Synchronizing generator

Synchronizing generator
Synchronizing generator adalah memparalelkan kerja dua buah generator atau lebih untuk
mendapatkan daya sebesar jumlah generator tersebut dengan syarat syarat yang telah ditentukan.
Syarat syarat dasar dari parallel generator adalah sebagai berikut :
1. Mempunyai tegangan kerja yang sama
2. Mempunyai urutan phase yang sama
3. Mempunyai frekuensi kerja yang sama
4. Mempunyai sudut phase yang sama
Dalam kerja parallel generator tidak c ukup hanya berdasar pada syarat syarat diatas ada hal lain yang
perlu diketahui sebagai penjabaran syarat syarat diatas . Adapun penjabarannya sebagai berikut:
1. Mempunyai tegangan kerja yang sama
Apa yang diharapkan dengan adanya tegangan kerja yang sa ma ? dengan adanya tegangan kerja yang
sama diharapkan pada saat diparalel dengan beban kosong power faktornya 1. Dengan power factor 1
berarti tegangan antara 2 generator persisi sama .jika 2 sumber tegangan itu berasal dari dua sumber
yang sifatnya statis misal dari battery atau transformator maka tidak akan ada arus antara kedunya.
Namun karena dua sumber merupakan sumber tegangan yang dinamis (diesel generator) Maka power
factornya akan terjadi deviasi naik dan turun secara periodic bergantian dan berla wanan. Mengapa bisa
terjadi demikian ? Hal ini terjadi karena adanya sedikit perbedaan sudut phase yang sesekali bergeser
karena factor gerak dinamis dari diesel penggerak.Itu bisa dibuktikan dengan membaca secara
bersamaan Rpm dari kedua genset dalam kead aan sinkron misalnya Generator 1 mempunyai kecepatan
putar 1500 dan generator 2 mempunyai kecepatan putar 1501 maka terdapat selisih 1 putaran / menit
Dengan perhitungan 1/1500 x 360 derajat maka terdapat beda fase 0,24 derajat dan jika dihitung selisih
teganan sebesar cos phi 0,24 derajat x tegangan nominal (400 V ) - tegangan nominal (400 V ) dan
selisihnya sekitar V dan selisih tegangan yang kecil cukup mengakibatkan timbulnya arus sirkulasi antara
2 buah genset tersebut dan sifatnya tarik menarik . dan i tu tidak membahayakan.
Dan pada saat dibebani bersama sama maka power faktornya akan relative sama sesuai dengan power
factor beban.
Memang sebaiknya dan idealnya masing masing generator menunjukkan power factor yang sama.
Namun jika terjadi power factor y ang berbeda dengan selisih tidak terlalu banyak tidak terjadi akibat apa
apa. Akibatnya salah satu genset yang mempunyai nilai power factor rendah akan mempunyai nilai arus
yang sedikit lebih tinggi. Yang penting diperhatikan adalah tidak melebihi arus nom inal dan daya
nominal dari genset.
Sebagai contoh : Jika masing masing generator memikul beban 100 kw , dimana generator 1 dengan
power factor 0,85 dan yang satu mempunyai power factor 0,75. Maka dengan menggunakan rumus
daya aktif didapat selisih arus dan itu tidak ada masalah, dan bisa saja dianggap bahwa generator
bekerja independent dengan arus tersebut.
Pada saat generator bekerja parallel perubahan arus excitasi akan merubah power factor , jika arus
excitasi diperkuat maka nilai power factor mengecil menjauhi satu, sebaliknya jika excitasi dikurangi
maka nilai power factor akan membesar mendekati 1.
Pada generator yang akan diparalel biasanya didalam alternatornya ditambahkan peralatan yang
dinamakan Droop kit . Droop kit ini berupa current transform er yang dipasang. disebagian lilitan dan
outputnya disambungkan ke AVR. Droop kit ini berfungsi untuk mengatur power factor berdasarkan
besarnya arus beban.. Sehingga pembagian beban kvar diharapkan sama pada kw yang sama.
Pada panel panel kontrol modern sudah diperlengkapi dengan modul yang mana sudah terdapat
pengaturan Var generator dengan output yang disambungkan ke AVR generator . sehingga secara
otomatis masing masing genset berapapun beban kw power factor akan menjadi sama dan seimbang.
Hal ini diperuntukkan pada system yang mana system tersebut parallel sesaat atau transfer beban baik
antara genset maupun dengan PLN.
Pada saat transfer beban secara soft transfer terjadi pemindahan beban, perubahan power factor yang
kecenderungan terjadi diatur secar a otomatic oleh modul tersebut, sehingga pada saat transfer beban
tidak terjadi perubahan power factor yang berarti.
Pada saat ini banyak pembangkit listrik rental yang terdapat pada PLTD PLTD seluruh Indonesia, dimana
pihak swasta menyewakan Gensetnya un tuk menambah kapasitas daya terpasang PLN. Pada kondisi ini
sedikit berbeda dengan yang diuraikan diatas yaitu masalah pembagian dan pengaturan power factor.
Pada genset rental sudah ditentukan berapa kw beban yang akan disupply dan berapa kwh energi yang
akan dikirim.Pada saat mulai memparalelkan tegangan tidak harus sama, karena pengaturan kenaikan
beban secara bertahap maka pengaturan penambaha excitasi juga bertahap sampai didapatkan power
factor yang dikehendaki. Kita bisa mengatur sendiri power factor yang akan dioperasikan. Bisa 0,8 0,85
0,9 atau 0,95 namun pada umumnya yang lebih disukai pada power factor 0,9 . Mengapa kita bisa
mengatur power factor sekehendak kita ? hal ini dikarenakan kapasitas generator PLN jauh lebih besar
dibandingkan generator rental, sehingga perubahan power factor di generator rental tidak begitu
mempengaruhi banyak meskipun ada.
Sebagai contoh : Beban system suatu kota atau pulau sebesar 55 mega watt dimana PLN menyediakan
50 mega dan genset rental dapat beban 5 mega , Jika power factor beban yang ada 0,9 . dimana Pada
saat itu Power factor genset PLN 0,9 sedangkan rental juga diset 0,9. Jika suatu saat Power factor genset
rental diturunkan menjadi 0,8 dengan mengurangi arus excitasi. Maka perubahan power factor di
pembangkit PLN menjadi 0,91 . sebaliknya jika power factor genset rental diatur menjadi 1 dengan
menaikkan arus excitasi, power factor pembangkit PLN menjadi 0,89 sehingga perubahan sebesar 0,01
diabaikan.
Pada saat hendak memparalelkan secara manual generator den gan Catu daya PLN yang sudah berbeban
atau generator lain yang sudah berbeban, apa yang mesti dilakukan ? Jika kita menyamakan persis
dengan tegangan line / jala jala,maka pada saat breaker close power factor genset akan menunjuk 1 dan
beban kw akan menunjuk pada posisi 0, jika kita menambah daya output mesin perlahan lahan , maka
power factor akan cenderung menuju ke kapasitif (leading) dan memungkinkan terjadinya reverse
power. Untuk menghindari tersebut maka setelah sinkron penguatan excitasi dulu yang d inaikkan
sampai cosphi menunjuk 0,7. seiring dengan itu naikkan daya mesin dengan menaikkan speed adjuster.
Pada saat beban naik , cosphi akan naik membesar mendekati satu. Pada saat bersamaan excitasi diatur
mencapai nilai 0,7 demikian seterusnya sampai m encapai nilai yang diinginkan misalnya 1000 kw pada
cos phi 0,85.
2. Mempunyai urutan phase yang sama
Yang dimaksud urutan phase adalah arah putaran dari ketiga phase. Arah urutan ini dalam dunia industri
dikenal dengan nama CW ( clock wise) yang artinya searah jarum jam dan CCW (counter clock wise )
yang artinya berlawanan dengan jarum jam. Hal ini dapat diukur dengan alat phase sequence type
jarum. Dimana jika pada saat mengukur jarum bergerak berputar kekanan dinamakan CW dan jika
berputar kekiri dinamakan CCW.
Disamping itu dikenal juga urutan phase ABC dan CBA. ABC identik dengan CW sedangkan CBA identik
dengan CCW.
Perlu diketahui bahwa dalam banyak generator mencantumkan symbol R,S,T,N ataupun L1,L2,L3 ,N
namun tidak selalu berarti bahwa urutan CW / ABC itu berarti RST atau L1L2L3 jika diukur urutan STR,
TRS ,L2L3L1 itu juga termasuk CW/ABC .
Sebagai contoh : jika kabel penghantar yang keluar dari generator diseragamkan semua berwarna hitam
dan tidak ada kode sama sekali, apakah kita bisa membedakan secara visual atau parameter listrik
bahwa penghantar itu phasenya R , S , atau T tentu tidak. Kita hanya bisa membedakan arah urutannya
saja CW atau CCW. Apapun generatornya jika mempunyai arah urutan yang sama maka dapat dikatakan
mempunyai salah satu syarat dari parallel generator. Sehingga bisa jadi pada dua generator yang sama
urutan RST pada genset 1 dapat dihubungkan dengan phase STR pada Genset 2 dan itu tidak ada
masalah asal keduanya mempunyai arah urutan yang sama.
3. Mempunyai frekuensi kerja yang sama
Didalam dunia industri dikenal 2 buah system frekuensi yaitu 50 hz dan 60 hz . Dalam operasionalnya
sebuah genset bisa saja mempunyai frekuensi yang fluktuatif (berubah ubah) karena factor factor
tertentu. Pada jaringan distribusi dipasang alat pembatas frekuensi yang membatasi frekuensi pada
minimal 48,5 hz dan maksimal 51,5 Hz. Namun pada genset genset pabrik over frekuensi dibatasi sampai
55 hz sebagai overspeed.
Pada saat hendak parallel, dua buah genset tentu tidak mempunyai frekuensi yang s ama persis. Jika
mempunyai frekuensi yang sama persis maka genset tidak akan bisa parallel karena sudut phasanya
belum match, salah satu harus dikurang sedikit atau dilebihi sedikit untuk mendapatkan sudut phase
yang tepat. Setelah dapat disinkron dan berh asil sinkron baru kedua genset mempunyai frekuensi yang
sama sama persis.
4. Mempunyai sudut phase yang sama
Mempunyai sudut phase yang sama bisa diartikan , kedua phase dari 2 genset mempunyai sudut phase
yang berhimpit sama atau 0 derajat. Dalam kenyat aannya tidak memungkinkan mempunyai sudut yang
berhimpit karena genset yang berputar meskipun dilihat dari parameternya mempunyai frekuensi yang
sama namun jika dilihat menggunakan synchronoscope pasti bergerak labil kekiri dan kekanan, dengan
kecepatan sudut radian yang ada sangat sulit untuk mendapatkan sudut berhimpit dalam jangka
waktu0,5 detik. Breaker membutuhkan waktu tidak kurang dari 0,3 detik untuk close pada saat ada
perintah close.
Dalam proses sinkron masih diperkenankan perbedaan sudut maksima l 10 derajat. Dengan perbedaan
sudut maksimal 10 derajat selisih tegangan yang terjadi berkisar 49 Volt.
Gambar : Skema closing window synchronizing.
Gambar : proses pergeseran fasa antar bus dan genset
Setelah genset berhasil dan telah bekerja sink ron/ parallel, apakah hal itu sudah dikatakan bahwa genset
sudah bekerja paralel dengan baik. Tentunya belum dikatakan sempurna sebuah usaha paralel
generator sebelum hal hal tersebut dibawah ini bisa di jalankan :
1. Generator set mempunyai system gover nor yang sama , electrical governor dengan electrical
governor , mekanik servo dengan mekanik servo hal ini akan berpengaruh terhadap kepekaan respone
terhadap beban kejut.
2. Agar genset pada saat sinkron dapat mensupply beban dengan seimbang dengan gense t lain maka
masing masing genset dianjurkan untuk memiliki load sharing terutama untuk yang system automatic.
3. Pada beban rendah maupun tinggi dianjurkan masing masing genset mempunyai power factor yang
relative sama. Baik pada sinkron manual maupun sink ron otomatic.
4. Pada saat pembebanan / beban kejut masing masing genset mempunyai response yang sama , hal ini
berkaitan dengan penyetelan droop speed dan pengaturan speed control.
5. Pada saat pelepasan beban dianjurkan dengan soft unloading yaitu secara perlahan lahan dengan
pengaturan speed dan voltage.
6. Pada saat pemasukan beban dianjurkan dengan soft unloading yaitu secara perlahan lahan dengan
pengaturan speed dan Voltage.
7. Pada saat pembebanan tidak diperkenankan beban mengayun ayun dari genset satu ke genset
lainnya, dan harus pada kondisi konstan.
8. Pada dua genset yang berbeda kapasitasnya pembebanan pada masing masing genset sebaiknya
secara proporsional.
Pada peralatan modern saat ini sudah banyak diciptakan modul modul yang dapat mengakom odasi
kebutuhan synhcrone genset, berikut load sharing, synchronizing, dependent start stop, dan lain lain.
Bahkan controlling dan monitoring dapat diakses jarak jauh baik menggunakan kabel data ataupun
wireless.
Berikut ini bisa dijelaskan mengenai fasili tas yang ada pada modul modul modern antara lain :
1. Dependent Start/ stop genset
Adalah fasilitas yang dapat mengatur berapa genset yang hidup menyesuaikan kebutuhan beban, jika
beban kecil maka memerintahkan genset yang lainnya untuk shutdown dengan s oft unloading terlebih
dulu. Demikian juga bila beban secara bertahap naik sampai melampaui setting yang kita tetapkan maka
genset yang lainnya akan diperintahkan start secara otomatis dan sinkron otomatis.
2. Peak saving genset
Adalah fasilitas dalam modul yang berfungsi untuk memberikan tambahan daya pada trafo , sebagai
contoh kapasitas terpasang suatu bangunan 2000 KVA beban puncak mencapai 1400 kw , karena kondisi
temperature dan suhu transformator sudah maksimal dan kritis , sedangkan masih ada kece nderungan
penambahan beban sehingga akan sangat beresiko, maka genset dioperasikan paralel untuk
memberikan tambahan daya. Pada saat beban sudah hampir mencapai kapasitas maksimal trafo maka
genset akan secara otomatis start dan otomatis akan parelel.
Beban trafo akan dibuat tetap sedangkan kelebihannya akan disupply oleh Genset. Jika suatu saat beban
menurun . maka otomatis genset akan diperintahkan untuk melepaskan beban dan shuting down.
3. Base load kontrol
Base load kontrol adalah fasilitas dari mod ul yang mengatur beban genset secara konstan. Sedangkan
kelebihannya yang fluktuatif di supply oleh trafo.
Sebagai contoh bila sebuah rental genset dimana pihak rental harus memberikan daya sebasar 1000 kw
secara kontinu maka genset bisa mensupply 1000 kw meskipun beban berubah ubah , kelebihan akan
disupply oleh PLN .
Sebagai contoh lain dua buah generator 1000 KVA bekerja paralel dimana salah satu genset Karena
alasan teknis dibatasi hanya maksimal 500 Kw sedangkan genset yang satunya yang mensupply beban
sisanya .
4. Dapat dioperasikan jarak jauh dengan menggunakan kabel data sampai sejauh 300 meter. Dalam
operasional jarak jauh dapat dilakukan start dan stop engine, terbaca parameter listrik antara lain
kw,kva,kvar,volt, hz,cosphi,volt dc, running hours dll.
Pengaruh dan akibat yang ditimbulkan bila syarat syarat paralel generator tidak dipenuhi :
1. Pada generator yang diparalel dengan PLN , maka apabila generator yang akan diparalel mempunyai
tegangan lebih tinggi maka begitu breaker close generato r tersebut mempunyai power factor yang
rendah, namun tidak membahayakan karena power factor di PLN masih induktif dan berdaya besar.Dan
apabila jika generator itu mempunyai tegangan yang lebih rendah maka power factor akan bersifat
kapasitif dan mempunyai kecenderungan akan terjadi reverse power. Reverse power dibatasi pada level
5 % dari daya nominal.
Pada generator yang diparalel dengan generator pada saat sama sama belum berbeban, maka apabila
tegangan lebih tinggi power factor akan rendah ( induktif) na mun sebaliknya power factor genset yang
lain akan juga rendah namun bersifat kapasitif. Hingga genset yang lain mempunyai kecenderungan
reverse power.
2. Jika urutan phase tidak sama system ABC di parallel
dengan system CBA, maka akan terjadi selisih tega ngan sebesar 2 kali tegangan nominal ,hal itu bisa
dideteksi dengan diukur secara manual menggunakan voltmeter, pada saat synchronoscope menunjuk 0
derajat, terdapat selisih sebesar 2 x 400 V.
3. Jika frekuensi tidak sama diparalelkan maka akan terjadi be berapa kemungkinan yaitu dari yang paling
ringan sampai yang paling berat. Sebagai contoh generator 1 mempunyai frekuensi 49 hz sedangkan
generator 2 mempunyai frekuensi 50 hz. Dengan melihat synchronoscope maka jarum akan berputar
dengan kecepatan sudut 2 phi r/ detik atau 1putaran/ detik. Jika pada saat masuk pas pada sudut nol
maka generator yang memiliki frekuensi lebih rendah akan mengalami reverse power dimana pada saat
terhubung sinkron fekuensi ada pada 49,5 Hz . Dan proteksi reverse power akan beke rja mengamankan ,
namun jika pada saat masuk sinkron pas posisi synchronoscope di sudut 180 derajat itu berarti terjadi
selisih tegangan yang sangat besar disamping kemungkinan reverse juga terjadi kerusakan yang fatal
terhadap generator, di breaker akan m uncul arus yang besar dan menimbulkan percikan api yang besar
dan diengine akan terjadi hunting sesaat…dan hal itu bisa mengakibatkan kerusakan mekanis sampai
patah pada cransaft. Karena tekanan beban besar yang tiba tiba.
4. Jika sudut fase tidak sama nam un kecenderungan frekuensi sama hanya akan menyebabkan hunting
sesaat tanpa ada kemungkinan reverse power, namun juga sangat berbahaya jika berbeda sudutnya
terlalu besar , engine akan mengalami tekanan sesaat hingga hunting.