Teknik Parallel Generator AC

 

Paralleling Generator

Generator ac merupakan mesin dengan fungsi mengonversi daya mekanik berupa gerak rotasi menjadi daya listrik ac (alternating current – arus bolak-balik). Generator ac memiliki nama lain yaitu generator sinkron (synchronous generator), atau juga biasa disebut alternator. Beberapa contoh generator ac adalah mesin genset, dan mesin pembangkit listrik/generator pada sistem PLTU, PLTA, PLTMH, PLTGB, PLTB, dan lain-lain.

 

Pada aplikasi yang sederhana, seperti pada genset sekala rumah tangga, kantor kecil atau sekala home industry, generator ac akan beroperasi sebagai sumber energi listrik cadangan tunggal saat terjadi padam listrik PLN. Dimana generator tersebut akan beroperasi sendirian untuk menyuplai beban listrik yang ada. Akan tetapi, pada aplikasi beban yang lebih besar, seperti pada pabrik atau industri, banyak kondisi dimana penggunaan genset lebih dari satu unit, bisa 2, 3 hingga puluhan unit genset jumlahnya. Lebih kompleks lagi, dalam sekala power plant dan power system yang besar, jumlah generator ac akan lebih banyak lagi, mencapai ratusan unit hingga ribuan unit.

 

Pada kondisi jumlah generator ac lebih dari satu, maka generator akan beroperasi secara parallel untuk menyuplai daya listrik pada sistem tenaga listrik. untuk melakukan parallel generator ac, diperlukan syarat kondisi dan prosedur khusus, untuk menjaga sistem beroperasi dengan baik dan aman. Pada kesempatan ini, kami akan membahas tentang teknik parallel generator ac, dimana pembahasannya akan memuat syarat kondisi yang harus dipenuhi saat akan melakukan parallel generator ac, juga akan membahas prosedur umum dalam melakukan parallel generator ac.

 

Keuntungan Sistem Parallel Generator

 

Dalam konsep suplai daya listrik, dibutuhkan daya suplai dengan kapasitas yang mencukupi sesuai kapasitas daya bebannya. Sebagai contoh, bila total daya bebannya adalah 100 kVA, maka untuk menyuplai beban tersebut dibutuhkan setidaknya satu unit generator ac dengan kapasitas 125 kVA (safety factor 25%). Opsi lain adalah menggunakan dua unit generator berkapasitas 65 kVA (total 130 kVA), atau alternatif lainnya, seperti 3 buah generator 50 kVA (total 150 kVA), dan lain-lain, tergantung desain yang diharapkan. Pada dasaranya tujuannya sama, yaitu kapasitas daya suplai (generator) dapat mencukupi total daya beban.

 

Penggunaan lebih dari satu generator memiliki beberapa keuntungan dibandingkan penggunaan satu unit generator dengan kapasitas lebih besar, diantaranya adalah sebagai berikut.

 

1. Penggunaan lebih dari satu generator akan meningkatkan keandalan (reliability) sistem suplai daya, karena kegagalan satu generator tidak menyebabkan sistem suplai stop total.

2. Pada kondisi beban yang cukup besar, kapasitas satu unit generator memiliki batasan pabrikasi, sehingga lebih mudah digunakan beberapa unit generator untuk mencukupi kebutuhan daya beban.

3. Penggunaan beberapa generator mempermudah aktivitas preventive maintenance tanpa mengharuskan sistem suplai daya mati total.

4. Penggunaan satu unit generator akan mengalami kesulitan untuk menempatkan generator beroperasi mendekati kapasitas full load nya, sehingga sistem konversi memiliki efisiensi lebih rendah. Penggunaan beberapa generator dengan kapasitas lebih kecil-kecil akan mempermudah penyesuaian kapasitas suplai terhadap kapasitas daya.

 

Syarat Kondisi Parallel Generator

 

Untuk mempermudah penjelasan, perhatikan gambar skema ilustrasi parallel dua unit generator berikut ini.

 

Skema Parallel Dua Unit Generator

Generator pertama (G1) adalah generator yang semula menyuplai beban (load) sistem 3 fasa dengan penyebutan urutan fasa u1, v1 dan w1. Kemudian komponen S adalah sebuah switch, dapat berupa LBS (load break switch) atau CB (circuit breaker), yang berfungsi untuk memutus atau menyambungkan (memparallel) generator kedua (G2), yang memiliki penyebutan urutan fasa u2, v2 dan w2.

 

Perhatikan bahwa, bila switch S di on (closed) secara asal, generator dapat mengalami beberapa kerusakan dan beban akan kehilangan suplai daya. Bila nilai tegangan kedua generator tidak sama, maka akan muncul arus listrik yang sangat besar. Untuk menghindari masalah tersebut, maka beberapa syarat kondisi parallel generator berikut ini harus di penuhi sebelum melakukan parallel generator ac (sebelum switch S di on).

 

1. Nilai tegangan rms kedua generator harus sama besarnya (tegangan u1 = u2, tegangan v1 = v2, tegangan w1 = w2, tentu saja semua fasa idealnya harus memiliki tegangan yang sama agar sistem seimbang).

2. Urutan fasa kedua generator harus sama (u1 harus ketemu u2, v1 ketemu v2, dan w1 ketemu w2).

3. Setiap line yang bertemu harus memiliki nilai sudut fasa yang sama (umumnya u1 = u2 = 0 derajat, v1 = v2 = 120 derajat, dan w1 = w2 = 240 derajat).

4. Nilai frekuensi dari generator kedua atau G2 (biasa disebut juga oncoming generator) harus sedikit lebih besar dari nilai frekuensi generator pertama atau G1.

 

Syarat pertama bila tidak dipenuhi, perbedaan nilai tegangan akan menyebabkan arus yang besar akan mengalir diantara kedua generator, dan dapat menyebabkan kerusakan mesin akibat overheat. Syarat kedua tidak dipenuhi, perbedaan urutan fasa akan menyebabkan timbulnya masalah short circuit, dimana dua fasa yang berbeda bertemu. Syarat ketiga bila tidak dipenuhi akan berakibat sama dengan syarat pertama, karena perbedaan sudut fasa sejatinya adalah perbedaan arah phasor magnitude tegangan.

 

Kemudian, syarat ke empat bila tidak dipenuhi, akan terjadi transient daya yang besar, sehingga akan menggannggu stabilitas frekuensi dan dapat menyebabkan gangguan pada sisi beban. Selain itu, bila frekuensi generator G2 sama besar atau lebih rendah dibandingkan generator G1, maka generator G2 akan menyerap daya listrik (bukan menyuplai) dan dapat beroperasi sebagai motor sinkron, bukan sebagai generator sinkron. Notes bahwa motor sinkron adalah kebalikan dari generator sinkron, yaitu mesin yang menonversi daya listrik ac menjadi daya mekanik berupa gerak rotasi.

 

Prosedur Umum Parallel Generator

 

Pada dasarnya, apabila keempat syarat kondisi parallel generator ac diatas sudah terpenuhi, maka switch S dapat langsung di close dan kedua generator akan bekerja secara parallel dengan baik. Disini kami hanya me-review deskripsi prosedural yang biasanya digunakan dalam aktivitas parallel generator, yaitu sebagai berikut.

 

1. Gunakan voltmeter untuk mengukur tegangan pada terminal generator G2, pastikan nilainya sama dengan tegangan yang sedang bekerja pada G1. Bila belum sama, kita dapat mengatur arus eksitasi/arus dc/field current pada G2, hingga mendapatkan nilai tegangan yang sama dengan G1. Umumnya generator dilengkapi dengan AVR (automatic voltage regulator), jadi mungkin langkan ini cukup dengan menginput setpoint AVR pada G2 agar sama dengan AVR pada G1.

2. Pastikan urutan fasa G2 sama dengan urutan fasa G1. Caranya dapat dengan menggunakan sebuah motor induksi, pertama suplai motor induksi dengan G1 (u1, v1, w1) dan perhatikan arah putar shaft rotornya. Kemudian suplai motor induksi dengan G2 (u2, v2, w2), dan bandingkan arah putar shaft rotornya dengan yang pertama, bila arah putar sama, maka urutan fasa sudah sama, bila arahnya berlawanan, maka urutan fasa tidak sama. Kita hanya perlu menukar dua buah fasa pada generator G2, misalnya dengan menukar posisi u2 dan v2 (atau u2 dan w2, atau v2 dengan w2). Selain menggunakan motor induksi, kita dapat juga menggunakan alat ukur Bernama phase sequence detector atau teknisi listrik Indonesia kerap menyebutnya R-S-T detector. Dengan menggunakan alat ini, akan jauh lebih mudah untuk mengukur urutan fasa apakah sama atau berbeda.

3. Untuk besar sudut fasa tiap tiap line, umumnya semua generator sinkron memiliki standard yang sama, yaitu selisih 120 derajat setiap fasanya. Jadi, yang perlu dipastikan hanya urutan fasnya saja seperti langkah nomor 2 di atas.

4. Pastikan frekuensi generator G2 sedikit lebih tinggi dari generator G1. Misal G1 beroperasi pada frekuensi 50 Hz, maka kita dapat mengatur frekuensi G2 senilai 50,5 Hz atau maksimal 50,1 Hz sebelum dilakukan parallel. Langkah ini dapat dilakukan manual dengan Avometer yang dapat mengukur frekuensi, dan mengatur kecepatan rotor generator G2 untuk mengatur nilai frekuensinya. Umumnya sistem pengatur kecepatan atau frekuensi ini disebut governor, dan sudah terdapat di dalam sistem kendali generator sinkron.

5. Untuk lebih jelas mengenai langkah 1 dan langkah 4 dalam mengatur nilai tegangan output generator dan nilai frekuensi output generator, kalian dapat membaca artikel kami sebelumnya yang berjudul “Menjaga Frekuensi Dan Tegangan Pada Generator Sinkron”.

 

Demikian penjelasan yang dapat kami sampaikan berkenaan dengan topik Teknik parallel generator ac/generator sinkron/synchronous generator/alternator. Teknik ini dapat kalian terapkan pada sistem penggunaan lebih dari 1 genset pada pabrik kalian, atau juga saat kalian memerlukan penambahan generator pada suatu sistem suplai daya listrik. Bila kalian hendak melakukan parallel sebuah generator pada suatu jaringan listrik yang sudah ada, kalian dapat menganggap G1 pada penjelasan diatas sebagai sistem tenaga listrik eksisting, dan G2 sebagai generator baru yang hendak kalian install di dalam jaringan tersebut. Silahkan untuk diskusi lebih lanjut pada kolom komentar.

 

Penulis : ER

 

Share this post