Simulasi Generator Aproksimasi Tiga Fasa, Kondisi Eksitasi, dan Operasi Beban

Sebuah generator yang digerakkan oleh sebuah penggerak luar pada porosnya dengan percepatan rotasi sebesar 20 putaran/detik2 (merupakan akselerasi tipikal untuk frekuensi listrik 50 Hz) dan akan stabil pada frekuensi 50 Hz, yang sama dengan frekuensi listriknya, memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Stator

Induktansi lilitan R : 0.001 H/lilit, dengan lilitan sebanyak 20.2 lilitan

Resistansi lilitan R : 0.1 Ω/lilit.

Induktansi lilitan S : 0.00097 H/lilit, dengan lilitan sebanyak 20.1 lilitan

Resistansi lilitan S : 0.13 Ω/lilit.

Induktansi lilitan T : 0.0011 H/lilit, dengan lilitan sebanyak 20.3 lilitan

Resistansi lilitan T : 0.11 Ω/lilit.

Induktansi bersama antara fase R dan fase S: 0.00003 H

Induktansi bersama antara fase S dan fase T: 0.000032 H

Induktansi bersama antara fase R dan fase T: 0.000029 H

Rotor

Resistansi lilitan medan : 10 Ω, dengan satu lilitan

Arus lilitan medan : 15 A dc.

Secara alamiah arus penguatan medan akan menginduksi stator jika setiap konduktor fasa stator masing-masing dihubung-singkatkan dan akan memberikan nilai rugi-rugi dasar (stray losses) pada tegangan stator sama dengan tegangan rotor yang sebagai tegangan Thevenin-nya; perkalian arus Norton dan tegangan thevenin menghasilkan rugi-rugi dasar untuk generator ini, seperti ditunjukkan oleh gambar berikut:

 Image

Gambar 1. Konfigurasi Generator

Simulasi gelombang tegangan pembangkitan dan gelombang arus berikut ini menunjukkan kerja generator yang dimulai dari keadaan diam kemudian menuju kondisi eksitasi yaitu ketika generator berada pada mode hubung singkat dengan diberi tegangan penuh inisial yang merupakan tegangan awal karena efek penguatan medan, sehingga tegangan tersebut merupakan perkalian dari lilitan stator dan tegangan medan; kemudian ketika frekuensi telah mencapai 50 Hz pada detik 2.5 beban disaklarkan.

Keadaan penyaklaran menuju beban ini dapat menyebabkan tegangan transient yang sangat tinggi dalam rentang waktu sempit ( 31000 volt pada rentang 0.0001 detik) dan merusak.

 Image

Gambar 2. Arus Pembangkitan Generator

 Image

Gambar 3. Tegangan Pembangkitan Generator

Kedua gambar arus dan tegangan menunjukkan bahwa generator harus mampu bekerja pada rate daya keseluruhan sebesar 7.5 MVA dengan tegangan nominal 5 kV per fasa dan arus nominal 500 A per fasa.

Simulasi dengan generator faktual produksi CG Power System Hungary ( dahulu Ganz Transelektro Hungary )

Berikut ini adalah simulasi kondisi operasi dan hubung singkat pada generator produksi CG Power System Hungary dengan induktansi bersama diabaikan, berikut ini data pabrikan yang digunakan:

Berikut ini adalah simulasi keadaan hubung singkat dari generator dengan menggunakan base-frequency untuk reaktansi sinkron (synchronous reactance) yang diasumsikan akan jenuh pada frekuensi 200 Hz pada pengumpanan setengah kali nilai tegangan nominal:

Arus hubung singkat fasa A pada 0.5 kali tegangan nominal.

Arus hubung singkat fasa B pada 0.5 kali tegangan nominal.

 

Arus hubung singkat fasa C pada 0.5 kali tegangan nominal.

 

Simulasi keadaan operasi beban.

Simulasi keadaan operasi ini diawali dengan operasi hubung singkat, kemudian disakelarkan menuju beban pada detik ke 1 dengan beban penuh 21 MVA pada efisiensi 95% dan dengan faktor daya beban 0.86. Berikut ini grafik hasil simulasinya:

Simulasi arus pembangkitan pada beban penuh dengan frekuensi 50 Hz.

  

 Simulasi tegangan pembangkitan pada beban penuh dengan frekuensi 50 Hz.

Keadaan penyakelaran.

Ketika generator berpindah dari keaadaan eksitasi hubung singkat menuju beban, pasti terjadi satu perubahan drastis pada sisi arus dan tegangan pembangkitan; secara alamiah arus pada keadaan berbeban akan mengalami penurunan dan tegangan pembangkitan. Hal ini akan menimbulkan keadaan transient penyakelaran yaitu berupa sentakan/surge tegangan karena pengaruh perubahan arus sesaat di/dt yang mempengaruhi reaktansi sinkronnya seperti ditunjukkan oleh gambar-gambar berikut ini:

i. Arus keadaan penyakelaran:

ii. Tegangan keadaan penyakelaran.

ambar-gambar berikut ini adalah hasil test laboratorium dari CG Power System Hungary sebagai perbandingan:

Simulasi transient gelombang hubung singkat pada 0.5 kali tegangan nominal menurut perhitungan pendekatan:

Transient gelombang hubung singkat pada 0.5 kali tegangan nominal dari CG Power Hungary:

 

Puncak-puncak transient pada hasil uji laboratorium:

Transient hubung singkat pada fasa A dengan 0.5 kali tegangan nominal:

Transient hubung singkat pada fasa B dengan 0.5 kali tegangan nominal:

Transient hubung singkat pada fasa C dengan 0.5 kali tegangan nominal:

Simulasi yang saya buat adalah jika data reaktansi sinkron pada keadaan transient/hubung singkat tidak lengkap sehingga ‘damping factor’ digantikan oleh manipulasi matematis dengan kerjasama antara akselerasi frekuensi, reaktansi hubung-singkat seri dari stator tanpa ekivalensi reaktansi shunt dan reaktansi sinkron tak jenuh.

Simulasi ini hanyalah mengestimasi kebolehjadian letak puncak-puncak transient dari arus hubung singkat pada kondisi-mula sebelum disakelarkan kepada beban.

Regards,

4 Comments

Filed under Uncategorized

4 responses to “Simulasi Generator Aproksimasi Tiga Fasa, Kondisi Eksitasi, dan Operasi Beban

  1. mau nanya pak. ini simulasinya pakai apa ya?. trims

  2. mas, mau nanya untuk softwarenya menggunakan apa? terimakasih

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s