TA BAB 1

BAB I.           

PENDAHUUAN.

1.1         Latar Belakang.

            Sehubungan banyaknya keluhan masyarakat pengguna listrik rumah tangga, karena kerja dari pembatas arus (MCB) tidak sesuai dengan beban yang di gunakannya. Maka disini banyak masyarakat untuk menambah daya listriknya dari daya 450VA naik mejadi 900 VA, dari 900 VA naik menjadi 1300 VA dengan pembayaran biaya beban semakin bertambah setiap bulannya. Mengacu pada karakteristik beban tidak linier yang banyak digunakan pada listrik rumah tangga yang  menyebabkan harmonik, jika tegangan dan arus harmonik ini akan diinjeksikan kedalam kawat instalasi listrik rumah tangga, maka akan terjadi distorsi harmonik tegangan dan arus. Tegangan dan arus harmonik tersebut terlihat dalam bentuk gelombang yang tidak berbentuk sinusoidal murni lagi (Arrillaga, J. 1985). Hal ini sangat menganggu bagi piranti proteksi (MCB) dan alat ukur yang didesain  beroperasi pada gelombang  sinusoidal ( Dekker, M. 2002).

Piranti proteksi yang paling sederhana, yaitu fuse dan  circuit breaker  mengalami penurunan rating akibat pemanasan yang terjadi akibat harmonik. Akibat terjadinya kegagalan proteksi yang berakibatkan  pada kerusakan dan pendeknya umur peralatan proteksi tersebut. Akurasi pengukuran kWh meter jenis induksi ikut berpengaruh karenanya. Rele proteksi beroperasi menjadi tidak tepat, atau beroperasi pada saat tidak terjadi gangguan dan tidak beroperasi pada saat terjadi gangguan (Wagner, V.E Chairman dkk, 1992).

Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban, yaitu beban linier dan beban non linier. Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang linier dalam arti arus yang mengalir sebanding  dengan impedansi dan perubahan tegangan.  Beban non linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang tidak sebanding dengan tegangan dalam tiap setengah siklus, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi). Sisi negatif yang timbul dari perkembangan teknologi bahan semi konduktor tersebut disebabkan oleh jenis beban non linier yang menyebabkan timbulnya harmonik sehingga gelombang arus dan tegangan menjadi cacat dan tidak sinusoidal lagi akibat interaksi antara bentuk gelombang sinus sistem dengan gelombang lain yang mempunyai frekuensi kelipatan bilangan bulat dari frekuensi fundamental nya yaitu untuk indonesia frekuensi fundamental nya 50 Hz.

Harmonik dapat berpengaruh  pada pada kapasitor bank, motor bahkan pada komponen listrik seperti pada bahan konduktor yang menyebabkan terjadinya panas karena rugi rugi kawat penghantar. Pengaruh lainya misalnya pada trasformator mengalami panas yang melebihi batas toleransi panas yang diijinkan akibat mengalami rugi rugi pada tembaga dan inti besinya. Komponen listrik lainya yang juga dapat dipengaruhi oleh harmonik yaitu Circuit Breaker (CB). Pada pengujian untuk skripsi ini, Circuit Breaker yang digunakan untuk pengujian adalah Miniature Circuit Breker (MCB). MCB merupakan peralatan proteksi berfungsi untuk pemutus sekaligus sebagai pengaman dari arus hubung singkat dan beban lebih. Miniatur Circuit Breaker (MCB) merupakan komponen penting dalam suatu instalasi listrik karena dapat mengisolir akibat- akibat yang ditimbulkan dengan secepat mungkin dan membatasi kerusakan yang terjadi, sehingga MCB berfungsi sebagai proteksi bagi peralatan. Akibat dari efek harmonik menyebabkan Miniature Circuit Breaker (MCB) tidak beroperasi secara benar, hal ini tentunya membahayakan bagi instalasi maupun peralatan listrik karena kegagalan suatu MCB untuk melakukan proses tripping atau pemutus daya listrik. Faktor penyebabnya karena MCB tidak dapat merespon secara benar akibat adanya harmonik pada sistem tenaga listrik.

Atas dasar hal tersebut, maka dalam skripsi ini penulis mangambil judul :               “Analisis pengaruh harmonik terhadap unjuk kerja miniatur Ciricuit Breaker (MCB) 4A dan 6A Sebagai Proteksi Iistrik Rumah Tangga”. Adapun beban non linier yang digunakan untuk prngujian MCB tersebut adalah lampu pijar lampu hemat energi, AC, Kulkas, Kipas angin, dan peralatan rumah tangga lainnya yang dipasang paralel dan dikombinasikan dalam perangkaiannya untuk mendapatkan variasi nilai distorsi harmonik. Untuk MCB yang digunakan dalam pengujian ini adalah MCB dengan rating arus nominal 4A dan 6A.

1.2         Perumusan Masalah

Berdasarkan hal-hal yang telah diuraikan pada pendahuluan, maka rumusan masalah untuk penelitian ini adalah sebagai berikut.

1.      Bagaimana menganalisis tegangan dan arus harmonik serta menghitung total harmonik distortion  (THD) pada miniature circuit breakers (MCB) 2A dan 4A yang diberi beban  linear dan non linier.

2.      Bagaimana pengaruh harmonik  terhadap miniature circuit breakers (MCB) sebagai proteksi dan bagaimana operasi normal yang digunakan  pada beban liner ?

3.      Bagaimana lamanya waktu yang diperlukan oleh MCB untuk melakukan pemutusan rangkaian apabila diberi beban linier dan non linier.

1.3    Pembatasan Masalah

Pada skripsi ini masalah yang akan diangkat adalah menganalisis mekanisme kerja Miniature Circuit Breaker (MCB) 4A dan 6A mengenai bagaimana lamanya waktu yang diperlukan oleh MCB untuk melakukan pemutusan rangkaian terhadap adanya arus lebih yang diberikan yaitu 1,5 x arus nominal dengan diberi beban tampa harmonik berupa lampu pijar dan beban yang yang menimbulkan harmonik yaitu lampu hemat energi, Ac, kulkas, kipas angin, dan peralatan yang mengandung harmonik lainnya.

1.4       Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui:

1.           Mengetahui bagaimana cara mekanisme kerja dari Miniature Circuit Breaker (MCB) terhadap pengaruh adanya distorsi harmonik.

2.           Bentuk gelombang dan magnitude arus yang terdistorsi, serta pengaruhnya terhadap Miniatur Circuit Breakers (MCB) sebagai  proteksi (pengaman) .

3.           Berapa perobahan arus dan waktu operasi normal Miniatur Circuit Breakers (MCB) kondisi beban mengandung harmonik dan beban yang tidak mengandung harmonik.

1.5            Mamfaat Hasil Penelitian.

Penelitian ini  dapat memberikan mamfaat untuk dua sasaran sebagai berikut:

1.            Untuk ilmu pengetahuan, sebagai bukti ilmiah tentang pengaruh harmonik terhadap peralatan proteksi listrik rumah tangga yang terutama pada Miniatur Circuit Breakers (MCB) , yang digunakan pada listrik rumah tangga pada masarakat .

2.            Untuk pembangunan bangsa dan negara, dapat digunakan oleh PT PLN (Persero) sebagai pengelola BUMN yang melayani kepentingan masyarakat banyak, sebagai bahan pertimbangan untuk mencegah utau mengurangi gangguan karena beban harmonik tersebut.

3.            Menambah wawasan  dan pengetahuan penulis mengenai judul yang penulis ambil, yaitu mengenai distorsi harmonik.

SISTEM EKSITASI GENERATOR SINGKRON

SISTEM EKSITASI GENERATOR

JENIS –JENIS SISTIM EKSITASI

Ada beberapa jenis sistim eksitasi,yang terpenting untuk diketahui adalah

Sistim eksitasi statis dengan sikat dan sistim eksitasi tampa sikat ( Brushless ).

Pada jenis tampa sikat ( Brushless ), sistim penyearah tegangan ( Dioda ) terletak pada rotor dan bersama – sama berputar dengan rotor. Sebagai contoh yang mengunakan Brushless untuk sistim eksitasi adalagh generator PLTGU Ombilin 2 x 110 MW.

I.SISTIM EKSISTASI GENERATOR

Sistim eksitasi di unit PLTA termasuk jenis eksitasi statis

dengan menggunakan Tyristor. Kelebihan sistim eksitasi ini adalah sebagai berikut :

1. Mempunyai respon yang cepat seiring kemampuan Governor turbin.
2. Memiliki batasan arus eksitasi yang tinggi.
3. Sumber tegangan eksitasi diambil langsung dari generator

Fungsi eksitasi pada generator adalah untuk :

“ Membangkitkan tegangan pada stator generator dengan mensupply arus DC pada rotor generator “.

Arus eksitasi yang masuk harus dapat diatur sedemikian sehingga :

Menimbulkan tegangan stator pada waktu yang singkat menuju sinkronisasi

Menstabilkan supply daya listrik MW dan MVAR ke sistim

Menjaga tegangan generator agar tetap berada dalam batasan tegangan nominal yang diijinkan ( 5 % V nominal generator )

II. CARA KERJS SISTIM EKSISTASI

Kondisi normal supply eksitasi dari tegangan output transformer eksitasi

( Field transformer ) dengan kapasitas 645 KVA pada tegangan 11KV / 440 V. Selanjutnya melalui trafo auxiliary diubah lagi menjadi 440 / 380 V. Transformer eksitasi ini berpendingin ONAN dengan 6 buah RTD yang berfungsi untuk memonitor temperatur ( panas ) dan mengirim sinyal alarm dan trip. Tegangan output 380 ini untuk motor pendingin Thyristor berjumlah 2 buah masing – masing berkapasitas 3 KW.

Beberapa peralatan yang menggunakan / membutuhkan tegangan AC :

Proteksi Over Voltage

Rangkaian elektronik peredam tegangan surja

Trafo untuk sensor arus dan proteksinya

Gate kontrol dan pengaturnya

Beberapa peralatan yang menggunakan / membutuhkan tegangan DC :

Peralatan field flashing

Proteksi Over Voltage

Field Circuit Breaker

Field Discharge Resistor

Polarity Reversing Link

Pengatur tegangan automatis ( AVR ) berfungsi menjaga tegangan generator

Tetap konstan 11 KV baik kondisi berbeban ataupun tanpa beban. Dalam bekerjanya AVR membutuhkan input dari tegangan output generator dan arus yang ada pada titik netral belitan stator.

Output dari AVR ini dipergunakan untuk Fiels Current Regulator dan Control Unit Gate.

Disamping itu bekerjanya AVR bersma – sama seperangkat elektronik lain mempunyai fungsi juga sebagai :

a. OEL ( Over Excitation Limiter )

Merupakan pembatas agar jangan sampai terjadi over eksitasi

b. UEL ( Under Excitation Limiter )

Merupakan pembatas agar jangan sampai terjadi under eksitasi

c. OCL ( Over Current Limiter )

Merupakan pembatas agar jangan sampai terjadi over current

d. LDC ( Line Drop Compensator )

Memberikan sinyal kompensasi pada AVR berdasar penurunan tegangan saluran untuk mempertahankan tegangan pada tingkat ditentukan

e. CCC ( Cross Current Compensation )

Memberikan sinyal kompensasi pada AVR untuk mengatasi penurunan daya reaktif generator saat berbeban menuju kondisi stabil

f. PSS ( Power System Stabilizer )

Memperluas range stabilitas dinamis saat operasi paralel generator dengan sistim.

Sistim thyristor disini untuk mengubah tegangan AC ke DC ( Rectifier ). Thyristor merupakan pengembangan dari dioda dimana kelebihan thyristor adalah memiliki gate untuk input sudut penyalaan ( ). Apabila sudut penyalaan 0 < < style=""> > > 180 thyristor berfungsi sebagai inferter.

Untuk kebutuhan arus eksitasi , sistim rangkaian thyristor yang digunakan disini adalah tersusun dari 6 buah thyristor dan 6 buah fuse.

Untuk melindungi thyristor dari kerusakan yang disebabkan gangguan lonjakan arus karena kegagalan kerja AVR maka pada setiap thyristor dipadang fuse secara seri. Fuse ini berjenis fuse kecepatan tinggi ( High Speed Fuse ). Konstruksi fuse ini terdiri dari suatu resin melanin dan terminal metal pada kedua ujung, disekitarnya digunakan lempengan porselen untuk meredam busur api.

Bila sekering putus maka terdapat rangkaian pendeteksi putusnya sekring ( Fuse blown out detector ) sehingga indikator led pada panel lokal dan kontrol room menyala.

Pengontrol THYRISTOR sistim eksitasi meliputi :

AVR ( Automatic Voltage Regulator )

Berfungsi untuk Over eksitasi limit ( 1,6 If normal ), Under eksitasi limit ( 0,8 If ), Power System Stabilizer, Over Current Load.

Switch over antara automatic dan manual ( pada kondisi berbeban )

Field Current Regulator ( pengatur arus medan )

Gate Control Unit ( untuk triggering sudut penyalaan thyristor )

Untuk kebutuhan monitoring arus dan tegangan eksitasi dikontrol room

( kontrol level 1 ) diperoleh dari input arus dan tegangan eksitasi lokal yang diperkuat lewat tranduser. Tegangan DC yang keluar dimonitor lewat Amper Meter dan Volt Meter pada panel lokal.

Field breaker interlock dengan resistor deeksitasi. Pada kondisi trip / gangguan Field breaker opening, pada kondisi beroperasi / berbeban Field Breaker Closing. Adapun respon kecepatan close ke opening kurang dari 30 ms. Peralatan field breaker maksimum beroperasi pada V = 550 V dan arus 1000 A. Fungsi resistor deeksitasi untuk menghilangkan magnet sisa pada belitan rotor dengan cara mendisipasikan arus menjadi panas.

Polarity Reversing Link adalah sisting ring rotor dengan brushes dalam top cover generator. Selanjutnya arus DC yang timbul disalurkan pada rotor lewat brush.

Sistim proteksi yang ada dalam sistim eksitasi :

1. Earth Fault Overcurrent Relay 64 E
2. Over Current Relay 51 E
3. Deexcitation dan Rotor Over Voltage
4. AC Over Voltage Protection ( maksimum 525 VAC )

III. KONDISI YANG TIMBUL PADA SISTIM EKSITASI

Berbagai kondisi yang timbul pada sistim eksitasigenerator :

Kondisi testing / Komisioning :

Untuk keperluan saan testing atau komisioning dibutuhkan supply 220 V AC diambil dari supply luar sistim eksitasi. Sementara dapat dikontrol dari lokal secara manual ( raise, lower, on – off )

Kondisi saat start up generator :

Pada kondisi start up kebutuhan arus eksitasi diambil dari battery 110 VDC.

Pada saat start ( switch on ) terjadi field flashing dengan tegangan 110 V dan arus 100 A. Selanjutnya field breaker close dan field flashing breaker close. Dengan demikiantimbul tegangan pada terminal generator.

Saat start supply tegangan AC juga dibutuhkan untuk :

Sistim kontrol meliputi kontrol unit sinkron dari 110 V DC

Fan pendingin thyristor 1 & 2

Field Flashing untuk eksitasi awal

Kondisi tegangan yang timbul 20 % dari tegangan nominal

Field Flashing Breaker sistim eksitasi open

kondisi line charging

Pada kondisi ini generator kita mengirim tegangan lewar transmisi ketempat lain sehingga generator menanggung daya reaktif ( MVAR ) yang dibangkitkan oleh transmisi. Maksimum kondisi line charging 32 Mvar pada over eksitasi generator dan – 42 Mvar pada under eksitasi generator.

Hal ini dapat dikontrol pada level 1 & 2

kondisi sinkron

Dapat dilakukan secara otomatis dikontrol room dengan kontrol level 1 & 2

kondisi berbeban

Setelah sinkron maka sistim eksitasi bekerja secara otomasis mengatur tegangan dan daya reaktif ke sistim. Dengan kontrol level 1 kondisi ini dapat kita ubah ke kondisi manual untuk menurunkan atau menaikan arus eksitasi ( raise dan lower ). Perubahab automatis ke manual berfungsi menaikkan atau menurunkan tegangan generator sekaligus pula merubah MVAR.

IV. ALARM DAN TRIP SISTIM EKSITASI

Dalam pengoperasian sistim eksitasi perlu diperhatikan alarm dan trips

Sistim eksitasi. Pada waktu alarm dan trip sinyal informasi dikirim ke kontrol level 1, 2 ,dan 3. Pada waktu sistim eksitasi trip maka Field CB eksitasi dengan cepat membuka dan menginformasikan sistim eksitasi trip.

Hal – hal yang menyebabkan sistim eksitasi alatm sebagai berikut :

1. Transformer eksitasi overheating
2. Sensor tegangan generator ( VT ) mengalami gangguan
3. Supply AC mengalami gangguan
4. Proteksi Overvoltagebekerja
5. Rotor Overvoltage
6. MCB trip
7. Thyristor fuse putus
8. Thyrisitor fan mengalami kegagalan
9. Limiter AVR tercapai
10. Sequence menuju kondisi siap sinkron overtime
11. AVR mengalami gangguan
12. Field Breaker mengalami gangguan

Hal – hal yang menyebabkan sistim eksitasi trip sebagai berikut :

1. Transformer eksitasi overheating melampaui maksimum
2. Rotor Over Voltage
3. Sistim Thyristor dan AVR mengalami gangguan
4. Sequence menuju kondisi siap sinkron overtime
5. Field Breaker mengalami gangguan

Untuk selanjutnya apabila unit trip dari sistim eksitasi maka peralatan unit yang bekerja adalah :

Field Breaker dan CB 11 KV trip seketika

Turbin emergency stop

Stop sequence unit

Mekanikal brake aktif

V. GANGGUAN YANG TIMBUL DALAM PENGOPERASIAN SISTIM EKSITASI DAN PENANGGULANGANNYA

Sinyal –sinyal alarm trip terekam oleh sistim ASCE dan tercetak pada

Event recorder ( Th 1999 s/d tidak berfungsi ), selain itu pada lokal terdapat indikasi. Apabial terjadi gangguan maka hal – hal yang perlu diperiksa dan direset adalah sebagai berikut :

1. Control sequence Overtime

Pengaruhnya : sistim eksitasi trip

Detektor : kontrol peralatan +JD1.A1 – A13

Penyebab : sistim eksitasi bekerja overtime akibat dari start atau

stop Sequence overtime yang diakibatkan oleh :

- power field flashing missing

- malfungsi relay dannkontaktor

- malfungsi relay kontrol

Reseting : periksa indikator alarm dan reset

2. Kegagalan funsi generator PT

Pengaruhnya : terjadi transfer operasi dari otomatis kemanual

Detektor : - peralatan kontrol + JD 01A1 –A1

- MCB generator PT di panel

Penyebab : - kegagalan fungsi generator PT

- sensor tegangan mengalami gangguan

Reseting : - periksa potensial transformer 1 YH dan jalur sensor

Tegangan

- masukkan MCB

3. Kegagalan supply AC

Pengaruhnya : sistim eksitasi trip

Detektor : selektor switch JD01 – A09 / S1 tidak pada posisi

OPERASI

Penyebab : - short circuit atau Overload

- trip pada supply breaker

Reseting : kembalikan selktor switch ke posisi operation, chek

Kembali fuse dan breake

4. Proteksi AC Overvoltage bekerja

Pengaruhnya : alarm suara

Detektor : gangguan pada fuse + JD02 – F01 & JD03

G01 / F71

Penyebab : nilai overvoltage dilampaui, kerusakan dioda

atau kapasitor dipanel F71

Reseting : periksa kondisi eksitasi dan ganti fuse

5. PSS aktif

Pengaruhnya : alarm bekerja

Detektor : panel lokal +JD01. A1 – A13

Penyebab : gangguan pada sistim 150 KV diluar unit

Generator sehingga power sytstim stabilizer

bekerja

Reseting : reset dilokal

6. Field Breaker mengalami kegagalan kerja

Pengarunya : sistim eksitasi trip

Detektor : kontrol equepment JD01.A1 – A13

Penyebab : manual trip dari field breaker , kerusakan field

Field breaker dan kerusakan switch on / off

Pada panel lokal

Reseting : periksa kondisi field breaker dan sistim

Kontrol card

7. Rotor Overvoltage

Pengaruhnya : eksitasi trip

Detektor : Relay overvoltage

Penyebab : terjadi overvoltage > 1200 V pada busbar DC,

Terjadi kerusakan pada tyristor atau trigger

Reseting : cek lokal panel

8. MCB supply trip

Pengaruhnya : alarm suara

Detector : - mcb + JD01 – F731 untuk lighting

panel

- mcb + JD01 – F732 untuk heating panel

- mcb + JD01 – F711 untuk 110 V DC

control

V1

- mcb + JD01 – F712 untuk 110 V DC control

V2

- mcb + JD01 – F721 untuk 110 V DC supply

- mcb + JD01 – F722 untuk 110 V DC supply 2

- mcb + JD01 – F911 untuk proteksi motor penggerak main CB supply

- mcb + JD01 – F911 untuk proteksi motor untuk tyristor fan saat line charging

- mcb + JD01- F911 untuk proteksi motor

tyristor fan 1 saat kondisi normal

- mcb + JD01 – F911 untuk proteksi motor untuk tyristor fan 2 saat kondisi normal

Penyebab : kerusakan mcb , short circuit

Reseting : switch on mcb atau ganti fuse

9. Thyristor fan alarm & trip

Pengarunya : alarm bunyi , start fan back up

Detektor : Pressure switch JD02.F31 dan kontrol elemen JDO1.A1-A13

Penyebab : filter udara kotor , short circuit pada motor

Fan, mcb JD02 – F12 dan F22 trip

Reseting : bersihkan filter dan on kembali mcb

10. Fuse tyristor alarm

Pengaruhnya : alarm suara dan LED pada panel lokal

Detektor : mikro switch pada dekat fuse

Penyebab : short circuit , kerusakan tyristor , kerusakan

RC elemen

Reseting : cek tyristor , cek RC elemen , reset

mikroswitch

11. Regulator fault

Pengaruhnya : sistim eksitasi trip

Detektor : kontrol panel JD01 – A1 – A13

Penyebab : regulator hardware fault , regulator power

Fault, software failure

Reseting : cek power supply , cek regulator

12. Speed <>

Pengaruhnya : Eksitasi trip

Detektor : 90 % speed signal dari governor dan kontrol

Panel JD01 – A113

Penyebab : isolated operation dibawah 90 % speed

Reseting :

13. Transformer eksitasi temperatur winding over heating

Pengaruhnya : unit trip

Detektor : winding detektor JT – TI dan supervision

Relay JD01 – A0112

Penyebab : overload dan pendinginan kurang, unbalance

Load saat gangguan tyristor dan gate kontrol

Reseting : turunkan beban reaktif, tingkatkan sistim

Pendingin, cek tyristor dan gate kontrol

14. DC supply failure

Pengaruhnya : alarm bunyi

Detektor : MCB JD01 - F721 – F722

Penyebab : gangguan pada DC konventer JD01 – A721

A722

VI. PEMELIHARAAN SISTIM EKSITASI

Guna menjaga kelangsungan kerja dari sistim operasi unit maka harus

dilaksanakan pemeliharaan sistim eksitasi generator. Hal ini perlu dilakukan agar menjaga life time sistim dari pembengkit.

Dalam sistim eksitasi generator, perawatan yang perlu dilakukan antara lain :

1. Posisi mcb yang terdapat didalam panel eksitasi perlu dicek posisinya apakah

normaly open atau normaly off pada saat operasi.

2. Polarity Reversing Link merupakan kontaktor DC yang harus dipindahkan

Setiap 6 bulan sekali. Diharapkan dari perpindahan kontaktor ini akan menjaga keausan salah satu polarity DB ( + / - ) menjadi sama. Sehingga life time brush eksitasi menjadi lebih lama.

3. Menjaga kebersihan pressure – pressure switch didalam panel dan saringan

Udara pada panel.

4. Membersihkan kotoran atau arang tipis yang timbul dalam Field breaker.

Arang tipis yang menempel ini timbul karena bunga api pembukaan Field breaker. Pada saat pembersihan ini kondisi unit harus shunt down dan peralatan yang bertegangan harus sudah digrounding.