Sistem Kontrol pada Pembangkit Listrik ( Jilid 2 )

Konfigurasi Tandem Compound

                Untuk mengatur sistem pembangkitan listrik yang kompleks seperti yang pernah dibahas pada artikel sebelumnya "Sistem kontrol pada Pembangkit Listrik ( jilid 1 )", diperlukan sistem instrumentasi dan kontrol yang juga memadai. Sistem instrumentasi utama yang berhubungan langsung dengan generator dan turbin adalah sistem instrumentasi frekuensi dan sistem instrumentasi daya  . Sistem instrumetasi frekuensi diperlukan untuk mengukur frekuensi dari turbin dan generator. Dari hasil pengukuran frekuensi juga dapat diperoleh kecepatan putaran dari turbin dan generator dalam revolusi per menit (rpm). Pengukuran kecepatan pada generator menggunakan magnetic pickup. Magnetic pickup pada prinsipnya merupakan generator listrik AC dengan satu kutub. Generator listrik yang dipakai terdiri dari satu magnet dengan kumparan kawat tembaga pada kutubnya. Magnetic pickup dapat nmengukur frekuensi dari putaran turbin maupun generator memanfaatkan keberadaan dari fluks magnet pada magnet generator. Ketika suatu material magnetik mendekati kutub dari generator, fluks magnetik akan bertambah. Kebalikannya, ketika material magnetik menjauhi generator, fluks magnetik akan berkurang menjadi seperti semula. Gerigi dari gir yang berputar pada generator maupun turbin terbentuk dari material magnetik. Perubahan dari fluks magnetik akan menghasilkan tegangan AC ke kumparan kawat yang ada. Dari tegangan AC yang dihasilkan, dapat dicari frekuensi dari pergerakan turbin dan generator. Namun perlu diperhatikan bahwa bentuk gir an jarak antar gerigi gir juga perlu diperhitungkan dalam pengukuran.

Fluks Magnetik Berkurang

Sistem instrumentasi daya diperlukan untuk mengamati perubahan beban listrik pada generator serta menjadi bagian dari sistem kontrol steam turbine. Instrumen yang dipakai adalah load sensor. Load sensor menggunakan current transformer yang ditempatkan di dekat keluaran generator. Saat generator menghasilkan daya listrik, arus listrik AC akan mengalir dari generator dan menginduksi arus pada current transformer. Arus pada current transformer bersifat linear terhadap beban di generator

Perbandingan arus pada current transformer dengan beban generator

                Dengan adanya sistem instrumentasi, sebagian hal yang diperlukan untuk mengontrol sistem pembangkitan listrik sudah terpenuhi. Hal lain yang diperlukan untuk mengontrol sistem adalah aktuator. Aktuator yang biasa dipakai dalam sistem kontrol pembangkitan listrik adalah governor. Governor merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengatur kecepatan serta keluaran daya dari suatu mesin, turbin, maupun alat penghasil daya (penggerak utama) lainnya. Governor mendeteksi kecepatan atau beban dari suatu alat penghasil daya dan mengatur banyaknya bahan bakar atau steam (uap) yang perlu dialirkan ke alat penghasil daya untuk menjaga beban dan kecepatan dari penggerak utama pada nilai tertentu. Dengan pengaturan tersebut, suatu alat penghasil daya dapat digunakan untuk suatu keperluan berdasarkan keadaan tertentu. Jenis governor pertama adalah centrifugal governor. Centrifugal governor bekerja dengan memanfaatkan gaya sentrifugal untuk membuka atau menutup suatu valve yang berakibat pada perubahan besar aliran bahan bakar atau steam. Sekarang, governor telah berkembang menjadi dua jenis yaitu governor hidromekanik dan governor elektrik. Prinsip kerja kedua governor ini serupa, namun governor hidromekanik menggunakan sinyal hidrolik dan governor elektrik menggunakan sinyal elektrik.

                Agar dapat bekerja, suatu governor harus memiliki lima elemen utama. Kelima elemen tersebut adalah :

1.            Speed setting

Menentukan kecepatan yang tepat adalah suatu hal penting untuk meningkatkan kinerja penggerak utama. Maka dari itu, governor membutuhkan alat untuk menentukan kecepatan yang tepat. Pada governor hydro mechanical digunakan speed springer sebagai penentu kecepatan. Apabila gaya yang diterima speed springer semakin besar, maka semakin tinggi juga kecepatan yang dicapai. Sementara pada governor elektronik, arus dan tegangan dipakai untuk menentukan kecepatan. Semakin tinggi arus atau tegangan masukan maka semakin tinggi kecepatan yang dicapai

2.            Sensing speed

Untuk menentukan kecepatan, pertama-tama governor perlu menerima gaya yang sebanding dengan kecepatan awal dari penggerak utama. Gaya yang diterima ini akan menjadi referensi dari kerja speed setting. Pada governor hydro mechanical digunakan flyweight sebagai elemen sensing speed. Flyweight akan menerima gaya sentrifugal yang terjadi akibat rotasi yang disebabkan gaya aliran steam atau bahan bakar. Gaya aliran ini proporsional dengan kecepatan dari penggerak utama. Sementara pada governor elektronik digunakan instrumen vibrasi atau rotasi. Nilai frekuensi atau rotasi yang diperoleh akan menjadi dasar dari elemen speed setting

3.            Pembanding antara kecepatan aktual dan kecepatan yang diinginkan

Antara kecepatan aktual dengan kecepatan yang diinginkan perlu dilakukan pembandingan. Dari pembandingan ini, dapat dicari selisih dari kecepatan aktual dan kecepatan yang diinginkan. Apabila selisih kecepatan nol, maka kecepatan yang diinginkan dari penggerak utama telah tercapai. Apabila kecepatan aktual lebih besar dari kecepatan yang diinginkan, maka governor akan mengurangi bahan bakar. Sementara apabila kecepatan aktual lebih kecil dari kecepatan yang diinginkan, maka governor akan menambah bahan bakar. Pada governor hydro mechanical, kecepatan dibandingkan di thrust bearing. Sementara pada governor elektronik, kecepatan dibandingkan pada summing point.

4.            Aktuator pengatur masukan bahan bakar

Untuk menjaga kecepatan pada nilai tertentu yang diinginkan, diperlukan suatu aktuator untuk mengatur masukan bahan bakar. Baik pada governor hydro mechanical maupun governor elektrik, aktuator yang diapakai adalah valve. Namun sistem penggerak valve yang digunakan pada kedua governor berbeda. Pada governor hydro mechanical, sistem hidrolik dipakai sebagai penggerak valve. Pada governor elektrikal, sistem elektrik dipakai sebagai penggerak valve.

5.            Sistem stabilisasi penggerak utama

Kestabilan penggerak utama adalah salah satu hal yang perlu dicapai oleh governor. Untuk mencapai kestabilan tersebut, governor menggunakan sistem feedback. Sinyal feedback akan dikirimkan dari penggerak utama ke thrust bearing atau summing point dari governor. Sinyal feedback yang dikirimkan dapat berupa droop maupun kompensator.

                Apabila sistem instrumentasi serta aktuator untuk sistem kontrol pembangkitan listrik sudah terpenuhi, dibutuhkan metode- metode tertentu untuk sistem kontrol tersebut. Metode pada sistem kontrol pembangkitan listrik bersifat unik, karena tidak lazim dipakai pada sistem lainnya. Isochronous dan droop adalah metode kontrol yang umum dipakai pada sistem kontrol pembangkitan listrik. Pada metode kontrol isochronous, tidak terjadi perubahan frekuensi dari sistem apabila terjadi perubahan beban listrik. Sementara pada metode kontrol droop, perubahan beban listrik akan diikuti dengan perubahan frekuensi dari sistem. Apabila beban listrik bertambah maka frekuensi dari sistem akan berkurang sesuai dengan nilai persentase droop yang telah ditentukan

                Dengan penggunaan metode kontrol isochronous, valve akan terus bergerak untuk melakukan koreksi hingga frekuensi yang diinginkan tercapai. Kebalikannya, pada metode kontrol droop, valve akan berada pada posisi (bukaan) yang tetap yang telah ditentukan berdasarkan nilai persentase droop. Pada suatu sistem pembangkit listrik yang terdiri dari beberapa generator, metode kontrol isochronous dihindari karena dapat menyebabkan hunting. Hunting adalah keadaan dimana masing- masing generator yang terhubung dalam suatu jaringan berupaya untuk menyamakan frekuensi sistem. Adanya hunting dapat menyebabkan osilasi pada frekuensi sistem. Osilasi ini dapat terjadi akibat koreksi frekuensi yang menyebabkan terjadi overshoot. Governor akan berusaha menghilangkan overshoot dengan menurunkan frekuensi sistem, namun undershoot akan terjadi. Koreksi akan terus dilakukan governor hingga overshoot dan undershoot terus terjadi dan semakin kuat, sehingga mengakibatkan osilasi

Grafik metode kontrol isochronous

Grafik metode kontrol droop

Silahkan baca juga ; - Sistem kontrol pada Pembangkit Listrik ( jilid 1 )             
                                     - Cara Pengoperasian Boiler                                    
                                     - Cara Mengoperasikan Turbine Shinko                                   
                                     - Alignment