengan S, S berbeda 120 deg dengan T, begitupun T berbeda 120 deg dengan R dan begitulah seterusnya sehingga urutan phase sering juga dinamakan urutan rotasi phase ( phase rotation ). Sebagai gambaran bisa dilihat pada gambar sinusoidal tegangan dibawah ini :
 |
| Urutan rotasi sistem listrik 3 phase |
Pengaturan urutan phase dari sebuah generator harus ditentukan saat perencanaan dan commissioning pertama kali dengan mereferensi pada sistem grid tempat generator nantinya disinkron. Jadi jika langkah ini sudah tepat dilakukan, syarat sinkron poin satu ini selanjutnya seolah-olah diabaikan karena sistem yang sudah terpasang setelah proses commissioning tersebut akan tetap dan sesuai dengan grid, tidak akan berubah urutan phasenya selama tidak ada pekerjaan pemeliharaan yang mengkondisikan sistem jaringan di generator dilepas koneksinya.
#2. Tegangan (Voltage Magnitude)
Syarat sinkron generator yang kedua adalah besarnya nilai tegangan harus sama dengan grid. Tegangan yang dimaksud disini adalah tegangan dari sistem generator yang berhubungan langsung dengan tegangan di grid. Ada beberapa sistem generator yang dilengkapi dengan GCB ( Generator Circuit Breaker ), pada sistem ini proses sinkron biasanya langsung dilakukan pada GCB tersebut dengan mereferensi nilai tegangan dari grid. Besarnya nilai tegangan di grid akan disesuaikan terlebih dahulu melalui sebuah trafo sehingga memungkinkan antara tegangan generator dan grid bisa sebanding.
Untuk sistem generator lain yang tidak memiliki GCB, Besarnya nilai tegangan generator yang akan disinkron dengan grid harus dikonversikan terlebih dahulu lewat trafo agar bisa menyesuaikan dengan besarnya tegangan grid yang ada. Jika tegangan grid jauh lebih besar dari tegangan generator maka digunakan trafo step up untuk menaikan output tegangan generator tersebut. Sebaliknya jika tegangan grid jauh lebih kecil dari tegangan generator maka digunakan trafo step down untuk menurunkan tegangan generator agar sama dengan grid. Pada umumnya tegangan generator jauh lebih kecil dibanding tegangan grid, jadi kebanyakan sebuah generator pada sistem ini akan terinstalasi satu paket dengan trafo step up. Output dari trafo step up inilah yang jadi referensi besarnya tegangan yang akan dibandingkan dan disinkron dengan grid.
Apa yang terjadi seandainya semua syarat sinkron sudah terpenuhi, kecuali besarnya tegangan masih ada perbedaan dengan grid ? Untuk menjawab pertanyaan ini ada 2 kondisi yang bisa terjadi :
a. Tegangan Generator lebih besar dari tegangan Grid
Pada kondisi ini maka Generator akan langsung menyesuaikan tegangan outputnya menjadi sama dengan grid ( asumsi grid adalah sistem kelistrikan dengan konfigurasi pembangkitan yang lebih besar dibandingkan generator yang akan disinkron ) sehingga akan berpotensi naiknya supply MVAR dari generator menuju grid karena generator mengalami kelebihan eksitasi ( over excitation ). Pada kondisi ini jika tidak segera diatasi baik oleh sistem ataupun perlakuan sigap dari operator sehingga nilai eksitasi generator sampai melebihi dari yang diijinkan maka generator akan trip karena over excitation relay sebagai proteksi generator bekerja sehingga proses sinkron harus diulang kembali dengan memastikan semua syarat sinkron harus terpenuhi.a. Tegangan Generator lebih kecil dari tegangan Grid
Pada kondisi ini sebaliknya dari poin a diatas, maka Generator akan tetap langsung menyesuaikan tegangan outputnya menjadi sama dengan grid ( asumsi grid adalah sistem kelistrikan dengan konfigurasi pembangkitan yang lebih besar dibandingkan generator yang akan disinkron ) sehingga akan berpotensi turunnya supply MVAR dari generator menuju grid atau bahkan kondisi generator bisa menjadi menerima MVAR dari grid dikarenakan generator pada kondisi ini mengalami kekurangan eksitasi ( under excitation ). Pada kondisi ini jika tidak segera diatasi baik oleh sistem ataupun perlakuan sigap dari operator sehingga nilai eksitasi generator sangat kecil atau dibawah dari yang diijinkan maka generator akan trip karena under excitation relay sebagai proteksi generator bekerja sehingga proses sinkron harus diulang kembali dengan memastikan semua syarat sinkron harus terpenuhi.#3. Frequensi (Frequency)
Syarat sinkron generator yang ketiga adalah frequensi yang sama antara generator dengan grid. Frequensi disini maksudnya adalah frequensi dari gelombang sinusoidal yang dihasilkan dari generator ataupun yang terdapat pada grid. Besarnya nilai frequensi yang standar di Indonesia adalah 50 Hz. Nilai frequensi ini adalah representasi dari besarnya nilai putaran generator.
n = 120. F / P ( n = jumlah putaran rpm; F = Frequensi generator; P = Jumlah kutub generator )
Jadi jika jumlah kutub generator adalah 2 buah, maka untuk menghasilkan frequensi yang diinginkan yakni 50 Hz, kita harus mengkondisikan generator berada pada putaran 3000 rpm. ( Silahkan anda hitung sendiri dengan rumus yang sudah saya berikan diatas ). Jadi hubungan frequensi dengan putaran generator adalah berbanding lurus ( nilai kontanta 120 dan nilai jumlah kutub P pada generator yang sudah terpasang tidak mungkin berubah ), sehingga untuk menyesuaikan nilai frequensi sebuah generator terhadap grid cukup melakukan penyesuaian putaran generator dengan referensi frequensi grid.
 |
| Frequensi generator lebih kecil dari grid |
Gambar diatas adalah gelombang sinusoidal yang menjelaskan tentang besarnya nilai frequensi generator dibawah nilai frequensi dari grid. Gambar diatas juga bisa menjelaskan pada kita bahwa generator pada kondisi tersebut kekurangan putaran rpm nya jika harus menyesuaikan dengan grid. Maka putaran generator harus dinaikkan perlahan sampai frequensi generator sama dengan frequensi grid.
Apa yang terjadi jika pada kondisi gambar diatas yaitu frequensi generator lebih rendah dari pada grid dan kita memaksakan menutup breaker sinkron generator? Pada kondisi tersebut generator yang memiliki frequensi dibawah grid atau kekurangan putaran rpm terhadap grid saat disinkron akan langsung menyesuaikan putarannya sesuai dengan frequensi grid. Pada kondisi ini putaran generator akan bertambah naik dengan bantuan power dari grid. Hal ini akan mengakibatkan reverse power pada generator sehingga akan menjadikan generator berubah fungsi menjadi motor. Pada kondisi ini proteksi reverse power relay harus segera bekerja men tripkan generator. Jika reverse power gagal bekerja maka akan terjadi kerusakan pada sistem pembangkit, untuk lebih jelasnya bisa baca artikel saya tentang reverse power relay.
Begitu pula jika kondisinya terbalik yaitu frequensi generator lebih besar dari frequensi grid. Apa yang akan terjadi pada kondisi ini jika generator dipaksakan sinkron dengan grid ? Pada kondisi tersebut generator yang memiliki frequensi diatas grid atau kelebihan putaran rpm terhadap grid saat disinkron akan langsung menyesuaikan putarannya sesuai dengan frequensi grid. Pada kondisi ini putaran generator akan dikondisikan menurun mengikuti frequensi dari grid. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya tekanan berlebih / over pressure pada prime mover / tenaga penggerak dari generatornya. Jika over pressure ini tidak dapat segera diatasi atau melebihi nilai yang diijinkan maka akan mengakibatkan proteksi prime mover bekerja mentripkan prime mover tersebut sehungga generator kehilangan tenaga penggerak mekaniknya. Jika pada kondisi generator sedang sinkron dengan grid dan generator mengalami kehilangan tenaga penggerak mekaniknya karena prime movernya trip, maka generator akan tetap pada putaran menyesuaikan grid tetapi tenaga penggeraknya berasal dari grid. Hal tersebut menandakan telah terjadi reverse power pada generator sehingga akan menjadikan generator berubah fungsi menjadi motor. Pada kondisi ini proteksi reverse power relay harus segera bekerja men tripkan generator. Jika reverse power gagal bekerja maka akan terjadi kerusakan pada sistem pembangkit.
 |
| Frequensi generator sama dengan grid beda sudut phase |
Gambar diatas menunjukan frequensi generator sudah sama dengan grid, tetapi dari bentuk gelombangnya memiliki perbedaan sudut phase. Pada kondisi ini tetap saja generator tidak boleh diijinkan sinkron dengan grid meskipun frequensinya sudah sama. Akan dijelaskan selanjutnya pada syarat sinkron yang keempat.
#4. Sudut Phase (Phase Angle)
Syarat sinkron yang keempat atau yang terakhir adalah generator memiliki sudut phase yang sama dengan grid. Sudut phase ini sebenarnya tidak bisa dilihat dengan mata biasa, tapi harus menggunakan alat khusus contohnya oscilloscope. Tetapi pada perangkat alat sinkron atau dikenal dengan synchronoscope yang dilengkapi dengan display gelombang output dari generator ataupun grid bisa kita amati. Pada synchronoscope versi analog biasanya terdapat alat dilengkapi seperti jarum jam yang bisa berputar dengan putaran searah atau berlawanan arah jarum jam sesuai dengan kondisi sudut phase antara generator dan grid. Pada sudut phase yang sama atau tidak terjadi perbedaan sudut phase antara generator dan grid, alat tersebut akan memperlihatkan posisi jarum jam yang diam tidak berputar.
 |
| frequensi, tegangan dan sudut phasa generator sama dengan grid |
Gambar diatas menunjukan pada kita syarat sinkron sudah terpenuhi yaitu nilai tegangan sama ( ditunjukan dari tinggi puncak gelombang yang sama ), frequensi sama ( ditunjukan dari lebar puncak dan lembah pada gelombang yang sama ), sudut phase sama ( ditunjukan pada bentuk gelombang dengan posisi sudut naik dan turun yang sama / berhimpit ). Sedangkan syarat poin 1 seperti yang sudah dijelaskan diatas bisa diabaikan dengan asumsi generator tersebut sudah melewati tahap penentuan urutan phasa pada proses commissioning pertama kali. Pada kondisi ini dimana semua syarat sudah terpenuhi, maka proses sinkron akan berjalan lancar tanpa ada resiko kerusakan pada sistem.
Jika pada kondisi semua syarat sudah terpenuhi kecuali sudut phasa masih berbeda, hal ini tidak bisa diijinkan untuk sinkron. Jika pada kondisi ini dipaksakan sinkron akan menyebabkan kerusakan pada generator karena akan terjadi kenaikan arus dan tegangan yang sangat tinggi pada generator. ( analisa teoritis bisa anda cari pada literatur yang lain, he..he.. )
Kesimpulannya, pada proses sinkron generator semua syarat yang sudah dijelaskan diatas harus terpenuhi. Sebenarnya pada peralatan pembangkit jaman sekarang, sudah tersedia alat sinkron yang disebut synchronoscope yang sudah terintegrasi dengan system kontrol generator, sehingga proses sinkron bisa dilakukan dengan lancar dan alat tersebut bisa memastikan semua syarat sinkron diatas terpenuhi sehingga bisa memulai eksekusi proses sinkron secara otomatis. Tetapi dengan membaca artikel ini semoga bisa membantu pemahaman dari prinsip kerja alat sinkron yang ada di pembangkit.
Demikianlah artikel singkat tentang #4 syarat sinkron generator listrik, semoga bermanfaat, jika ada masukan ataupun koreksi silahkan untuk tidak ragu meninggalkan jejak di kolom komentar.
Wassalam.
referensi pustaka : http://electrical-engineering-portal.com/preparing-to-synchronize-a-generator-to-the-grid
Dalam hal sinkronisasi genset perlu ditambahkan juga pengetahuan tentang droop speed dan droop volt , kdua hal tersebut berperan penting dalam seniah sinkronisasi. Kalau diabaikan bisa mengakibatkan gangguan Reverse power dan loss of excitasi..
BalasHapusTerimakasih masukannya Pak Achmad Solichin, semoga bermanfaat.
Hapusdalam implementasi nya yg di maksud dari 4 syarat tersebut bagaimana cara menguji nya atau membuktikan nya
BalasHapus