GAS INSULATED SUBSTATIONS

        Gas Insulated Subtations (GIS) atau Gardu Insulasi Gas merupakan gardu induk tegangan tinggi di mana struktur konduktor utama berada dalam lingkungan yang terisolasi (tertutup) dengan gas dielektrik yang dikenal sebagai SF6, atau gas hexaflourda sebagai media isolasinya. Teknologi Gas Insulated Subtations (GIS) pada awalnya dimulai di Jepang sekitar tahun 1960-an, di mana pada saat itu terdapat kebutuhan mendesak untuk mengembangkan gardu induk dalam lahan yang terbatas. GIS banyak diterapkan pada wilayah perkotaan di mana lahan yang digunakan lebih kecil dari pada gardu induk konvensional.

Gambar 1. Gas Insulated Subtation (GIS)

Kenggulan GIS Dibandingkan dengan Gardu Induk Konvensional

• Luas tempat yang digunakan untuk GIS 1/10 lebih kecil dari pada gardu induk konvensional.
• Teknologi GIS dapat digunakan di daerah dengan cuaca ekstrem karena sistemnya berada di dalam ruangan yang dapat melindungi dari kondisi ekstrem.
• GIS dapat dengan mudah diterapkan dalam infrastruktur kelistrikan fasilitas bangunan industri.

Kelemahan dari Sistem GIS:

• Biaya yang dibutuhkan untuk membangun GIS lebih mahal daripada dengan gardu induk konvensional.
• Pemeliharaan sistem sangat penting untuk mengurangi kontaminasi partikel konduktif.
• Jika terjadi gangguan sistem pada GIS akan memakan waktu yang sangat lama.

Komponen pada GIS:

Circuit Breakers

Gambar 2. Circuit Breakers pada GIS

Pada dasarnya GIS dan gardu induk konvensional menggunakan tipe yang sama untuk dead tank SF6 puffer circuit breaker.

Current Transformator

Gambar 3. Current Transformator

Current transformator atau trafo arus adalah perangkat yang di pasang di gardu induk yang berfungsi untuuk mengubah arus tinggi dari konduktor menjadi nilai yang standar sehingga dapat diukur menggunakan skala tertentu.

Voltage Transformator

Gambar 4. Voltage Transformator

Voltage transformator atau trafo tegangan yang digunakan dalam GIS adalah tipe induktif dengan inti besi. Trafo tegangan biasanya disegel unit dengan isolator penghalang gas.

Interconnecting Bus

Saat menghubungkan modul GIS yang tidak terhubung langsung, bus SF6 yang terdiri dari konduktor dalam dan penutup luar digunakan. Komponen tambahan seperti isolator penopang, kontak listrik geser dan sambungan enklosur bergelang biasanya sama dengan yang digunakan untuk modul GIS. Panjang bagian bus biasanya dibatasi sekitar 6 meter, (dengan rentang yang diizinkan antara kontak konduktor dan isolator pendukung.) Ada desain bus khusus yang memiliki panjang bagian 20 meter yang telah dikembangkan, dan diterapkan pada GIS dan aplikasi tautan transmisi terpisah.

Surge Arrester

Gambar 5. Surge Arrester

Sambungan kabel dan trafo langsung dalam sistem GIS tidak rentan terhadap sambaran petir karena konduktor GIS ditempatkan di dalam selungkup logam sehingga satu-satunya jalur untuk tegangan impuls petir masuk dan menyebabkan kerusakan adalah melalui koneksi GIS ke sistem kelistrikan lainnya. Oleh karena itu, perlindungan pada sambungan busing SF6-ke-udara dan pada trafo adalah area utama yang menjadi perhatian. Jenis elemen arester surja oksida seng sangat cocok untuk perendaman dalam lingkungan SF6. Hal ini didukung oleh silinder isolasi di dalam bagian penutup GIS.

Disconnect and Ground Switch

Connections to The Rest of The Electric Power System

GENERATOR SINKRON

 GENERATOR SINKRON

        Generator sinkron tiga fase merupakan sumber utama dari sebagian besar energi listrik yang kita gunakan. Mesin ini mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan daya yang berkisar hingga 1500 MW. Mesin sinkron ini bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi “Steady State”. Kondisi “Steady State” atau kondisi tunak sendiri adalah kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak berubah dengan berjalannya waktu atau dengan kata lain, konstan. Mesin sinkron dapat digunakan sebagai generator ataupun motor. Saat digunakan sebagai generator, beberapa mesin sinkron sering dioperasikan secara pararel dengan tujuan untuk menambah daya pasokan dari pembangkit yang dibebankan ke masing-masing generator yang dikirimkan ke beban.

1. Genertor Sinkron Komersial

        Generator sinkron komersial dibuat dengan medan magnet dc stasioner atau yang berputar. Generator sinkron medan stasioner memiliki tampilan luar yang sama dengan generator DC. Kutub yang menonjol menciptakan medan dc, yang dipotong oleh dinamo berputar. Angker (komponen pembangkit tenaga dalam mesin listrik) memiliki belitan 3-fase yang terminal-terminalnya terhubung ke tiga cincin-slip yang dipasang pada poros. Satu set sikat, yang digeser pada slip-ring, memungkinkan angker dihubungkan ke beban 3-fase eksternal. Angker digerakkan oleh mesin bensin, atau sumber tenaga penggerak lainnya. Saat berputar, tegangan 3-fase diinduksi, yang nilainya tergantung pada kecepatan rotasi dan arus menarik dc di kutub stasioner. Frekuensi tegangan bergantung pada kecepatan dan jumlah kutub di lapangan. 

    Generator bidang stasioner digunakan jika daya yang dikeluarkan kurang dari 5 kVA. Namun, untuk keluaran yang lebih besar, akan lebih murah, aman, dan praktis jika kita menggunakan medan dc yang berputar. Generator sinkron medan putar memiliki dinamo stasioner yang disebut stator. Belitan stator 3-fase terhubung langsung ke beban, tanpa melalui cincin dan sikat besar yang tidak dapat diandalkan. Stator diam juga memudahkan isolasi belitan karena tidak terkena gaya sentrifugal.

2. Jumlah Kutub

Jumlah kutub pada generator sinkron bergantung pada kecepatan putaran dan frekuensi yang ingin dihasilkan. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecapatn motor ditunjukkan dalam rumus berikut:

3. Fungsi Utama Rotor

Dari sudut pandang kelistrikan, stator generator sinkron identik dengan motor induksi 3 fase. Ini terdiri dari inti berlapis silinder yang berisi satu set slot yang membawa putaran putaran 3-fase (Belitan selalu terhubung dalam wye dan netral terhubung ke ground. Sambungan wye lebih disukai daripada sambungan delta karena:

a. Tegangan per fasa hanya 1 / √3 atau 58% dari tegangan antar saluran. Artinya tegangan tertinggi antara konduktor stator dan inti stator yang diarde hanya 58% dari tegangan saluran. Oleh karena itu, kami dapat mengurangi jumlah isolasi di slot yang, pada gilirannya, memungkinkan kami untuk meningkatkan penampang konduktor. Konduktor yang lebih besar memungkinkan kita untuk meningkatkan arus dan, karenanya, menghasilkan daya mesin.

b. Ketika generator sinkron sedang dibebani, tegangan yang diinduksi di setiap fasa menjadi terdistorsi, dan bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal. Distorsi ini terutama disebabkan oleh tegangan harmonik ketiga yang tidak diinginkan yang frekuensinya tiga kali lipat dari frekuensi dasar. Dengan koneksi wye, harmonik garis-ke-netral yang terdistorsi tidak muncul di antara garis karena mereka secara efektif membatalkan satu sama lain. Akibatnya, tegangan saluran tetap sinusoidal dalam semua kondisi beban. Sayangnya, ketika koneksi delta digunakan, tegangan harmonik tidak membatalkan, tetapi bertambah. Karena delta menutup dengan sendirinya, mereka menghasilkan arus sirkulasi harmonik ketiga, yang meningkatkan kerugian I 2R. Tegangan saluran nominal generator sinkron tergantung pada peringkat kVA-nya. Secara umum, semakin besar peringkat daya, semakin tinggi voltase. Namun, tegangan line-to-line nominal jarang melebihi 25 kV karena insulasi slot yang meningkat memakan ruang yang berharga dengan mengorbankan konduktor tembaga.

4. Fungsi Stator

Generator sinkron dibuat dengan dua jenis rotor: rotor kutub-menonjol dan rotor silinder yang halus. Rotor kutub menonjol biasanya digerakkan oleh turbin hidrolik kecepatan rendah, dan rotor silinder digerakkan oleh turbin uap berkecepatan tinggi. 

a. Rotor kutub yang menonjol. Kebanyakan turbin hidrolik harus berputar dengan kecepatan rendah (antara 50 dan 300 putaran / menit) untuk mendapatkan tenaga maksimum dari air terjun. Karena rotor terhubung langsung ke kincir air, dan karena frekuensi 50 Hz atau 60 Hz diperlukan, sejumlah besar kutub diperlukan pada rotor. Rotor berkecepatan rendah selalu memiliki diameter besar untuk menyediakan ruang yang diperlukan untuk kutub. Kutub menonjol dipasang pada kerangka baja melingkar besar yang dipasang pada poros vertikal berputar. Untuk memastikan pendinginan yang baik, kumparan medan terbuat dari batang tembaga polos, dengan lilitan dihubungkan satu sama lain dengan strip mika. Kumparan dihubungkan secara seri, dengan kutub yang berdekatan memiliki polaritas yang berlawanan. Selain belitan medan DC, kita sering menambahkan belitan sangkar-tupai, yang tertanam di kutub-kutub. Dalam kondisi normal, belitan ini tidak membawa arus apapun karena rotor berputar pada kecepatan sinkron. Namun, ketika beban pada generator berubah secara tiba-tiba, kecepatan rotor mulai berfluktuasi, menghasilkan variasi kecepatan sesaat di atas dan di bawah kecepatan sinkron. Hal ini menyebabkan tegangan pada belitan sangkar-tupai, menyebabkan arus yang besar mengalir di dalamnya. Arus bereaksi dengan medan magnet stator, menghasilkan gaya yang meredam osilasi rotor. Oleh karena itu, belitan kandang tupai kadang-kadang disebut belitan damper. Belitan damper juga cenderung untuk menjaga keseimbangan tegangan 3-fase antar saluran, bahkan ketika arus saluran tidak sama karena kondisi beban yang tidak seimbang.

b. Rotor silinder. Telah diketahui bahwa turbin uap kecepatan tinggi lebih kecil dan lebih efisien daripada turbin kecepatan rendah. Hal yang sama berlaku untuk generator sinkron berkecepatan tinggi. Namun, untuk menghasilkan frekuensi yang diperlukan, kami tidak dapat menggunakan kurang dari 2 kutub, dan ini memperbaiki kecepatan setinggi mungkin. Pada sistem 60 Hz adalah 3600 putaran / menit. Kecepatan rendah berikutnya adalah 1800 putaran / menit, sesuai dengan mesin 4 kutub. akibatnya, generator turbin uap ini memiliki 2 atau 4 kutub. Rotor generator turbin adalah silinder baja padat panjang yang berisi serangkaian slot longitudinal yang digiling dari massa silinder. Kumparan medan konsentris, terjepit dengan kuat ke dalam slot dan dipertahankan oleh cincin ujung berkekuatan tinggi, berfungsi untuk membuat kutub N dan S. Kecepatan putaran yang tinggi menghasilkan sentrifugal yang kuat gaya, yang memberlakukan batas atas diameter rotor. Jika rotor berputar pada 3600 putaran / menit, batas elastis baja mengharuskan pabrikan untuk membatasi diameter hingga maksimum 1,2 m. Di sisi lain, untuk membangun generator berkekuatan 1000 MVA hingga 1500 MVA, volume rotor harus besar. Oleh karena itu, rotor berkekuatan tinggi dan berkecepatan tinggi harus sangat panjang. Eksitasi medan dc dari generator sinkron besar merupakan bagian penting dari desain keseluruhannya. Alasannya adalah bahwa medan harus memastikan tidak hanya tegangan terminal ac yang stabil, tetapi juga harus merespons perubahan beban mendadak untuk menjaga stabilitas sistem. Kecepatan respon adalah salah satu fitur penting dari medan eksitasi. Untuk mencapainya, dua generator dc digunakan: satu exciter utama dan satu exciter pilot. Eksitasi statis yang tidak melibatkan bagian yang berputar sama sekali juga digunakan. Exciter utama menyuplai arus yang menarik ke bidang generator sinkron melalui sikat dan cincin geser. Dalam kondisi normal tegangan exciter berada antara 125 V dan 600 V. Ini diatur secara manual atau otomatis oleh sinyal kontrol yang mengubah Ic arus, yang dihasilkan oleh pilot exciter. Peringkat daya dari exciter utama tergantung pada kapasitas generator sinkron. Biasanya, exciter 25 kW diperlukan untuk menggairahkan alternator 1000 kVA (2,5% dari ratingnya) sedangkan exciter 2500 kW cukup untuk alternator 500 MW (hanya 0,5% dari ratingnya). Dalam kondisi normal, eksitasi divariasikan secara otomatis. Ini menanggapi perubahan beban untuk mempertahankan tegangan saluran ac yang konstan atau untuk mengontrol daya reaktif yang dikirim ke sistem utilitas listrik. Gangguan serius pada sistem dapat menghasilkan penurunan tegangan mendadak di terminal alternator. Penggerak kemudian harus bereaksi sangat cepat untuk menjaga tegangan ac turun. Misalnya, tegangan eksitasi mungkin harus naik hingga dua kali nilai normalnya hanya dalam 300 hingga 400 milidetik. Ini menunjukkan respons yang sangat cepat, mengingat daya eksiter mungkin beberapa ribu kilowatt.

6. Eksitasi tanpa sikat

Karena keausan sikat dan debu karbon, kami terus-menerus harus membersihkan, memperbaiki, dan mengganti sikat, cincin selip, dan komutator pada sistem eksitasi DC konvensional. Untuk mengatasi masalah tersebut, sistem eksitasi tanpa sikat telah dikembangkan. Sistem semacam itu terdiri dari generator medan stasioner 3 fase yang keluaran acnya diperbaiki oleh sekelompok penyearah. Output dc dari penyearah diumpankan langsung ke bidang generator sinkron.

Angker dari exciter ac dan penyearah dipasang pada poros utama dan berputar bersama dengan generator sinkron. Kita dapat melihat bahwa keduanya identik, kecuali bahwa penyearah 3 fasa menggantikan komutator, pegas, dan sikat. Dengan kata lain, komutator (yang sebenarnya merupakan penyearah mekanis) diganti dengan penyearah elektronik. Hasilnya adalah sikat dan slip-ring tidak lagi dibutuhkan. Arus kontrol dc Ic dari exciter pilot mengatur keluaran exciter utama Ix, seperti pada kasus sebuah exciter dc konvensional. Frekuensi pembangkit utama umumnya dua sampai tiga kali frekuensi generator sinkron (60 Hz). Peningkatan frekuensi diperoleh dengan menggunakan lebih banyak kutub pada eksiter dibandingkan pada generator sinkron. menunjukkan bagian berputar dari exciter brushless tipikal. Eksitasi statis yang tidak melibatkan bagian yang berputar sama sekali juga digunakan.

7. Faktor yang mempengaruhi ukuran generator sinkron

Jumlah energi yang luar biasa yang dihasilkan oleh perusahaan utilitas listrik telah membuat mereka sangat sadar akan efisiensi generator mereka. Misalnya, jika efisiensi stasiun pembangkit 1000 MW meningkat hanya 1%, itu mewakili pendapatan tambahan beberapa ribu dolar per hari. Dalam hal ini, ukuran generator sangat penting karena efisiensinya secara otomatis meningkat dengan meningkatnya daya. Misalnya, jika generator sinkron 1 kilowatt kecil memiliki efisiensi 50%, model yang lebih besar tetapi serupa yang memiliki kapasitas 10MWinevitely memiliki efisiensi sekitar 90%. Peningkatan efisiensi dengan ukuran inilah yang menjadi alasan mengapa generator sinkron 1000 MW ke atas memiliki efisiensi hingga 99%. Keuntungan lain dari mesin besar adalah output daya per kilogram meningkat seiring dengan peningkatan daya. Misalnya, jika generator 1 kW memiliki berat 20 kg (menghasilkan 1000 W / 20 kg 50 W / kg), maka 10 MW generator dengan konstruksi serupa akan memiliki berat hanya 20.000 kg, sehingga menghasilkan 500 W / kg. Dari sudut pandang daya, mesin besar memiliki bobot yang relatif lebih kecil daripada mesin kecil; akibatnya, mereka lebih murah. Bagian 24 di akhir bab ini menjelaskan mengapa efisiensi dan output per kilogram meningkat seiring dengan ukuran. Semuanya, oleh karena itu, menyukai mesin besar. Namun, saat ukurannya membesar, kami mengalami masalah pendinginan yang serius. Akibatnya, mesin besar secara inheren menghasilkan rugi daya yang tinggi per satuan luas permukaan (W/m2); akibatnya, mereka cenderung kepanasan. Untuk mencegah kenaikan suhu yang tidak dapat diterima, kita harus merancang sistem pendingin yang efisien yang menjadi semakin rumit dengan meningkatnya daya. Misalnya, sistem sirkulasi udara dingin cukup untuk mendinginkan generator sinkron yang ratingnya di bawah 50 MW, tetapi antara 50 MW dan 300 MW, kita harus menggunakan pendinginan hidrogen. Generator yang sangat besar dalam kisaran 1000 MW harus dilengkapi dengan konduktor berongga dan berpendingin air. Pada akhirnya, suatu titik tercapai di mana peningkatan biaya pendinginan melebihi penghematan yang dilakukan di tempat lain, dan ini menetapkan batas atas ukuran. Singkatnya, evolusi alternator besar terutama ditentukan oleh evolusi teknik pendinginan yang canggih. Terobosan teknologi lainnya, seperti bahan yang lebih baik dan belitan baru, juga memainkan peran utama dalam memodifikasi desain mesin awal.

Berkenaan dengan kecepatan, generator berkecepatan rendah selalu lebih besar daripada mesin berkecepatan tinggi dengan daya yang sama. Ukuran kecepatan lambat menyederhanakan masalah pendinginan; sistem pendingin udara yang baik, dilengkapi dengan penukar panas, biasanya sudah cukup. Misalnya, generator sinkron berkecepatan tinggi 500 MVA, 200 putaran / menit yang dipasang di pembangkit listrik tenaga air biasanya berpendingin udara sedangkan unit berkecepatan tinggi 500 MVA, 1800 putaran / menit yang jauh lebih kecil yang dipasang di pembangkit listrik tenaga uap harus didinginkan dengan hidrogen.

8. Kurva saturasi tanpa beban

Ini digerakkan dengan kecepatan konstan oleh turbin. Kabel dari stator 3-fasa, terhubung-wye dibawa keluar ke terminal A, B, C, N, dan arus menarik variabel Ix menghasilkan fluks di celah udara. Mari kita secara bertahap meningkatkan arus penggerak sambil mengamati tegangan ac Eo antara terminal A, katakanlah, dan N netral. Untuk nilai Ix yang kecil, tegangan meningkat secara proporsional dengan pengangkatanarus. Namun, saat setrika mulai jenuh, tegangan naik jauh lebih sedikit untuk peningkatan Ix yang sama. Jika kita memplot kurva Eo versus Ix, kita mendapatkan kurva saturasi tanpa beban dari generator sinkron. Ini mirip dengan generator DC. Gbr. 13b menunjukkan kurva saturasi tanpa beban aktual dari generator 3-fase 36 MW yang memiliki tegangan nominal 12 kV (saluran ke netral). Hingga sekitar 9 kV, tegangan meningkat sebanding dengan arus, tetapi kemudian setrika mulai jenuh. Jadi, arus menarik 100 Menghasilkan keluaran 12 kV, tetapi jika arus digandakan, tegangan hanya naik menjadi 15 kV. 

9. Rangkaian ekivalen reaktansi sinkron dari generator ac

Pertimbangkan generator sinkron 3 fase yang memiliki terminal A, B, C yang memberi makan beban 3 fase yang seimbang. Generator digerakkan oleh turbin (tidak ditampilkan), dan digerakkan oleh arus dc Ix. Mesin dan bebannya keduanya dihubungkan dalam wye, menghasilkan rangkaian. Meskipun netral N1 dan N2 tidak terhubung, keduanya berada pada potensial yang sama karena beban seimbang. Akibatnya, kita dapat menghubungkannya bersama-sama (seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus pendek) tanpa mempengaruhi perilaku tegangan atau arus dalam rangkaian. Medan membawa arus yang menarik yang menghasilkan fluks. Saat medan berputar, fluks menginduksi di stator tiga tegangan yang sama Eo yang berada 120 ° di luar fase. Setiap fase belitan stator memiliki resistansi R dan induktansi L tertentu.Karena ini adalah mesin arus bolak-balik, induktansi memanifestasikan dirinya sebagai reaktansi Xs, yang diberikan oleh

Reaktansi sinkron generator adalah impedansi internal, seperti resistansi internalnya R. Impedansnya ada, tetapi tidak dapat dilihat atau disentuh. Nilai X biasanya 10 sampai 100 kali lebih besar dari R; akibatnya, kita selalu dapat mengabaikan resistansi, kecuali kita tertarik pada efisiensi atau efek pemanasan. Akibatnya, dua fasa lainnya identik, kecuali tegangan (dan arus) masing-masing berada di luar fasa sebesar 120 °. Oleh karena itu, generator sinkron dapat diwakili oleh rangkaian ekivalen yang terdiri dari tegangan induksi Eo secara seri dengan reaktansi Xs. Dalam rangkaian ini arus eksitasi Ix menghasilkan fluks yang menginduksi tegangan internal Eo. Untuk reaktansi sinkron tertentu, tegangan E pada terminal generator bergantung pada Eo dan beban Z. Perhatikan bahwa Eo dan E adalah tegangan saluran-ke-netral dan I adalah arus saluran.

10. Menentukan Nilai Xs

Kita dapat menentukan nilai Xs tak jenuh dengan tes sirkuit terbuka dan sirkuit pendek berikut. Selama pengujian sirkuit terbuka, generator digerakkan pada kecepatan pengenal dan arus penggerak dinaikkan hingga tegangan saluran-ke-saluran pengenal tercapai. Arus menarik Ixn dan tegangan line-toneutral yang sesuai dicatat. Eksitasi kemudian dikurangi menjadi nol dan tiga terminal stator dihubung pendek bersama. Dengan generator kembali berjalan pada kecepatan terukur, arus yang menarik secara bertahap dinaikkan ke nilai aslinya Ixn. Arus hubung singkat yang dihasilkan Isc dalam belitan stator diukur dan Xs dihitung dengan menggunakan ekspresi tersebut

Reaktansi sinkron tidak konstan, tetapi bervariasi dengan derajat kejenuhan. Ketika setrika sangat jenuh, nilai Xs mungkin hanya setengah dari nilai tak jenuh. Terlepas dari rentang yang luas ini, kami biasanya mengambil nilai tak jenuh untuk X karena menghasilkan akurasi yang cukup dalam banyak kasus yang menarik.

11. Impedansi dasar, per unit Xs

Kami ingat bahwa ketika menggunakan sistem per unit, pertama-tama kami memilih tegangan dasar dan daya dasar. Dalam kasus generator sinkron, kami menggunakan tegangan saluran-ke-netral pengenal sebagai tegangan basis EB dan daya pengenal per fasa sebagai daya basis. Oleh karena itu, impedansi basis ZB diberikan oleh

Impedans dasar digunakan sebagai dasar perbandingan untuk impedans lain yang dimiliki generator. Jadi, reaktansi sinkron dapat diekspresikan sebagai nilai per unit ZB. Secara umum, Xs (pu) terletak di antara 0,8 dan 2, tergantung pada desain mesin.

12.  Rasio hubung singkat

Alih-alih menyatakan reaktansi sinkron sebagai nilai per unit ZB, rasio hubung singkat terkadang digunakan. Ini adalah rasio arus medan Ix1 yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan jangkar sirkuit terbuka pengenal EB ke arus medan Ix2 yang diperlukan untuk menghasilkan arus pengenal IB, pada hubung singkat berkelanjutan. Rasio hubung singkat (Ix1 / Ix2) persis sama dengan kebalikan dari nilai per unit Xs seperti yang didefinisikan dalam Persamaan. 2. Jadi, jika nilai per unit Xs adalah 1.2, rasio hubung singkatnya adalah 1 / 1.2 atau 0.833.

13. Generator sinkron di bawah beban

Perilaku generator sinkron bergantung pada jenis beban yang harus disuplai. Ada banyak jenis muatan, tetapi semuanya dapat dikurangi menjadi dua kategori dasar:

a. Beban terisolasi, disuplai oleh generator tunggal

b. Bus tak terbatas

Kami memulai studi kami dengan beban terisolasi, meninggalkan diskusi tentang bus tak terbatas ke Bagian 1 Pertimbangkan generator 3-fase yang memasok daya ke beban yang memiliki faktor daya tertinggal. Gambar 19 mewakili

sirkuit ekivalen untuk satu fase. Untuk membuat diagram fasor sirkuit ini, kami mencantumkan fakta-fakta berikut:

a. Arus I tertinggal di belakang tegangan terminal E sebesar sudut.

b. Faktor daya kosinus dari beban.

c. Tegangan Ex melintasi reaktansi sinkron menyebabkan arus I sebesar 90°. Ini diberikan oleh ekspresi Ex jIXs.

d. Tegangan Eo yang dihasilkan oleh fluks sama dengan jumlah fasor dari E ditambah Ex.

e. Baik Eo dan Ex adalah tegangan yang ada di dalam belitan generator sinkron dan tidak dapat diukur secara langsung.

     f. Fluks yang dihasilkan oleh dc menarik Ix saat ini.

14. Kurva Regulasi

Ketika sebuah generator sinkron menyalurkan beban variabel, kami tertarik untuk mengetahui bagaimana tegangan terminal E berubah sebagai fungsi dari arus beban I. Hubungan antara E dan I disebut kurva regulasi. Kurva regulasi diplot dengan eksitasi medan tetap dan untuk faktor daya beban tertentu. Mereka diberikan untuk beban yang masing-masing memiliki faktor daya kesatuan, faktor daya 0,9 tertinggal, dan faktor daya terkemuka 0,9. Kurva ini diturunkan dengan menggunakan metode Contoh 4, kecuali bahwa Eo dipertahankan tetap daripada E. Dalam masing-masing dari tiga kasus, nilai Eo ditetapkan sehingga titik awal untuk semua kurva adalah terminal linier-netral terukur. tegangan (12 kV) pada arus saluran pengenal (1000 A). Perubahan tegangan antara tanpa beban dan beban penuh dinyatakan sebagai persen dari tegangan terminal pengenal. Regulasi persen diberikan oleh persamaan

15. Sinkronisasi Generator

Kami sering harus menghubungkan dua atau lebih generator secara paralel untuk memasok beban bersama. Misalnya, saat kebutuhan daya dari sistem utilitas besar bertambah pada siang hari, generator secara berturut-turut disambungkan ke sistem untuk memberikan daya ekstra. Kemudian, ketika permintaan daya turun, generator yang dipilih akan disambungkan untuk sementara dari sistem hingga daya kembali menyala keesokan harinya. Oleh karena itu, generator sinkron secara teratur dihubungkan dan diputus dari jaringan listrik yang besar sebagai tanggapan atas permintaan pelanggan. Jaringan seperti itu dikatakan sebagai bus tak terbatas karena berisi begitu banyak generator yang pada dasarnya terhubung secara paralel sehingga baik tegangan maupun frekuensi jaringan tidak dapat diubah. Sebelum menghubungkan generator ke bus tak terbatas (atau secara paralel dengan generator lain), itu harus disinkronkan. Generator dikatakan disinkronkan jika memenuhi semua kondisi berikut:

a. Frekuensi generator sama dengan frekuensi sistem.

b. Tegangan generator sama dengan tegangan sistem.

c. Tegangan generator sefase dengan tegangan sistem.

       d. Urutan fase generator sama dengan yang ada di sistem.

16. Generator sinkron di bus tak terbatas

Kami jarang harus menghubungkan hanya dua generator secara paralel kecuali di lokasi yang terisolasi (Gbr. 25). Seperti yang disebutkan sebelumnya, jauh lebih umum untuk menghubungkan generator ke sistem tenaga besar (bus tak terbatas) yang sudah memiliki banyak alternator yang terhubung dengannya. Bus tak terbatas adalah sistem yang sangat kuat sehingga menerapkan voltase dan frekuensinya sendiri pada setiap peralatan yang terhubung ke terminalnya. Setelah terhubung ke sistem besar (bus tak terbatas), generator sinkron menjadi bagian dari jaringan yang terdiri dari ratusan generator lain yang menyalurkan daya ke ribuan beban. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk menentukan sifat beban (besar atau kecil, resistif atau kapasitif) yang terhubung ke terminal generator khusus ini. Lalu, apa yang menentukan daya yang dihasilkan mesin? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita harus ingat bahwa nilai dan frekuensi tegangan terminal pada generator adalah tetap. Akibatnya, kami hanya dapat memvariasikan dua parameter mesin:

1. Arus Ix yang menarik

2. Torsi mekanis yang diberikan oleh turbin

Mari kita lihat bagaimana perubahan parameter ini memengaruhi kinerja mesin.

Review Jurnal yang Berjudul “EXPERIMENTAL STUDY THE EFFECT ANGLE OF BLADE ON THE ELECTRICAL POWER OUTPUT OF PROPELLER PICOHYDRO TURBINE”

Review Jurnal yang Berjudul “EXPERIMENTAL STUDY THE EFFECT ANGLE OF BLADE ON THE ELECTRICAL POWER OUTPUT OF PROPELLER PICOHYDRO TURBINE”

Penulis             : Abdullah Shalih, Purwadi Joko Widodo, Dwi Aries Himawanto

Publikasi          : Mekanika: Majalah Ilmiah Mekanika

Link Jurnal      : https://jurnal.uns.ac.id/mekanika/article/view/35405/23112

Diakses            : 6/2/2020

Reviewer         : I0719038 Luqman Hadi Dwi Satryo Program Studi Teknik Elektro (https://elektro.ft.uns.ac.id/) Fakultas Teknik (https://ft.uns.ac.id/)

A.  Latar Belakang

       Ketersediaan energi listrik di Indonesia semakin menipis dikarenakan jumlah penduduk di Indonesia yang semakin banyak dari waktu ke waktu sehingga penggunaan listrikpun juga meningkat. Secara umum energi terbarukan terutama micro hydro di Indonesia memiliki potensi yang sangat baik. Micro hydro ini memiliki kekuatan sekitar 480 MW, tetapi hanya 60 MW yang dapat digunakan dan sisanya yaitu sebesar 420 MW belum dapat dimanfaatkan secara maksimal.

       Salah satu upaya alternative memanfaatkan energy yang dihasilkan oleh air adalah dengan menciptakan polimer pembangkit listrik tenaga air dimana tenaga air digunakan sebagai kekuatan pendorong untuk pembangkit listrik. Pico-hydro memiliki kelebihan dalam segi ukuran, biaya, dan kesederhanaan yang mendekati desain, perencanaan, dan instalasi dibandingkan dengan penanaman tenaga air skala besar.

       Penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi turbin air dengan menambahkan bola lampu ke dalam komponen turbin air. Bola lampu ditempatkan di depan baling-baling, yang berfungsi untuk meningkatkan kecepatan aliran fluida dan mengarahkan aliran fluida sehingga secara langsung mempengaruhi baling-baling. Penelitian dilakukan dengan metode simulasi dengan parameter yang diteliti adalah sudut bukaan sudu.

B.  Tujuan Artikel Ilmiah

     Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh sudut sudu terhadap aliran horizontal pada kinerja baling-baling turbin air. Percobaan dilakukan dengan menggunakan beberapa parameter uji termasuk sudut pisau pada variasi laju aliran massa air. Dengan potensi tinggi 2 meter dan sudut sudu turbin bervariasi untuk mencapai daya optimal yang dihasilkan.

C.  Pembahasan

       Pemilihan jenis turbin dapat dihitung dengan mempertimbangkan parameter spesifik yang memengaruhi sistem operasi turbin. Parameter ini antara lain yaitu faktor ketinggian air terjun (Net Head) dan laju aliran air.

1.      Tenaga Hidrostatik

        Tenaga air adalah kemampuan aliran air sebagai kekuatan untuk menumbuk sudu turbin untuk memutar turbin. Tenaga air (Ph) adalah fungsi dari kepadatan air, gaya gravitasi, level air jatuh dan debit aliran fluida. Puncak diukur dari tingkat permukaan air atas tangki sampai poros turbin 2 meter. Air memiliki kekuatan sebagai energi potensial yang dijatuhkan pada ketinggian 2 meter dengan debit aliran fluida tertentu Q untuk menumbuk turbin sebagai gaya aksial. Persamaan berikut dapat digunakan untuk mendapatkan daya air.

       Dari persamaan di atas diperoleh nilai daya air yang dihasilkan untuk menggerakkan rotor turbin dengan berbagai debit cairan. Hasil uji daya hidrostatik menunjukkan bahwa semakin besar tingkat debit aliran air, semakin besar daya hidrostatik air. Nilai kekuatan air dipengaruhi oleh beberapa faktor: aliran air (Q), kepadatan air (ρ), gravitasi (g), dan air terjun (h). dalam penelitian ini parameter selain debit aliran air disamakan sehingga kekuatan Prostatic air dipengaruhi oleh jumlah aliran air.

2.      Tenaga Listrik

         Daya listrik generator adalah jumlah energi yang dihasilkan oleh generator karena rotasi turbin. Nilai daya listrik diperoleh dengan mengalikan nilai tegangan dan kekuatan arus yang dihasilkan oleh generator. Tegangan listrik dan arus listrik diperoleh dari pembacaan multimeter. Multimeter dipasang secara seri untuk mendapatkan nilai arus listrik (A), sedangkan untuk mendapatkan nilai tegangan (V), multimeter dipasang secara paralel.

            Meningkatkan kapasitas air yang memasuki turbin, semakin besar luas penampang air yang melaluinya turbin akan mengalir, sehingga kecepatan rotasi turbin lebih tinggi. Semakin tinggi kecepatan rotasi, semakin tinggi tegangan yang dihasilkan oleh generator. Sudut bilah menyebabkan aliran besar air yang bertabrakan dengan bilah tidak sepenuhnya mengenai bilah sehingga daya air yang dikonversi tidak maksimal. Sedangkan untuk sudut sudu yang kecil, area keluaran air lebih kecil sehingga memungkinkan outlet bagian sudu terjadi pada kecepatan yang lebih tinggi yang mengakibatkan hilangnya gesekan yang besar.

D.  Kesimpulan

       Berdasarkan pengamatan pada uji kemiringan baling-baling bilah turbin yang telah dilakukan untuk mengetahui pengaruh sudut turbin terhadap daya mekanik dan listrik yang dihasilkan. Dari hasil tes ini dapat disimpulkan. Sudut sudu mempengaruhi hasil pengujian generator, karena sudut sudu akan memengaruhi gaya aksial yang memengaruhi turbin. Sudut blade yang besar menyebabkan aliran air yang bertabrakan dengan blade tidak sepenuhnya mengenai blade sehingga daya air yang tersambung tidak maksimal. Sedangkan untuk sudut sudu yang kecil, area keluaran air lebih kecil sehingga memungkinkan bagian outlet sudu mengalir pada kecepatan yang lebih tinggi yang menghasilkan kerugian gesekan yang besar.

Dapatkan informasi lainnya di:

https://uns.ac.id/id/

https://jurnal.uns.ac.id/

https://jurnal.uns.ac.id/mekanika/article/view/35405/23112

https://jurnal.uns.ac.id/mekanika/article/view/35405/23112





















https://jurnal.uns.ac.id/mekanika/article/view/35405/23112





















https://jurnal.uns.ac.id/mekanika/article/view/35405/23112

FILTRASI

Pengertian Filtrasi

Filtrasi adalah suatu metode pemisahan secara fisik, yang digunakan untuk memisahkan antara padatan dengan cairan (larutan). Cairan yang telah melewati proses penyaringan atau filtrasi ini disebut dengan filtrat, sementara padatan yang menumpuk di penyaring disebut residu. 

Tujuan Filtrasi

• Memanfaatkan limbah atau air kotor untuk dapat digunakan kembali
• Mengurangi resiko meluapnya limbah atau air kotor
• Mengurangi terbatasnya air bersih menggunakan pembuatan filtrasi air
• Mengurangi penyakit yang disebabkan oleh air kotor
• Membantu pemerintah guna menggalakan air bersih

Metode Filtrasi

1. Metode filtrasi panas – dipakai untuk memisahkan antara padatan dan cairan, dimana dalam prosesnya mengharapkan tanpa menghasilkan kristal di area funnel penyaring serta peralatan lainnya. Didalam metode ini, peralatan gelas yang nantinya terkena larutan dengan langsung dipanaskan lebih dulu.
2. Metode filtrasi dingin – dipakai untuk memisahkan antara padatan dan cairan, dimana sesudah penyaringan mengharapkan terjadinya pembentukan kristal. Metode ini memakai es untuk mendinginkan aparatus yang akan digunakan, sehingga temperatur yang ada dalam sistem akan menurun secara drastis serta dapat memicu tumbuhnya kristal. Metode ini secara umum dapat kalian pakai dalam proses rekristalisasi.
3. Metode filtrasi vakum – dipakai guna memperoleh hasil padatan yang kering seacara cepat. Untuk melakukan pada filtrasi vakum, alat yang diperlukan ialah Funnel Buchner.

Faktor-faktor yang mempengerahuhi Filtrasi

1. Debit Filtrasi
Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien. Sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempurna, akibat adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang terlalu tinggi saat melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel–partikel yang terlalu halus yang tersaring akan lolos.

2. Konsentrasi Kekeruhan
Konsentrasi kekeruhan sangat mempengaruhi efisiensi dari filtrasi. Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi.

3. Temperatur
Adanya perubahan suhu atau temperatur dari air yang akan difiltrasi, menyebabkan massa jenis (density), viskositas absolut, dan viskositas kinematis dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi perbedaan dalam ukuan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi terhadap efisiensi daya saring filter.

4. Kedalaman media, Ukuran, dan Material
Pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama. Lagi pula ditinjau daris segi biaya, media yang terlalu tebal tidaklah menguntungkan dari segi ekonomis. Sebaliknya media yang terlalu tipis selain memiliki waktu pengaliran yang pendek, kemungkinan juga memiliki daya saring yang rendah. Demikian pula dengan ukuran besar kecilnya diameter butiran media filtrasi berpengaruh pada porositas, laju filtrasi, dan juga kemampuan daya saring, baik itu komposisisnya, proporsinya, maupun bentuk susunan dari diameter butiran media. Keadaan media yang terlalu kasar atau terlalu halus akan menimbulkan variasi dalam ukuran rongga antar butir. Ukuran pori sendiri menentukan besarnya tingkat porositas dan kemampuan menyaring partikel halus yang terdapat dalam air baku. Lubang pori yang terlalu besar akan meningkatkan rate dari filtrasi dan juga akan menyebabkan lolosnya partikel halus yang akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging (penyumbatan lubang pori oleh partikel halus yang tertahan)terlalu cepat.

5. Tinggi Muka Air Di Atas Media dan Kehilangan Tekanan
Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. Dengan muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (bila filter dalam keadaan bersih). Muka air diatas media akan naik bila lubang pori tersumbat (terjadi clogging) terjadi pada saat filter kotor.

Referensi:
ruangguru.co.id. Filtrasi : Pengertian, Definisi, Prinsip, Tujuan, Manfaat dan jenisnya Lengkap. Dikutip 16 Oktober 2019 https://www.ruangguru.co.id/filtrasi-definisi-prinsip-tujuan-manfaat-dan-jenis-jenisnya-terlengkap/

Awan Elektron atau Lautan Elektron

        Pada tahun 1900, Drude mendifinisikan ikatan logam berdasarkan model awan elektron dan kemudian pada tahun 1923 disempurnakan oleh Lorents, Ikatan logam adalah ikatan kimia yang terbentuk akibat penggunaan bersama elektron-elektron valensi antar atom-atom logam. Atom-atom dalam ikatan logam tersusun secara teratur. Setiap atom melepasakan electron valensinya sehingga terbentuk awan electron. Elektron valensi tidak terikat pada salah satu ion logam, tetapi terdelokalisasi terhadap semua ion logam.

      

     Pada ikatan logam terjadi proses saling meminjamkan electron, hanya saja jumlah atom yang bersama-sama saling meminjamkan electron valensinya (electron yang berada pada kulit terluar) ini tidak hanya antara dua melainkan beberapa atom tetapi dalam jumlah yang tidak terbatas. Setiap atom menyerahkan electron valensi untuk digunakan bersama, dengan demikian akan ada ikatan tarik menarik antara atom-atom yang saling berdekatan. 

        Awan elektron yang terbentuk berasal dari semua atom-atom logam yang ada. Hal ini disebabkan oleh tumpang tindih (ovelap) orbital valensi dari atom-atom logam (orbital valensi = orbital elektron valensi berada). Elektron di lautan elektron ini  elektron valensinya bergerak bebas , sangat mudah berpindah , dan tidak hanya untuk satu tempat/unit atom tertentu, maka dari itu disebut lautan elektron.


Nama: Luqman Hadi Dwi Satryo
NIM: I0719038
Kelas: A

Refernsi:
https://wanibesak.wordpress.com/2011/06/27/ikatan-logam-sifat-sifat-logam-dan-alloy/
https://www.youtube.com/watch?v=w9GzRNSEADc
https://abdullatifpriyadi.blogspot.com/