ISOLASI

TUGAS KELOMPOK 6

TEKNIK TEGANGAN TINGGI

Oleh:

SYAIFUL EFENDI (0910952049)

PRIANDIKA (1110953005)

FIKKY SYOFYAN (1110953025)

Dosen:

Dr. Eng. Ariadi Hazmi. ST, MT

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2012

2.12 FENOMENA PUSAT-KERUSAKAN DAN APLIKASINYA
Ini adalah fenomena yang terjadi setelah kerusakan yang sebenarnya telah terjadi dan merupakan teknis penting. Pembuangan cahaya dan busur adalah fenomena pusat-kerusakan, dan ada banyak perangkat yang beroperasi selama daerah ini. Dalam debit Townsend (lihat Gambar 2.21) arus meningkat secara bertahap sebagai fungsi dari terapan tegangan. Selanjutnya untuk titik ini (B) hanya arus yang meningkat, dan perubahan debit dari jenis Townsend ke tipe Cahaya (BC). Selanjutnya peningkatan pada arus menghasilkan pengurangan yang sangat kecil dalam tegangan pada lembah (CD) sesuai dengan daerah cahaya yang normal. Tegangan akan kembali meningkat (DE), ketika arus tersebut lebih meningkat, tapi akhirnya mengarah pada penurunan yang cukup besar dalam tegangan.
Ini adalah daerah debit busur (EG). Fenomena yang terjadi di daerah CG adalah fenomena post-breakdown yang terdiri dari debit cahaya (CE) dan debit busur (EG).

Glow Discharge (debit cahaya)
Sebuah debit cahaya ditandai dengan sebuah cahaya yang tersebar. Warna dari debit cahaya tergantung pada bahan katoda dan gas yang digunakan. Debit cahaya meliputi sebagian katoda dan ruang antara katoda, dan anoda akan memiliki pertengahan daerah gelap dan terang. Ini disebut cahaya normal. Jika arus di cahaya normal meningkat sedemikian rupa debit meliputi seluruh permukaan katoda, maka itu menjadi cahaya tak-normal. Dalam debit cahaya, tegangan turun antara elektroda secara substansial tetap, berkisar dari 75-300 V pada rentang arus 1 mA sampai 100 mA tergantung pada jenis gas. Sifat dari debit cahaya yang digunakan dalam aplikasi praktis, seperti tabung dingin katoda tegangan gas stabil (tabung regulasi tegangan atau tabung VR), untuk pembetulan, sebagai osilator relaksasi, dan sebagai amplifier.

Arc Discharge (debit busur)
Jika arus di celah meningkat menjadi sekitar 1 A atau lebih, tegangan pada celah tiba-tiba berkurang menjadi beberapa volt (20-50 V). Debit menjadi sangat bercahaya dan bising (daerah EG dalam Gambar. 2.21). Fase ini disebut debit busur dan kerapatan arus selama daerah katoda meningkat menjadi nilai yang sangat tinggi dari 10³ - 10⁷ A/cm². Pelengkungan dikaitkan dengan suhu tinggi, kisaran dari 1000^oC sampai beberapa ribu derajat Celcius. Debit akan berisi sebuah electron dengan kerapatan yang tinggi dan ion positif, yang disebut plasma arc. Studi tentang busur ini adalah penting dalam pemutusan sirkuit. dan kontak saklar lainnya. Ini adalah temperature tinggi sumber intensitas cahaya tinggi yang sesuai. Hal ini digunakan untuk pengelasan dan pemotongan logam. Ini adalah sumber cahaya di lampu seperti lampu busur karbon. Plasma suhu tinggi yang digunakan untuk pembangkit listrik melalui magneto-hidro dinamis (MHD) atau proses fusi nuklir.

Gambar. 2.20 Frekuensi daya (60 Hz) dan kurva tegangan impuls breakdown untuk celah batang-batang di udara pada n.t.p. Satu batang yang dibumikan. Kelembaban mutlak adalah 6,5 gms/ft². kurva impuls breakdown adalah untuk beberapa kali breakdown pada ekor gelombang

Gambar. 2.21 d.c. karakteristik tegangan-arus dari sebuah debit listrik dengan elektroda tidak memiliki titik tajam atau ujung-ujungnya

2.13 PERTIMBANGAN PRAKTIS DALAM MENGGUNAKAN GAS UNTUK TUJUAN ISOLASI

Dalam beberapa tahun terakhir, cukup banyak pekerjaan yang telah dilakukan untuk menerapkan sebuah gas khusus untuk penggunaan praktis. Sebelum menerapkan gas tertentu untuk tujuan praktis, hal ini berguna untuk mendapatkan pengetahuan tentang apa yang dilakukan gas, apa komposisinya, dan apa faktor-faktor yang mempengaruhi kinerjanya. Semakin besar kegunaan dari kinerja operasi menuntut dari gas isolasi, semakin tepat akan menjadi persyaratan yang harus dipenuhi oleh gas. Persyaratan yang dibutuhkan oleh gas dielektrik yang baik tidak ada dalam sebagian besar gas. Umumnya, sifat yang disukai dari dielektrik gas untuk aplikasi tegangan tinggi adalah:

(a) kekuatan tinggi dielektrik,
(b) stabilitas termal dan ketidak-aktifan kimia terhadap bahan konstruksi,
(c) tidak-mudah terbakar dan intertness fisiologis,
(d) suhu rendah dari kondensasi,
(e) perpindahan panas yang baik, dan
(f) kesiapan tersedianya pada harga yang cukup.

Gambar. 2.22 d.c. kekuatan breakdown dari jenis padat, cair, gas dan vakum isolasi dalam bidang yang seragam

Sulfur hexafluorida (SF6) yang telah menerima banyak study dalam beberapa tahun terakhir telah ditemukan untuk memiliki sebagian besar persyaratan di atas.

Dari sifat di atas, kekuatan dielektrik adalah properti yang paling penting dari sebuah dielektrik gas untuk penggunaan praktis. Kekuatan dielektrik gas sebanding dengan dielektrik padat dan cair (lihat Gambar. 2.22). Dalam beberapa tahun terakhir, sifat dielektrik kompleks yang terklorinasi dan terflorinasi senyawa molekuler juga telah dipelajari. Ini ditunjukkan pada Gambar. 2.23. Fitur dari kekuatan dielektrik tinggi dari gas dikaitkan untuk kompleksitas molekuler dan tingginya tingkat lampiran elektron (lihat Sec. 2,7). Kekuatan dielektrik relatif dan sifat kimia dan fisik dari beberapa gas komersial yang penting ditunjukkan dalam tabel 2.2.

Gambar. 2.23 kekuatan breakdown dari isolasi gas untuk berdiameter 75 cm elektroda bidang seragam memiliki jarak 12 mm

Dari gambar dan tabel, dapat dilihat bahwa SF₆ memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi dan suhu pencairan rendah, dan dapat digunakan melalui berbagai kondisi operasi. Oleh karena itu, banyak digunakan sebagai media isolasi peralatan tegangan tinggi seperti kabel tegangan tinggi, transformator arus dan tegangan, circuit-breakers dan gardu logam tertutup. Hal ini juga dapat dilihat dari tabel bahwa penambahan 30% SF₆ ke udara (denagn volume) meningkatkan kekuatan dielektrik oleh udara dengan 100%. Salah satu efek kualitatif pencampuran SF₆ ke udara adalah untuk mengurangi biaya keseluruhan dari gas, dan pada saat yang sama mencapai kekuatan dielektrik relatifitas tinggi atau hanya mencegah timbulnya korona pada tegangan operasi yang diinginkan. Selain penggunaan gas SF₆ dalam beberapa kali, semua orang tahu kualitas penting dari udara sebagai media isolasi untuk saluran transmisi listrik dan ledakan di udara cicuit-brakes.

2.14 ISOLASI RUANG HAMPA

2.14.1 Pendahuluan
Ide untuk menggunakan ruang hampa untuk tujuan isolasi sangat tua. Menurut teori Townsend, pertumbuhan arus pada sebuah jarak tergantung pada penyimpanan partikel bermuatan. Dalam tidak adanya partikel tersebut, seperti dalam kasus ruang hampa sempurna, harus tidak ada konduksi dan ruang hampa harus menjadi media isolasi sempurna. Namun, dalam praktiknya, kehadiran elektroda logam dan permukaan isolasi dalam ruang hampa mempersulit masalah dan, oleh karena itu, bahkan dalam ruang hampa, tegangan yang cukup tinggi akan menyebabkan kerusakan (breakdown).

Dalam beberapa tahun terakhir sejumlah besar pekerjaan telah dilakukan untuk menentukan sifat listrik ruang hampa tinggi. Hal ini terutama ditujukan untuk menerapkan suatu media untuk berbagai aplikasi di perangkat seperti kontraktor dan penyela ruang hampa, kapasitor dan relay frekuensi tinggi, generator elektrostatik, tabung microwave, dll. Kontraktor dan pemutus sirkuit menggunakan ruang hampa sebagai isolasi menemukan peningkatan aplikasi dalam sistem tenaga.

2.14.2 Apa ruang hampa?
Sebuah sistem ruang hampa yang digunakan untuk membuat ruang hampa adalah sistem di mana tekanan dipertahankan pada nilai yang jauh di bawah tekanan atmosfer. Dalam sistem ruang hampa tekanan selalu diukur dari segi milimeter air raksa, di mana satu standar atmosfer sama dengan 760 milimeter air raksa pada suhu 0^oC. Istilah “milimeter merkuri “ telah dibakukan sebagai" Torr "oleh Masyarakat Vacuum Internasional, di mana satu milimeter merkuri diambil sebagai sama dengan satu Torr. Ruang hampa dapat diklasifikasikan sebagai
ruang hampa tinggi : 1 x 10^-3 hingga 1 x 10^-6 Torr
ruang hampa sangat tinggi : 1 x 10^-6 hingga 1 x 10^-8 Torr
ruang hampa ultra tinggi : 1 x 10^-9 Torr dan bawah
Untuk tujuan isolasi listrik, kisaran ruang hampa umumnya digunakan adalah “ruang hampa tinggi” dengan batas tekanan 1 x 10^-3 hingga 1 x 10^-6 Torr.

2.14.3 Vacuum Breakdown
Dalam jenis Townsend debit dalam gas dijelaskan sebelumnya, elektron bisa dikalikan karena berbagai proses ionisasi dan sebuah longsoran elektron terbentuk. Dalam ruang hampa tinggi, bahkan jika elektroda dipisahkan oleh, katakanlah, beberapa sentimeter, elektron melintasi jarak tanpa menemui tabrakan. Oleh karena itu, perkembangan arus sebelum breakdown tidak dapat disebabkan oleh pembentukan elektron longsoran. Namun, jika gas dibebaskan dalam ruang hampa, kemudian, breakdown dapat terjadi dengan cara yang dijelaskan oleh proses Townsend. Dengan demikian, berbagai mekanisme breakdown dalam ruang hampa tinggi bertujuan pada membangun jalan di mana pembebasan gas dapat dibawa sekitar dalam selang ruang hampa.
Selama 70 tahun terakhir atau lebih, banyak mekanisme yang berbeda untuk breakdown dalam ruang hampa telah diusulkan. Ini dapat secara luas dibagi menjadi tiga kategori
(a) mekanisme pertukaran partikel
(b) mekanisme medan emisi
(c) teori penggumpalan

(a) Mekanisme Pertukaran Partikel
Dalam mekanisme ini diasumsikan bahwa sebuah partikel bermuatan akan dipancarkan dari satu elektroda dalam aksi dari medan elektrik tinggi, dan ketika itu menimpa elektroda yang lain, membebaskan partikel bermuatan secara berlawanan. Partikel-partikel ini yang dipercepat dengan menerapkan tegangan balik pada elektroda pertama dimana mereka melepas lebih dari jenis partikel aslinya. Ketika proses ini menjadi kumulatif, sebuah rantai reaksi timbul dimana mengarah kepada breakdown dari selang tersebut.

Mekanisme pertukaran partikel melibatkan electron-elektron, ion positif, photon dan gas yang diserap pada permukaan elektroda. Kualitatif, sebuah electron berada dalam selang ruang hampa yang dipercepat menuju anoda, dan pada dampak pelepasan ion A positif dan photon C. Ion-ion positif ini telah dipercepat menuju katoda, dan dampaknya tiap ion positif membebaskan elektron-elektron B dan tiap photon membebaskan elektron-elektron D. Ini ditampilkan skematiknya pada Gambar. 2.24. Breakdown akan terjadi jika koefisien dari produk electron sekunder melampaui kesatuan. Secara matematis, kondisi untuk breakdown dapat dituliskan sebagai berikut

(AB + CD) > 1 (2.32)

Kemudian, Trump dan Van de Graaff mengukur koefisien tersebut dan menunjukkan bahwa mereka terlalu kecil untuk proses ini berlangsung. Dengan demikian, teori ini adalah diubah untuk memungkinkan adanya ion negatif dan kriteria untuk rincian kemudian menjadi

(AB + EF) > 1 (2.33)

Dimana A dan B adalah sama seperti sebelumnya dan E dan F merupakan koefisien untuk pembebasan ion negatif dan positif oleh ion-ion positif dan negatif. Eksperimen tersebut ditemukan bahwa nilai-nilai produk EF cukup dekat ke kesatuan untuk elektroda tembaga, aluminium dan stainless steel untuk membuat mekanisme ini diterapkan pada tegangan 250 kV ke atas.

(b) Teori Medan Emisi
(i) Mekanisme Pemanasan Anoda
Teori ini mendalilkan bahwa elektron dihasilkan pada mikro-proyeksi kecil pada katoda karena emisi lapangan membombardir anoda menyebabkan kenaikan lokal di suhu dan pelepasan gas dan uap ke dalam celah ruang hampa. Elektron ini mengionisasi atom-atom gas dan menghasilkan ion-ion positif. Ion-ion positif yang tiba di katoda, meningkatkan emisi elektron primer karena pembentukan ruang muatan dan menghasilkan elektron sekunder dengan membombardir permukaan. Proses berlanjut sampai jumlah yang memadai elektron diproduksi untuk menimbulkan kerusakan, seperti dalam kasus Townsend jenis debit gas tekanan rendah. Hal ini secara skematis diperlihatkan pada Gambar. 2.25.

(ii) Mekanisme Pemanasan Katoda
Mekanisme ini mendalilkan bahwa dekat celah tegangan breakdown, titik yang tajam pada permukaan katoda bertanggung jawab atas keberadaan arus pre-breakdown, yang dihasilkan sesuai dengan proses medan emisi dijelaskan di bawah ini.

Arus ini menyebabkan pemanasan resistif di ujung titik dan ketika kepadatan arus kritis tercapai, ujung meleleh dan meledak, sehingga memulai debit ruang hampa. Mekanisme ini disebut medan emisi seperti yang ditunjukkan secara skematis pada Gambar. 2.26. Dengan demikian, inisiasi kerusakan tergantung pada kondisi dan sifat dari permukaan katoda. Bukti eksperimental menunjukkan bahwa kerusakan terjadi oleh proses ini ketika medan listrik katoda efektif adalah urutan 10⁶ sampai 10⁷ V/cm.

(c) Mekanisme Penggumpalan
Pada dasarnya teori ini telah dikembangkan pada asumsi berikut (Gambar 2.27):

· Sebuah partikel longgar terikat (gumpalan) ada di salah satu permukaan elektroda.

· Pada penerapan tegangan tinggi, partikel ini akan mendapat muatan, kemudian akan terlepas dari elektroda induk, dan dipercepat di celah.

· Breakdown terjadi karena debit di uap atau gas dilepas oleh dampak dari partikel pada elektroda target.

Cranberg adalah orang pertama yang mengusulkan teori ini. Dia awalnya mengasumsikan breakdown yang akan terjadi ketika energi per satuan luas, W, dikirim ke elektroda target dengan gumpalan melebihi nilai C, sebuah konstanta, karakteristik dari sepasang elektroda tertentu. Kuantitas W adalah produk dari tegangan celah (V) dan kerapatan muatan pada gumpalan. Yang terakhir adalah sebanding dengan medan listrik E pada elektroda asal. Kriteria untuk breakdown, oleh karena itu,

VE = C’ (2.34)

Dalam kasus elektroda bidang sejajar medan E = V/d, di mana d adalah jarak antara elektroda. Jadi kriteria umum untuk breakdown menjadi

V = (C d)^1/2 (2.35)

di mana C merupakan konstanta yang melibatkan C dan kondisi permukaan elektroda.
Cranberg menyajikan ringkasan hasil eksperimen yang memuaskan kriteria breakdown ini dengan cukup akurat. Dia menyatakan bahwa asal gumpalan adalah katoda dan memperoleh nilai C konstan sebesar 60 x 10¹⁰ V²/cm (untuk partikel besi). Namun persamaan kemudian dimodifikasi sebagai V = C d^α , dimana variasi α antara 0,2 dan 1,2 tergantung pada panjang celah dan bahan elektroda, dengan maksimum pada 0,6. Ketergantungan V pada bahan elektroda, berasal dari pengamatan tanda-tanda pada permukaan elektroda. Kawah yang diamati pada anoda dan daerah meleleh pada katoda atau sebaliknya setelah breakdown tunggal.

(d) Ringkasan
Meskipun telah ada sejumlah besar pekerjaan yang dilakukan pada fenomena kerusakan ruang hampa, sejauh ini, tidak ada teori tunggal telah mampu menjelaskan semua pengukuran eksperimental yang tersedia dan pengamatan. Karena ada bukti eksperimental untuk semua mekanisme didalilkan, tampak bahwa mekanisme masing-masing akan bergantung, untuk sebagian besar, pada kondisi di mana percobaan dilakukan. Faktor-faktor eksperimental paling signifikan yang mempengaruhi mekanisme breakdown adalah: kesenjangan (celah, selang) panjang, geometri dan material dari elektroda, keseragaman permukaan dan perlakuan permukaan, keberadaan partikel asing dan tekanan gas sisa dalam kesenjangan/celah/selang ruang hampa. Diamati bahwa pilihan yang tepat dari bahan elektroda, dan penggunaan lapisan isolasi tipis di celah panjang dapat ditingkatkan tegangan breakdown dari kesenjangan ruang hampa. Di sisi lain, peningkatan luas elektroda atau adanya partikel dalam kesenjangan ruang hampa akan mengurangi tegangan breakdown.

Read More

energi angin

TUGAS MAKALAH

ENERGI DAN DASAR KONVERSI ENERGI ELEKTRIK

DOSEN:

ANDI PAWAWOI, M.T

KELOMPOK 10

NURHANDINI 1110953003

PRIANDIKA 1110953005

NURUL ANNISA 1110953013

FIKKY SYOFYAN 1110953025

MISYE ADRIANDA 1110953035

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2013

ENERGI ANGIN

Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat karena hampir semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi. Misalnya untuk penerangan, proses industri atau untuk menggerakkan peralatan rumah tangga diperlukan energi listrik, untuk menggerakkan kendaraan baik roda dua maupun empat diperlukan bensin, serta masih banyak peralatan di sekitar kehidupan manusia yang memerlukan energi. Sebagian besar energi yang digunakan di Indonesia berasal dari energi fosil yang berbentuk minyak bumi dan gas bumi. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil setidaknya memiliki tiga ancaman serius, yakni: (1) Menipisnya cadangan minyak bumi, (2) Kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang lebih besar dari produksi minyak, (3) Polusi gas rumah kaca (terutama CO2) akibat pembakaran bahan bakar fosil.

Krisis energi yang melanda Indonesia, khususnya energi listrik telah memaksa berbagai pihak untuk mencari solusi dalam mengatasi persoalan ini. Banyak sekali penelitian yang telah dilakukan untuk mencari sumber energy alternatif selain dari minyak bumi dan batubara. Pemanfaatan energi matahari,angin dan air sudah banyak dilakukan baik dalam sekala kecil maupun besar. Salah satu yang sedang popular adalah pemanfaatan tenaga air dan angin. Banyak sekali orang membuat kincir angin dan kincir air untuk dirubah menjadi energi listrik.

Oleh karena itu dengan mengetahui proses konversi energi angin menjadi energi listrik dapat menjadikan bahan pertimbangan dalam mengembangkan energi angin menjadi salah satu sumber energi alternatif yang terbarukan dan tidak menimbulkan polusi bagi lingkungan.

Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel. Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, aerasi tambak ikan/udang, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan lain-lain. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut, berbeda halnya dengan energi air.

Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Didaerah katulistiwa, udaranya menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik keatas dan bergerak kedaerah yang lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya suatu perpindahan udara dari garis katulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi.

Gambar 1 Skema terjadinya angin pasat

Gambar diatas melukiskan terjadinya angin pasat secara skematik. Dimana angin berjalan dari daerah katulistiwa naik keatas menuju kutub, dari kutub angin turun ke bawah menuju daerah katulistiwa dan seterusnya. Jadi pada prinsipnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara di beberapa tempat dipermukaan bumi.

Potensi Tenaga Angin

Energi Kinetik dari angin dapat dipakai untuk menjalankan turbin angin, tetapi dalam kenyataannya sangat sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup terus menerus. Namun begitu di daerah Pesisir atau daerah di ketinggian, angin yang cukup tersedia konstan.

Listrik yang dihasilkan dari system konversi energy angin akan bekerja optimal pada siang hari dimana angin berhembus cukup kencang disbanding pada malam hari, sedangkan penggunaan listrik biasanya aka meningkat pada malam hari. Untuk mengantisipasinya system ini sebaiknya tidak langsung digunakan untuk keperluan produk-produk elektronik, namun terlebih dahulu disimpan dalam satu media seperti aki atau baterai sehingga listrik yang keluar besarnya stabil dan bisa digunkan kapan saja.

Turbin Angin

1. Jenis Turbin Angin

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi dua jenis turbin angin Propeller dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah yang kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan. Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah digunakan adalah untuk memompa air dan pembangkit tenaga listrik. Turbin angina terdiri atas dua jenis, yaitu :

a. Turbin angin Propeller adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling – baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya.

Gambar 1.a Turbin angin Propeller

b. Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun 1920. Keuntungan dari turbin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeller.

Gambar 1.b Turbin angin Darrieus

Setiap jenis turbin angin memiliki ukuran dan efisiensi yang berbeda. Untuk memilih jenis turbin angin yang tepat untuk suatu kegunaan diperlukan tidak hanya sekedar pengetahuan tetapi juga pengalaman. Pada umumnya turbin angin yang mempunyai jumlah sudu banyak (soliditas tinggi) akan mempunyai torsi yang besar. Turbin angin jenis ini banyak digunakan untuk keperluan mekanikal seperti pemompaan air, pengolahan hasil pertanian dan aerasi tambak. Sedangkan turbin angin dengan jumlah sudu sedikit, misalnya dua atau tiga, digunakan untuk keperluan pembangkitan listrik. Turbin angin jenis ini mempunyai torsi rendah tetapi putaran rotor yang tinggi. Gambar 1.2 menjelaskan bahwa rotor dengan jumlah sudu banyak akan mempunyai torsi yang besar tetapi efisiensi tidak terlalu tinggi atau sebaliknya.

Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angin dengan jumlah sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi energi angin yang rendah karena rated wind speed-nya tercapai pada putaran rotor dan kecepatan angin yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan turbin angin dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik) tidak akan beroperasi secara effisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s.

Dengan demikian daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe multi blade, cretan sail dan savonius

Gambar 1.2 Berbagai Jenis turbin angin

2. Kontruksi Turbin Angin

2.1 Sudu

Untuk mendapatkan hasil yang optimal maximal dari sebuah kincir angin maka perlu diperhatikan sebagai berikut:

a. Bentuk sudu seperti sekerup atau memuntir, sehingga aerodinamisnya semakin baik.

b. Untuk mendapatkan energi yang lebih baik sayap – sayap dipasang langsung pada rotor.

c. Untuk sudu yang ideal berjumlah 3 buah sudu, karena menghasilkan pembagian gaya dan keseimbangan yang lebih baik.

Gambar 2.1 Rotor Sudu dari Turbin Angin

2.2 Generator

Generator AC dan generator DC memiliki perbedaan prinsip. Untuk generator DC kumparan jangkar ada pada bagian rotor dan terletak di antara kutub-kutub magnit yang tetap di tempat, diputar oleh tenaga mekanik. Pada generator AC, konstruksinya sebaliknya yaitu, kumparan jangkar disebut juga kumparan stator karena berbeda pada tempat yang tetap, sedangkan kumparan rotor bersamasama dengan kutub magnet diputar oleh tenaga mekanik.

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit kumparan medan magnet yang terletak di antara kutub magnet utara dan selatan diputar oleh tenaga air atau tenaga lainnya, maka pada kumparan rotor akan timbul medan magnet atau fluks yang bersifat bolak-balik atau fluks putar. Flux putar ini akan memotong-motong kumparan stator, sehingga pada ujung-ujung kumparan stator timbul gaya gerak listrik karena pengaruh induksi dan flux putar tersebut. Gaya gerak listrik (ggl) yang timbul pada kumparan stator juga bersifat bolak-balik, atau berputar dengan kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar rotor.

a. Generator AC
Pada generator AC dipakai sebuah medan magnetic yang berputar sehingga energi listrik dan lilitan stator dapat dikeluarkan. Arus penguatan untuk rotor dihasilkan oleh satu atau lebih lilitan generator yang dipasang pada poros dimana juga rotor terpasang. Listrik yang dihasilkan disearahkan dengan bantuan dioda. Dioda adalah elemen pengantar tanggung yang meneruskan arus listrik hanya pada satu arah. Generator AC jenis praktis menghasilkan arus bolak balik tiga fase dengan frekuensi yang tergantung dan jumlah putaran rotor. Hal ini praktis tidak memungkinkan penghubungan jaringan (50Hz), kecuali kalau dengan perantaraan pengaturan putaran jaringan dapat disinkronisasikan. Jika generator ini dihubungkan dengan sebuah jembatan perata arus, maka dapat diperoleh arus searah dengan keuntungan yang telah disebut terdahulu.

b. Generator DC
Bekerjanya generator DC berdasarkan pengaruh timbal balik antara medan-medan magnetik dari stator dan rotor. Di dalam lilitan stator, arus tiga fase yang dihubungkan membangkitkan medan magnetik yang berputar. Karena ini terjadilah medan magnetik di dalam rotor sehingga di dalam lilitan-lilitan yang dihubungkan dengan singkat, mengalir arus. Sebagai akibatnya arus ini mengubah medan rotornya sedemikian rupa sehingga rotor itu berputar. Di medan rotor dan medan stator selalu harus ada perubahan, sebab kalau tidak begitu mesinnya tidak dapat bekerja.

Jadi, rotor itu tidak akan pernah berputar sinkron dengan medan rotor. Kalau motornya yang berputar, rotor itu berputar mengikuti medan stator. Perbedaan antara putaran rotor dan medan stator disebut selip dan dinyatakan dengan proses dan putaran sinkron. Bila rotor ini berputar lebih cepat dan pada medan stator, maka mesinnya bekerja sebagai generator. Juga di sini terdapat selip. Tegangan yang dihasilkan adalah sefase dengan tegangan jaringan; variasi jumlah putaran (dalam batas-batas tertentu) diserap oleh selip.

a) Keuntungan generator DC
1. Generator ini tidak begitu peka terhadap gangguan. Di dalamnya tidak terdapat sikat-sikat arang, gelanggelang seret dan pengaturan-pengaturan yang mudah rusak. Terutama bagi kincir angin, hal ini sangat penting karena kincir angin tidak mudah dimasuki untuk perawatan.

2. Sedikit variasi pada jumlah putaran ditampung oleh selip, sehingga alat-alat yang mahal untuk mengkonstarikan putaran tidak diperlukan.

3. Sebuah generator menghasilkan arus setelah diperkuat oleh tegangan jaringan. Jadi, generator itu merupakan suatu keseluruhan dengan jaringan.

b) Kekurangan generator DC

1. Mesinnya memerlukan arus mati jaringan. Walaupun arus mati sebenarnya tidak membangkitkan daya di dalam mesin, tetapi itu dapat menimbulkan kerugian pada kawat-kawat dimulai dan sentral. Dampak ini dapat dibatasi dengan kompensasi arus mati.

2. Arus gerak awal sangat tinggi, sehingga akibat dan menurunnya tegangan pada saluran-saluran dapat terjadi kelipan inisalnya pada cahaya lampu.
Sebuah varian pada generator DC adalah mesin nadi gelang seret. Di sini lilitan rotornya tidak dihubungkan secara singkat, tetapi dikeluarkan melalui gelang-gelang seret. Dengan mengatur arus rotorya, beberapa variasi yang lebih besar dalam jumlah putarannya masih dapat diserap.

3. Penyimpan Energi
Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah accu mobil.
Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya DC (Direct Current) untuk mengcharge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini.

4. Rectifier-inverter
Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang sinusoidal (AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energi (accu/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh accu akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC ,maka diperlukan inverter

untuk mengubah gelombang DC yangdikeluarkan oleh accu menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga.

Pemilihan Tempat

Secara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan turbin angin antara lain:

a. Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai nozzle, yang mempercepat aliran angin.

b. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat memperlambat angin, dataran terbuka yang sangat luas memiliki potensi energi angin yang besar.

c. Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut dan di daratan menyebabkan angin bertiup secara terus menerus.

Walau pada dasarnya turbin angin dapat dipasang di mana saja di tempat tersebut di atas, pengkajian potensi angin tetap harus dilakukan untuk mendapatkan suatu sistem konversi energi angin yang tepat. Pengkajian potensi energi angin di suatu tempat dilakukan dengan mengukur dan menganalisis kecepatan dan arah angin. Analisis data angin dilakukan dengan menggunakan metoda statistik untuk mencari kecepatan angin rata-rata, durasi kecepatan angin dan distribusi frekwensi data angin. Jika informasi mengenai arah angin juga tersedia, analisis dengan menggunakan metoda wind rose dapat dilakukan untuk mengetahui kecepatan rata-rata, frekuensi dan energi angin di setiap arah mata angin. Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi energy angin dapat ditentukan dengan cara:

a. Pilih Tempat. Tempat ditentukan sesuai kebutuhan, kemudian potensi energi angin dikaji dari data yang didapat. Cara ini mempertimbangkan:

1. Aksesibilitas baik untuk pekerjaan konstruksi maupun perawatan,

2. Kondisi sosial budaya setempat,

3. Kepentingan lain

b. Pilih Potensi. Pemilihan tempat berdasarkan besarnya potensi energy angin yang tersedia. Semakin besar kecepatan angin rata-rata di suatu tempat akan semakin baik. Semakin tinggi potensi energi yang tersedia akan memberikan keuntungan berupa ukuran sistem konversi energy angin yang semakin kecil dan tidak perlu terlalu efisien sehingga pembuatannya akan lebih mudah dan murah.

Konversi Energi Angin

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energy mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

Gambar 2 Skema Konversi Energi Angin

Dari prinsip dasar kerja turbin angin yang mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Baling-baling menerima datangnya angin sehingga ia berputar pada porosnya, putarannya tidak terlalu cepat karena massanya yang besar, diteruskan oleh poros laju rendah ke belakang melalui gearbox. Gearbox mengubah laju putar menjadi lebih cepat, konsekuensinya dengan momen gaya yang lebih kecil, sesuai dengan kebutuhan generator yang ada di belakangnya. Generator kemudian mengubah energi kinetik putar menjadi energi listrik.

Daya angin dihasilkan dari pergerakan angin dan energi yang terkait dengan gerakan seperti itu adalah energi kinetik:

          Dimana,

m = Massa udara dalam Kg

V = Kecepatan massa udara dalam m/s

Massa udara didefinisikan sebagai perkalian antara Volume dengan kepadatan:

dimana,

Q = Volume (m³)

ρ = Kepadatan/ kerapatan udara (Kg/m³)

Karena daya adalah energi per satuan waktu, oleh karena itu ekspresi daya dapat diturunkan sebagai berikut:

disini, dQ/ dt adalah debit rata-rata (m³/s). Debit adalah tingkat volume aliran, seperti yang telahdipahami bahwa setiap fluida mampat, debit (Q) adalah sama dengan produk daerah aliran penampang (A) dan kecepatan rata-rata nya (v) dimana,

A = daerah yang melawati rotor sudu. (m2)

v = kecepatan rata-rata (m/s)

sehingga persamaan daya angin menjadi;

Ketika kita berbicara tentang keunggulan dan kelemahan energi angin, hal yang pertamakali digambarkan dari energi angin adalah bahwa sumber energi ini secara ekologis dapat diterima, yang berarti bahwa energi angin tidak seperti bahan bakar fosil yang memiliki kontribusi lebih besar terhadap dampak perubahan iklim. Energi angin tidak akan melanjutkan pencemaran terhadap planet kita seperti bahan bakar fosil selama ini. Misalnya, turbin angin tunggal 1-MW dapat menghemat sekitar 2.000 ton karbon dioksida dalam satu tahun.

Energi angin juga merupakan sumber energi terbarukan yang berarti tidak dapat habis seperti bahan bakar fosil. Energi angin yang tersedia di atmosfer lima kali lebih besar daripada konsumsi energi dunia saat ini. Potensi energi angin di darat dan dekat pantai sekitar 72 TW (tera watt) yang melebihi lima kali lebih banyak dari penggunaan energi dunia saat ini dalam segala bentuk.

Keuntungan lain dari tenaga angin adalah fakta bahwa setiap orang bisa membangun atau membeli turbin angin untuk memanfaatkan energi angin dan memenuhi kebutuhan energi di rumah sendiri. Turbin angin tidak perlu banyak perawatan dan seseorang tidak perlu menjadi jenius untuk meng-handlenya. Tentu saja memiliki turbin angin sendiri juga berarti menghindari terjadinya pemadaman listrik bila terjadi kerusakan jaring PLN. Juga, listrik tenaga angin akan menjadi lebih hemat biaya seiring dengan adanya banyak penelitian yang dilakukan untuk memotong biaya instalasi, meningkatkan efisiensi dan untuk memastikan agar energi angin menjadi lebih dapat diandalkan.

Ketika berbicara mengenai kekurangan energi angin, hal pertama yang harus disebutkan adalah ketersediaan angin. Di beberapa tempat angin kencang sering ditemui yang membuat pemanfaatan energi angin menjadi sangat mudah, sementara di beberapa tempat angin tidak cukup kuat untuk menciptakan listrik yang memadai.

Biaya instalasi tenaga angin yang masih relatif tinggi merupakan kelemahan lain dari energi angin. Secara kasar, dibutuhkan sekitar 10 tahun untuk mengembalikan biaya instalasi energi angin. Memang, ini bukan waktu yang sangat panjang, namun biaya instalasinya yang besar masih menjadi penghalang bagi banyak orang untuk memanfaatkan energi angin.

Kelemahan lainnya dari tenaga angin adalah bangunan pembangkit listrik tenaga angin dapat mempengaruhi estetika lanskap. Fasilitas listrik tenaga angin juga perlu direncanakan dengan hati-hati, lokasi dan pengoperasiannya harus meminimalkan dampak negatif pada populasi burung dan satwa liar.

Read More

Generator Induksi

TUGAS MAKALAH

ENERGI DAN DASAR KONVERSI ENERGI ELEKTRIK

DOSEN:

ANDI PAWAWOI, M.T

KELOMPOK 10

NURHANDINI 1110953003

PRIANDIKA 1110953005

NURUL ANNISA 1110953013

FIKKY SYOFYAN 1110953025

MISYE ADRIANDA 1110953035

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2013

Generator induksi

Generator induksi adalah mesin induksi yang bekerja sebagai generator,oleh karena itu mesin induksi mempunyai persamaan dan konstruksi yang sama untuk generator maupun untuk motor. Generator ini mendapat eksitasi dari luar,syarat utama tegangan dapat timbul untuk generator induksi adalah jika Nr>Ns dengan Nr = kecepatan rotor dan Ns = kecepatan sinkron. Misal radiator diputus oleh penggerak luar,diatas Ns maka slip akan bernilai negative lalu mesin akan mensuplay daya dan menghasilkan tegangan, Selain itu membangkitkan tenaga juga memerluka daya remanasi magnet pada rotor .

Generator induksi merupakan salah satujenis generator AC yang menerapkan prinsip motor induksi untuk menghasilkan daya. Generator induksi dioperasikan dengan menggerakkan rotornya secara mekanis lebih cepat daripada kecepatan sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi biasa umumnya dapat digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator induksi sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin angin, atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, karena dapat memanfaatkan energi denganpengontrolan yang relatif sederhana.

Generator induksi adalah generator yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dalam pengoperasiannya. Generator ini dapat bekerja pada putaran rendah serta tidak tetap kecepatannya, sehingga generator induksi banyak digunakan pada pembangkit listrik dengan daya yang rendah seperti pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro atau pembangkit listrik tenaga baru.

Generator induksi merupakan jenis pembangkit listrik alternatif yang cocok untuk skala kecil atau beban rumah tangga (450 Va). Hal ini disebabkan karena harga generator induksi relatif lebih murah dibanding dengan generator sinkron. Kelemahan generator induksi adalah kinerjanya sangat dipengaruhi oleh beban. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan storage terhadap kinerja generator induksi. Parameter motor induksi yang digunakan sebagai generator induksi adalah jenis rotor sangkar, 3 fase, dan 2 HP.

Pengujian ini digunakan 4 buah kapasitor (@ 12 mF) dipasang pada setiap fase, inverter, converter, dan accu 120 Ah sebagai storage. Pengujian kinerja generator induksi dilakukan dengan pemasangan kapasitor tiap fase secara bertahap dan memonitoring keluaran generator induksi (tegangan, frekuensi, dan rpm) pada saat dibebani dan tanpa beban, pengujian ini dilakukan pada saat tanpa menggunakan storage dan menggunakan storage. Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan penurunan kinerja generator induksi (pengujian tanpa storage).

Pada saat kapasitas kapasitor terpasang 12 ìF, tegangan keluaran mengalami penurunan sebesar 63% (tanpa beban 6,3 volt, berbeban 60 watt = 2,2 volt). Kapasitas 24 ìF, 36 ìF, dan 48 ìF tegangan mengalami penurunan sebesar 2,7%, 1,6%, dan 1,5%. Untuk rpm dan frekuensi secara keseluruhan (12 ìF, 24 ìF, 36 ìF, dan 48 ìF) hanya mengalami penurunan sebesar 0,1% dan 0,2%. Sedangkan pengujian dengan menggunakan storage hasilnya menunjukkan bahwa dengan adanya storage tegangan output, rpm dan frekuensi tidak mengalami penurunan (pada saat berbeban dan tanpa beban), karena arus yang diserap oleh beban terpasang diambil dari storage atau accu sehingga beban tidak mempengaruhi keluaran generator induksi.

Keuntungan dari penggunaan generator induksi dibandingkan dengan generator biasa diantaranya adalah ukuran dan harga yang lebih murah, tidak memerlukan sumber AC, adanya proteksi terhadap bahaya kelebihan beban dan hubung singkat, dan lain-lain. Oleh karena itu, generator induksi banyak digunakan pada system tenaga listrik yang terisolir. Pada system tenaga listrik yang terisolir, generator induksi menggunakan penguat yang dihasilkan sendiri sehingga sering disebut generator induksi berpenguat sendiri.

Generator induksi merupakan mesin induksi yang bekerja sebagai generator. Ketika kecepatan putar rotor mesin induksi lebih besar dari kecepatan sinkron dari medan putar pada celah udara, mesin induksi yang sama dapat bekerja sebagai generator induksi.

Generator induksi masih dapat bekerja dan menghasilkan tegangan walaupun kecepatan putarnya dan sumber daya masukannya tidak tetap. Oleh karena itu, generator induksi saat ini mulai banya digunakan sebagai pembangkit energy terutama untuk sumber daya tak terbarukan terutama untuk daerah yang terisolasi dari jaringan listrik.

Untuk mengoperasikannya, generator induksi harus dieksitasi menggunakan tegangan yang leading. Ini biasanya dilakukan dengan menghubungkan generator kepada sistem tenaga eksisting. Pada generator induksi yang beroperasi standalone, bank kapasitor harus digunakan untuk mensuplay daya reaktif. Daya reaktif yang diberikan harus sama atau lebih besar daripada daya reaktif yang diambil mesin ketika beroperasi sebagai motor. Tegangan terminal generator akan bertambah dengan pertambahan kapasitansi.

Karakteristik torka-kecepatan mesin induksi seperti kurva pada Gambar 1, memperlihatkan bahwa jika motor induksi diputar pada kecepatan yang lebih tinggi daripada nsyncoleh sebuah penggerak mula (prime mover) eksternal, arah torka induksinya akan berbalik dan motor akan berlaku sebagai sebuah generator. Dengan bertambahnya torka yang diberikan penggerak mula kepada porosnya, besar daya yang dihasilkan oleh generator induksi ikut bertambah. Seperti diperlihatkan gambar, terdapat nilai torka induksi maksimum yang mungkin pada mode operasi generator. Torka ini disebut dengan torka pushovergenerator. Jika torka yang diberikan penggerak mula kepada poros melebihi torka pushover, generator akan overspeed.

Ada beberapa keterbatasan ketika mesin induksi beroperasi sebagai generator. Karena tidak adanya rangkaian medan yang terpisah, generator induksi tidak dapat menghasilkan daya reaktif. Dalam pengoperasiannya, generator induksi justru mengonsumsi daya reaktif sehingga sumber daya reaktif eksternal harus terhubung kepada generator sepanjang waktu untuk menjaga medan magnet statornya. Sumber daya reaktif eksternal ini juga harus mengontrol tegangan teriminal generator. Tanpa arus medan, generator induksi tidak dapat mengontrol tegangan keluarannya sendiri. Normalnya, tegangan generator dijaga oleh sistem tenaga dimana generator tersebut dihubungkan.

Satu keuntungan besar dari generator induksi adalah kesederhanaannya. Sebuah generator induksi tidak memelukan rangkaian medan terpisah dan tidak harus diputar secara terus-menerus pada kecepatan tetap. Selama putaran mesin masih lebih tinggi daripada dari sistem tenaga yang terhubung padanya, mesin akan tetap berfungsi sebagai generator. Semakin besar torka diberikan kepada porosnya (sampai nilai tertentu), maka akan semakin besar daya output yang dihasilkan.

Fakta bahwa tidak ada pengaturan rumit yang diperlukan membuat generator induksi menjadi pilihan yang tepat untuk kincir angin, sistem pemanfaatan panas, dan sumber-sumber daya tambahan serupa yang ditambahkan kepada sistem tenaga eksisting. Pada aplikasi-aplikasi seperti itu, perbaikan faktor daya dapat dihasilkan oleh kapasitor dan tegangan terminal generator induksi dapat dikontrol sistem tenaga eksternal.

Prinsip Kerja Generator

Prinsip kerja generator induksi adalah kebalikan daripada saat mesin induksi bekerja sebagai motor. ketika mesin berfungsi sebagai motor, kumparan stator diberi tegangan tiga fasa sehingga akan timbul medan putar dengan kecepatan sinkron (ns). Namun jika motor berfungsi sebagai generator, pada rotor motor diputar oleh sumber penggerak dengan kecepatan lebih besar daripada kecepatan sinkronnya. Bila suatu konduktor yang berputar didalam medan magnet (kumparan stator) akan membangkitkan tegangan sebesar

Dimana :

e = tegangan induksi yang dihasilkan (volt)

B = fluks magnetik (weber)

l = panjang konduktor yang dilewati medan magnet (m)

v = kecepatan medan magnet melewati konduktor (m/s)

dan bila dihubungkan ke beban akan mengalirkan arus. Arus pada rotor ini akan berinteraksi dengan medan magnet pada kumparan stator sehingga timbul arus pada kumparan stator sebagai reaksi atas gaya mekanik yang diberikan. Pada proses perubahan motor induksi menjadi generator induksi dibutuhkan daya reaktif atau daya magnetisasi untuk membangkitkan tegangan pada terminal keluarannya. Dalam hal ini yang berfungsi sebagai penyedia daya reaktif adalah kapasitor yang besarnya disesuaikan dengan daya reaktif yang diperlukan.

Kebutuhan daya reaktif dapat dipenuhi dengan memasang suatu unit kapasitor pada terminal keluaran, dimana kapasitor menarik daya reaktif kapasitif atau dengan kata lain kapasitor memberikan daya reaktif induktif pada mesin induksi. Kerja dari kapasitor ini dapat dipandang sebagai suatu sistem penguat (eksitasi) sehingga generator induksi juga dikenal dengan sebutan generator induksi penguatan sendiri (self excited of induction generator). Hal terpenting yang harus diperhatikan dalam kinerja generator induksi adalah fluksi sisa atau medan magnet pada kumparan stator, dimana tanpa adanya fluksi sisa ini proses pembangkitan tegangan tidak akan tejadi.

Dengan adanya fluksi sisa ini dan perputaran rotor akan menimbulkan tegangan induksi pada rotor. Tegangan induksi ini akan terinduksi pula pada sisi stator dan akan menimbulkan arus yang akan mengisi kapasitor hingga terjadi keseimbangan. Keseimbangan tersebut ditandai dengan titik pertemuan antara lengkung magnetisasi dengan garis reaktansi kapasitif seperti terlihat pada gambar di bawah ini . Lengkung magnetisasi tersebut terjadi akibat adanya kejenuhan inti besi dari generator.

Pada generator induksi tidak terdapat hubungan listrik antara stator dengan rotor, karena arus pada rotor merupakan arus induksi.

Sehingga prinsip kerjanya dapat di simpulkan bahwa :

1. Bila sumber tegangan yang dipasang pada kumparan stator, akan timbul medan putar dengan kecepetan Ns =120f / p

2. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduksi pada rotor

3. Akibatnya pada rotor akan timbul ggl induksi

4. Karena rotor merupakan rangkaian yang tertutup maka ggl induksi akanmengalirkan arus ( I)

5. Adanya arus (I) dalam medan magnet akan menimbulkan gaya pada rotor

6. Pada kopel muka yang dihasilkan oleh gaya pada rotor cukup besar memikulkopel beban , rotor akan berputar searah dengan putar rotor

7. Seperti yang telah dijelaskan, ggl induksi akan timbul karena terpotongnya rotor atau medan putar stator, artinya ggl induksi timbul diperlukan adanya perbedaan antara kecepatan medan putar stator (Ns) dan kecepata berputarnya rotor (Nr)

8. Perbedaan kecepatan antara Nr dan Ns disebut slip

9. Besarnya Nr (kecepatan rotor) lebih besar daripada Ns (kecepatan stator)

10. Rumus slip dinyatakan dalam

Jenis - Jenis Generator Induksi

Dalam aplikasinya generator induksi dibagi menjadi dua jenis yaitu generator induksi masukan ganda ( Doubly Fed Induction Generator atau DFIG ) dan generator induksi berpenguat sendiri ( Self Excited Induction generator atau SEIG ).Pembagian jenis generator ini berdasarkan pada sumber eksitasi generator berasal. Eksitasi pada generator induksi dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnit padarotor generator untuk selanjutnya menghasilkan induksielektromagnetik padasetator yang akan menghasilkan energy listrik. Selain itu juga eksitasi dibutuhkan untuk mengkompensasi daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator dalam membangkitkan listrik.

1. Generator induksi masukan ganda

Pada generator induksi masukan ganda, eksitasi diperoleh dari jaringan listrik yang telah terpasang. Generator induksi jenis ini menyerap daya reaktif dari jaringan listrik untuk membangkitkan medan magnit yang dibutuhkan. Pada generator jenis ini, terminal keluaran generator dihubungkan dengan inverter yang kemudian dihubungkan dengan bagian generator. Generator induksi masukan ganda saat ini banyak digunakan sebagaigenerator pada pembangkit listrik tenaga baru.

Generator diatas merupakan gambar skema dari model generator induksi masukan ganda. Terdapat dua buah inverter yang menghubungkan antara keluaran generator dengan rotor. Kedua inverter tersebut dihubungkan dengan penghubung AS. Inverter yang terhubung dengan jaringan bekerja pada frekuensi yang sama dengan frekuensi jaringan. Inverter ini juga mengatur besar factor daya yang masuk agar sesuai dengan besar daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator. Sedangkan inverter yang terhubung dengan rotor bekerja pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi putaran generator. Dengan menggunakan konfigurasi seperti ini, besar arus yang mengalir pada rotor dapat di atur sesuai dengan daya yang akan dibangkitkan.

Keuntungan dari generator induksi masukan ganda diantaranya adalah tegangan dan frekuensi yang dihasilkan dapat tetap besarnya walaupunkecepatan putarnyaberubah- ubah.

Namun generator jenis ini membutuhkan inverter sebagai pengatur tegangan pada rotor dan juga rotor jenis kumparan karena generator ini membutuhkan sumber pada rotornya.Sehingga tidak semua jenis mesin induksi dapat digunakan sebagai generator induksi jenis ini. Selain itu juga generator ini membutuhkan adanya jaringan listrik untuk dapat beropasi, karena sumber daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator berasal dari jaringan. Sehingga apabila tidak ada jaringan listrik atau generator lain yang memberikan daya reaktif maka generator jenis ini tidak dapat beroperasi. Selain itu jika terjadi gangguan pada jaringan atau blackout jaringan generator ini juga tidak dapat beroprasi.

2. generator induksi berpenguat sendiri

Pada generator induksi berpenguat sendiri, eksitasi diperoleh dari kapasitor yang dipasang parallel pada terminal keluaran generator. Generator induksi jenis ini bekerja seperti mesin induksi pada daerah saturasinya hanya saja terdapat bank pasitor yang dipasang pada terminal statornya. Karena sumber eksitasi generator ini berasal dari kapasitor yang pada terminalnya maka mesin induksi dengan rotor kumparan maupun sangkar bajing dapat digunakan sebagai generator induksi berpenguat sendiri.

Generator induksi jenis ini memiliki beberapa keuntungan yaitu:

1. Tidak membutuhkan pengaturan tegangan pada rotornya.

2. Tidak memerlukan inverter.

3. Disain peralatan yang tidak rumit.

4. Harga pembuatan lebih murah.

5. Perawatan yang diperlukan murah dan tidak sulit.

6. Dan tidak memerlukan jaringan listrik untuk dapat beroperasi

Namun generator induksi berpenguat sendiri juga dapat beroperasi dalam suatu jaringan lisrtik dan tetap dapat beroperasi walaupun terdapat gangguan pada jaringan. Oleh karena itu generator induksi berpenguat sendiri lebih fleksibel dalam pengoprasiannya.

Generator induksi berpenguat sendiri merupakan pilihan yang tepat untuk memenuhi kebutuhan energy di tempat yang terisolir dimana daya reaktif dari jaringan listrik tidak atau belum ada. Sumber energy yang digunakan untuk mensuplai generator dapat berasal dari sumber energy yang tidak terlalu besar jumlahnya, seperti kincir angina ataupun kincir air di sungai (yang biasa dikenal dengan pembangkit listrik tenaga mikrohidro).

Dengan melihat kondisi di Indonesia dimana terdapat beberapa daerah yang belum terjangkau listrik, generator induksi berpenguat sendiri merupakan salah satu solusi yang tepat. Hal ini karena generator induksi berpenguat sendiri dapat beroperasi sendiri tanpa adanya jaringan listrik, maka generator ini merupakan pilihan tepat untuk pengembangan jaringan listrik di Indonesia. Dengan melihat besarnya sumber energy angin yang dimiliki Indonesia masih belum tereksplorasi secara maksimal kesempatan menggunakan generator induksi berpenguat sendiri sebagai pembangkit listrik tenaga baru masih cukup besar. Karena Indonesia adalah Negara kepulauan maka sudah tentu terdapat banyak sungai. Bahkan di daerah pendalaman sekalipun biasanya terdapat sungai. Sungai-sungai ini dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro untuk memenuhi kebutuhn desa-desa disikitarnya yang belum terjangkau jaringan listrik. Dengan melihat kenyataan ini maka dapat diketahui bahawa kesempatan penggunaaan generator induksi berpenguat sendiri cukup besar. Oleh karena itu dibutuhkan pengembangan teknologi pendukungnya agar kualitas energy yang dihasilkannya menjadi lebih baik.

Aplikasi Generator Induksi

Generator induksi telah dikenal sejak awalabad 20, tapi antara tahun 1960-an dan 1970-an hampir tidak lagi terlihat digunakan. Namun, generator induksi membuat sebuah comebacksejak harga minyak yang mengejutkan pada 1973. Karena mahalnya biaya untuk menghasilkanenergi, pemanfaatanenergi menjadi 6 bagian penting dari perekonomian kebanyakan proses industri. Generator induksi ideal untuk aplikasi semacam ini karena hanya membutuhkan sedikit dalam sistem kontrol dan pemeliharaannya.

Karena kesederhanaan dan ukuran yang kecil untuk tiap kilowatt daya output,

generator induksi juga sangat membantu dalam kincir angin yang kecil. Banyak kincir angin komersial dirancang beroperasi parallel dengan sistem tenaga yang besar, dengan mensuplay sebagian daritotal kebutuhan daya konsumen. Pada pengoperasian seperti ini, sistem tenaga dapat mengontrol tegangan dan frekuensi, sedangkan kapasitor statis dapat digunakan untuk koreksifaktor daya.

Aplikasinya terdapat pada generator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL)

Jenis generator yang digunakan pada PLTGL ialah jenis Generator Asinkron (generator tak-serempak) yang merupakan motor induksi yang dirubah menjadi generator, generator ini dipilih karena PLTGL sebagai energi alternatif tidak banyak membutuhkan perawatan seperti halnya generator sinkron, lebih kuat, handal, harga lebih murah dan tidak membutuhkan bahan bakar pada saat diaplikasikan di lapangan, tapi cukup bergantung pada sumber energi terbarukan seperti air, angin, dan lain – lain sebagai prime over (penggerak mula). Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh

masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (Alternating Current).

Turbin dan Generator Asinkron

Aplikasi Generator Induksi pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Generator induksi sering dipasang guna mencukupi suplai daya tambahan untuk beban di daerah terpencil dimana layanan saluran transmisinya terbatas. Dengan segala keunggulan yang disebutkan diatas adalah pilihan yang tepat pada kasus ini digunakan mesin induksi sebagai generator.

Penggunaan generator induksi pada system pembangkit tenaga angin dimana mesin atau kincir angin yang memutar generator tidak mengharuskan pada kecepatan sinkronnya. Dengan demikian, jika daya yang dibangkitkan tidak mensyaratkan frekwensi dan tegangan tetap maka generator dapat dioperasikan stand alone, atau terisolasi, terlepas dari saluran publik (Chan, 1993: 2-3). Jenis beban yang dapat dilayani oleh generator induksi ini diantaranya adalah mesin pompa air, kipas angin atau pemanas.

Angin hampir ada di setiap permukaan bumi, tetapi hanya sedikit daerah yang bisa memanfaatkan angin sebagai sumber energi. Daerah tersebut terutama terdapat dibelahan bumi bagian utara dan selatan, yaitu didaerah dimana keadaan angin cukup stabil kekuatan dan frekuensinya.

Contohnya di Swedia dan Jerman banyak unit tenaga angin dibangun di wilayah sepanjang pantai negara ini. Juga didaerah pegunungan. Gambar 1. merupakan contoh dari skema unit tenaga angin (Thedy, 2003: 4).

Anemometer

Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol

Blades

Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau pisau untuk mengangkat dan berputar

Brake

Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

Controller

Pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang.

Gear box

Gears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm, kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik. gearbox adalah bagian mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator mengeksplorasi direct-drive yang beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah dan tidak perlu kotak gigi.

Generator

Biasanya standar induksi generator yang menghasilkan listrik dari 60 siklus listrik AC.

High-speed shaft

Drive generator.

Low-speed shaft

Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.

Low-speed shaft

Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.

Pitch

Blades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik.

Rotor

Pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor

Tower

Menara yang terbuat dari baja tabung (yang ditampilkan di sini), beton atau kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak. Tower Pembangkit Listrik Tenaga Angin dapat dibedakan menjadi 3 jenis seperti gambar.. Setiap jenis tower memiliki karakteristik masing-masing dalam hal biaya, perawatan, efisiensinya, ataupun dari segi kesusahan dalam pembuatannya

Tower (kiri) Guyed (Tengah Lattice (kanan) Mono-structure

Wind direction

Ini adalah turbin pertama”yang disebut karena beroperasi melawan angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan “melawan arah angin,” menghadap jauh dari angin.

Wind vane

Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.

Yaw drive

Yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin.

Yaw motor

Kekuatan dari drive yaw.

Penyimpan energi (Battery)

Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun.

Komponen generator Induksi

Secara umum konstruksi generator induksi/ asinkron adalah sama dengan konstruksi motor induksi, hanya saja dalam pengoperasiannya generator induksi memerlukan penggerak mula (dalam hal ini turbin yang di gerakkan oleh tenaga hasil gelombang laut) untuk menggerakkan rotor motor induksi tersebut selain Agar dapat berfungsi sebagai generator dengan tegangan dan frekuensi sama dengan tegangan dan frekuensi jala jala, maka putaran rotor harus sama dengan putaran nominal motor induksi yang dijadikan generator. Tegangan hanya dapat timbul bila ada sisa magnet pada rotor. Untuk memperoleh tegangan nominal, dipasang kapasitor paralel pada terminal kumparan stator .

Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil.

Daftar Pustaka:

http://arman-aldisyah.blogspot.com/2011/01/starting-awal-generator-induksi.html

http://uny.ac.id/berita/generator-induksi-ide-djulianto-mahasiswa-ft-uny.html

http://www.scribd.com/doc/52743269/Jenis-generator-induksi

http://tonytaufik.wordpress.com/motor-induksi-sebagai-generator/

http://abdoelrauf.blogspot.com/2012/05/pembangkit-listrik-tenaga-gelombang.html

http://www.scribd.com/doc/138239433/Makalah-Generator-Induksi-3-Fasa

http://sikasatmata.blogspot.com/2013/04/pembangkit-listrik-tenaga-angin-dan.html

Read More