Analisis Governor

8/6/2019 Analisis Governor

1/10

ANALISIS GOVERNOR PADA PENGATURAN FREKWENSI PLTGU DI PT

INDONESIA POWER UBP PRIOK

ACHMAD FAUZAN, 10402008

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok

16424 telp (021) 78881112, 7863788

Abstraksi : Sistem pembangkit tenaga listrik tenaga gas dan uap (PLTGU), merupakan sistem

pembangkitan yang menggabungkan pembangkit tenaga gas (PLTG) dan pembangkit tenaga uap (PLTU).

PLTG terdiri dari turbin gas yang dikopel dengan generator menggunakan bahan bakar gas dari pertamina

sebagai sumber energi. PLTU terdiri dari ketel uap,governor, turbin uap yang dikopel dengan generator,

mendapat sumber energi dari gas hasil pembakaran dari PLTG [4].

Unit governor sebagai pengaturan frekwensi dalam sistem, mengatur keluaran uap yang

bertekanan dari ketel uap untuk menggerakan turbin uap berada dalam putaran dengan frekwensi 50

Hertz (standar Indonesia) dan mengantifikasi terjadinya penyimpangan terhadap frekwensi dalam sistem

[1][2][3]. Penyimpangan frekwensi dari batas nilai nominal terjadi apabila kebutuhan yang digunakanoleh konsumen (beban) lebih besar dari daya aktif yang dibangkitkan dari pembangkit atau terjadinya

gangguan pada sistem sehingga frekwensi sistem turun. Sedangkan frekwensi sistem naik apabila ada

tambahan daya dari unit pembangkit. Maka untuk mempertahankan nilai frekwensi pembangkitan daya

aktif dalam sistem disesuaikan dengan konsumen (beban) [1][3].

Dilihat dari segi mekanis pada unit PLTU, pengaturan frekwensi adalah pengaturan daya aktif

yang dibangkitkan generator, dengan cara mengatur tambahan pemberian uap penggerak turbin uap yang

dikopel dengan generator. Pengaturan ini dilakukan oleh unit governor, yang bekerja dengan fungsinya

apabila terjadinya perubahan frekwensi dalam sistem [1][3].

Tanggal Pembuatan : 1 November 2009

1. PENDAHULUAN

Sistem pembangkitan tenaga listrik tenaga

gas dan uap (PLTGU) merupakan suatu sistem

pembangkitan yang terdiri dari pembangkit

tenaga gas (PLTG) dan pembangkit tenaga uap

(PLTU) yang saling dikombinasikan. PLTG

menggunakan bahan bakar gas dari pertamina

sebagai sumber energi untuk menggerakanturbin gas yang dikopel dengan generator. PLTU

mendapat sumber energi dari gas hasil

pembakaran pada turbin gas yang dimanfaatkan

untuk mengahasilkan uap yang bertekanan

dalam ketel uap yang dialirkan melaluigovernoruntuk menggerakan turbin uap yang dikopel

dengan generator.

Gambar 1 Sistem pembangkit tenaga gas dan

uap. Unit Governor terletak antara ketel uapdan turbin uap


2/10

Pada unit pembangkit tenaga listrik terdapat

pengaturan frekwensi yang dilakukan oleh unit

governor, berfungsi agar keluaran uap yang bertekanan dari ketel uap untuk menggerakan

turbin uap berada dalam putaran dengan

frekwensi 50 Hertz (standar Indonesia) dan

mengantifikasi terjadinya penyimpanganterhadap frekwensi dalam sistem. Untuk

melakukan fungsinya, governor mengukurfrekwensi yang dihasilkan generator dengan cara

mengukur kecepatan putar poros generator,

karena frekwensi yang dihasilkan generator

sebanding dengan kecepatan putar poros

generator [1][2][3].

Penyimpangan frekwensi dalam sistem

terjadi apabila kebutuhan daya yang digunakan

oleh konsumen (beban) lebih besar dari daya

aktif yang dibangkitkan, atau terjadinyagangguan pada sistem, maka frekwensi sistem

turun. Sedangkan frekwensi dalam sistem naik

apabila ada tambahan daya dari unit pembangkit.

Untuk mempertahankan nilai frekwensi dalam

sistem, pembangkit daya aktif disesuaikan

dengan konsumen (beban) [1][3]. Karena

pengaturan frekwensi dilakukan dengan

mengatur daya aktif yang dibangkitkan

generator, maka generator mengatur kopel

mekanis yang dihasilkan mesin penggerak

generator. Pengaturan kopel mekanis dilakukan

dengan cara mengatur tambahan pemberian uappenggerak turbin dalam pembangkit PLTU [1].

Tujuan dari penulisan ini adalah

mengetahui cara kerja governor sebagai pengaman untuk mengantifikasi terjadinya

penyimpangan frekwensi dari batas nilai

nominal dan menggembalikan nilai frekwensi ke

posisi semula yaitu 50 Hertz apabila terjadinya

penyimpangan frekwensi.

2. LANDASAN TEORI

Energi listrik yang dibangkitkan (dihasilkan)

tidak dapat disimpan melainkan langsung habis

digunakan oleh konsumen (beban). Oleh karena

itu, daya yang dibangkitkan selalu sama dengan

daya yang digunakan konsumen. Penyediaan

daya aktif (Watt) harus mampu menyediakan

tenaga listrik dengan nilai frekwensi yang

praktis dan konstan, karena penyimpangan

frekwensi dari batas nilai nominal selalu dalam

batas toleransi yang diperbolehkan, yaitu dengan

frekwensi 50 Hertz [1][2]. Apabila pembangkit

daya listrik tidak mencukupi kebutuhan

konsumen atau terjadinya gangguan dalam

sistem, maka hal ini di tandai oleh turunya

frekwensi dalam sistem dan sebaliknya apabila pembangkit daya listrik lebih besar dari pada

kebutuhan konsumen maka frekwensi sistemakan naik.

2.1Mutu Tenaga LIstrik

Dengan makin pentingnya peranan tenaga

listrik dalam kehidupan sehari-hari, dengan

menjaga kwalitas tenaga listrik yang

dibangkitkan, khususnya bagi keperluan

industri. Maka mutu tenaga listrik juga menjadi

tuntutan yang makin besar dari pihak pemakaitenaga listrik.

Mutu tenaga listrik ini meliputi :

1. Kontinuitas penyediaan : apakah tersedia 24

jam sepanjang tahun.

2. Nilai tegangan : apakah selalu ada dalam

batas-batas yang diizinkan.

3. Nilai frekwensi : apakah selalu ada dalam

batas-batas yang diizinkan.

4. Kedip tegangan :apakah besarnya dan

lamanya masih dapat diterima .

5.

Kandungan harmonisa : apakah jumlahnyamasih dalam batas-batas yang dapat diterima

oleh pemakai tenaga listrik.

Unsur-unsur 1 sampai dengan 5 tersebut

diatas dapat direkam sehingga masalah dapat

dibahas secara kuantitatif antara pihak penyedia

dan pemakai tenaga listrik.

Dalam hal ini pada butir 3 hanya akan

dibahas pengaturan nilai frekwensi dalam sistem

yang berkaitan dengan penyediaan daya aktifmengigat bahwa hal ini merupakan salah satu

hal yang dominal dari mutu tenaga listrik.

2.2Terjadinya Perubahan Frekwensi [1]

Daya yang dibangkitkan selalu sama dengan

daya yang digunakan oleh konsumen (beban).


3/10

Apabila daya yang dibangkitkan tidak sesuai

dengan kebutuhan yang digunakan oleh

konsumenT < 0, maka frekwensi turun. Dansebaliknya apabila daya yang dibangkitkan

mendapat tambahan putaran generator T > 0,maka frekwensi naik.

Penurunan frekwensi ini disebabkan oleh 2 hal

yaitu :

1. Apabila daya yang digunakan oleh

konsumen telah melebihi demain yang

dibangkitkan dalam waktu tertentu.

2. Terjadinya gangguan atau pemadaman (trip)

pada salah satu unit pembangkit.

3. GOVERNOR PADA PENGATURAN

FREKWENSI

Pada unit PLTU pengaturan frekwensi

dilakukan oleh unit governor yang mengaturkeluaran uap bertekanan dari ketel uap untuk

menggerakan turbin uap berada dalam putaran

dengan frekwensi 50 Hertz, dan

menggantifikansi terjadinya penyimpangan

terhadap frekwensi dalam sistem.

Jenis governor yang di gunakan adalah

jenis woodward, jenis ini terdiri dari Springloaded Accumulator(memberi tekanan minyak)

pada pengarah tekanan minyak, untukmenggerakanpower piston (katup utama) keatasatau kebawah tergantung pengarahan yang

dilakukan oleh Pilot Velve (penghubungperputaran poros generator) yang digerakan oleh

titik A Fly Weight(bola-bola pegas) yang berputar menghasilkan gaya sentralfugal

menyebabkan titik A naik atau turun.

3.1 Fungsi Governor [1][3]Oleh karenanya frekwensi yangdibangkitkan sama dengan yang digunakan oleh

konsumen, dan frekwensi akan berkurang

apabila kebutuhan daya yang digunakan oleh

konsumen lebih besar dari yang dibangkitkan.

Maka unit pembangkit (Governor) berfungsisebagai menjaga putaran pada generator agar

berada dalam frekwensi 50 Hertz, terhadap

adanya variasi beban atau gangguan pada sistem

dengan memberi tambahan uap bertekanan pada

turbin uap dengan cara terangkatnya katup

utama, di tandai dengan terjadinya frekwensi

turun.

3.2Prinsip kerja governor [1]Untuk melakukan fungsinya governor

mengukur frekwensi dengan cara mengukur

kecepatan putar poros generator karena

frekwensi yang dihasilkan generator sebanding

dengan kecepatan putar poros generator. Apabila

frekwensi turun ditandai dengan pengurangan

putaran kecepatan dari generator yang disensor

oleh pilot velve. Pada pilot velve memberi inputkepada bola-bola berputar karena kecepatan

putar dari generator berkurang putaranya maka

kecepatan putar pada bola-bola berputar juga berkurang kecepatan sudutnya, sehingga

menyebabkan pegas menguncup menimbulkan

gaya sentrifugal berkurang yang selanjutnya

akan menyebabkan turunya titik A dan titik B.

3.3Diagram blok cara kerja unit governor[6][7]

Untuk mempermudah penjelasan

tentang unit kerja dari governor diperlukandigram blok fungsi alih governor itu sendiri.

Gambar 2, keluaran C(s) diumpan-balikan ketitik penjumlahan untuk dibandingkan dengan

masukan acuan R(s). keluaran blok C(s)

diperoleh dengan mengalikan fungsi alih G(s)dengan masukan blokE(s).

C(s) = G(s) E(s)

Sedangkan jika keluaran diumpan-

balikan ke titik penjumlahan untuk dibandingkan

dengan masukan, maka perlu mengubah bentuk

sinyal keluaran agar sama dengan bentuk sinyal

masukan. Pengubah ini dilakukan oleh elemenumpan balik yang mempunyai fungsi alih H(s).elemen umpan balik ini akan memodofikasi

keluaran sebelum dibandingkan dengan

masukan. Sinyal umpan balik yang diumpan-

balikan ke titik penjumlahan untuk dibandingkan

dengan sinyal masukan.


4/10

)()()(1

)()( sR

SHsG

sGsC

+=

Gambar 2.Fungsi Alih unit governor

Gambar 3. Diagram blok unitgovernor

3.4Tinjauan Matematis Respon Waktu DariGovernor Terhadap Frekwensi [1]Untuk mengadakan tinjauan matematis

terhadap respon waktu (time respon) dari

governorgambar (4) dengan menonjolkan arahgerak dari titik-titik engsel pada governor.Pengaturan primer yang dilakukan governor

dalam menanggapi perubahan-peribahan

memerlukan waktu. Bagaiman pengaruhgovernor dalam menanggapi perubahan bebanmemerlukan waktu. Bagaimana pengaruh

governor selama pengaturan primer tersebut

berlangsung ditunjukan sebagai karakteristik.

Frekwensi versus waktu, menggambarkan

respon waktu dari governor.

Gambar 4.Hubungan gerakan titik-titik engselpada governor

keterangan gambar 4 :

Masukan (input) ke governor diterima :

a. Melalui titik A yaitu apabila terjadi

perubahan frekwensi yang selanjutnya akan

diikuti dengan pengaturan primer dari

governor.

b. Melalui titik B2 yaitu apabila dilakukan

pengaturan sekunder baik secara manual

maupun melalui motor pengatur putaran

Apabila governor dalam keadaan steadysatate dan kemudian terjadi perubahan frekwensi

atau perubahan beban yang relatif kecil

disekitar titik steady state maka gerakan dariengsel-engsel governor adalah kecil sehingga

perubahan posisi engsel-engsel hubungannyasatu sama lain dapat dianggap linier. Apabila

arah gerakan yang positif adalah seperti

ditunjukan oleh arah panah dalam gambar (4)

maka frekwensi turun maka menyebabkan

perubahan daya, sehingga didapat :

xA = - K1p

Ada tanda negative karena titik A bergerak

kearah positif apabila frekwensi turun sebesar

f.


5/10

Apabila unit pembangkit dari governor yang

dibahas paralel dengan sistem yang besar maka

XB2 akan menyebabkan perubahan daya P

dan praktis tidak menimbulkan perubahan

frekwensi, sehingga dapat ditulis :

xB2 = K2f

Gerakan titik engsel B1 dipengaruhi oleh gerak

titik engsel A dan titik engsel B2, maka :

xB1 = k3xA + k4xB2 + K5xD

= - k3 . k1p + k4 k2xB2f + K5xD

Konstanta k1, k2, k3, k4 dan k5 besarnya

tergantung kepada jarak antara titik-titik engsel

pada governor seperti terlihat pada gambar (4).

Gerakan titik B1 akan menggerakan titik Dmelalui sistem hidrolik. Dari gambar ini dapat

dilihat bahwa besarnya gerakan titik D

tergantung kepada :

1. Jauh dekatnya titik B1 bergerak untuk

membuka aliran minyak bertekanan kearah

panghisap yang mengangkat titik D

2. Lamanya titik B1 memberi kesempatantekanan minyak tersebut dalam butir (1)

mengangkat panghisap titik D.Kedua hal tersebut diatas dapat dinyatakan

sebagai berikut :

xD = k6(-XB1) dt

Dimana k6 adalah sebuah konstanta yang

tergantung kepada sistem hidrolik governor yang

menghubungkan gerakan titik B dengan titik D

dan adanya tanda negative disebabkan arah-arah

positif yang dipilih pada gambar (4). Untuk

memecahkan persamaan xB1 dan xD kitagunakan transformasikan Laplase ke bidang (s)

sehingga :

f menjadi F(s)

p menjadi P(s)

xB1 menjadi xB1(s)

Selanjutnya transformasi Laplace dari

persamaan xB1 dan xD berturut-turutmenghasilkan :

XB1(s) = - k3 . k1 P(s) + k4 k2 F(s)

+ k5xD

XD (s) =s

k6 . XB1 (s)

Dari persamaan XB1(s) dan XD(s ) yang sudah

ditransformasikan kedalam Laplace, akan

menyatakan xD(s) dalam P(s) dan F(s)

dengan mengelimirXB1(s).

Dan nilai ini dimasukan dalam persamaan

XB1(s) memberikan :

Dimana :

-6k

sXD (s) = -k3 . k1P(s) + k4 . k2F(s)

+ K5XD (s)

XD (s)

5

6

kk

s =-k3.k1P(s) + k4 . k2F(s)

XD (s) =

+

+

6

5

2413 )(.)(.

ksk

sFkksPkk

).(

)(..)(..

65

624613

skk

sFkkksPkkk

+

+=

+= )(

1.

.)(

).(

..

3

24

65

613 sFkk

kksP

skk

kkk

+

= )(1)(

.1

.

65

5

13

sFR

sP

kk

sk

kk

+= )(

1)(

1sF

RsP

sT

k

G

G

= )(

1)( sF

RsPG G


6/10

3.5 Diagram Blok Sistem

Gambar 5 Block diagram system tanpa tie lines

Gambar diatas diagram blok hubungan antara

output dari unit governer dengan dalam sistemtenaga tistrik yang mempunyai karakteristik

beban tertentu dan terdiri dari sekelompok unit

pembangkit serta berhubungan dengan sistem

tenaga listrik lain melalui tie lines.

3.5Pengaturan Sekunder Pada Governor [1]

Gambar (6) Pengaturan sekunder untuk

menaikan frekwensi sistem

Gambar (6) setelah tercapai

keseimbangan dititik 3 dengan frekwensi F1.Pengaruh sekunder ini berati penggeseran garis

atatisme sistem sejajar keatas). Frekwensi

cenderung menuju titik 4A tetapi karena beban

naik dengan naiknya frekwensi menurut garis

beban maka keseimbangan baru tercapai dititik 4

dengan frekwensi F0 dan beban sebesar P4 pada

gambar (6).

Proses ini menggambarkan bagaiman

proses pengaturan frekwensi melalui pengaturan

sekunder berlangsung dalam sistem sebagai

akibat penambahan beban. Dengan uraian yang

serupa dapat dianalisa bagaimana proses

pengaturan frekwensi apabila terjadi penurunan

beban dalam sistem. Pengturan sekunder, dapatdilakukan secra manual ataupun oleh komputer.

Jika dilakukan secara manual dalam sistem yangterdiri dari banyak unit pembangkit dan juga

banyak pusat listrik yang tersebar,

pelaksanaannya perlu dikoordinir. koordinasi

pengaturan sekunder ini, berati pula koordinasi

pembagian dalam sistem, oleh karena-nyadilakukan oleh pusat pengatur beban sistemtenaga listrik. Jika pengaturan ini dilakukandengan menggunakan komputer maka software

dari komputer harus diidi datanya oleh pusat

pengatur beban agar sesuai dengan kondisisistem.

Gambar (7) Pengaturan sekunder yang diikutidengan perubahan beban sistem

Keterangan gambar 7 :

Sesungguhnya berlangsung setapak demi

setapak seperti digambarkan oleh gambar (7)

yang sesungguhnya merupakan proses

pengaturan sekunder yang digambarkan oleh

gambar (7). Frekwensi dinaikan dari titik-1 ke

titik-2, ini menyebabkan kenaikan beban sistemmengikuti kenaikan frekwensi. Kemudian beban

ini menyebabkan penurunan frekwensi sepanjag

garis statisme sistem menuju titik-3. Kemudian

frekwensi naik ke titik-4 dan seterusnya sampai

ke titik-7. Dalam proses ini dinggap bahwa

selama angka kenaikan frekwensi dari titik-1 ke

titik-2, dari titik-3 ke titik-4, dari titik-5 ke titik-

6, tidak terjadi kenaikan beban karena langkah-


7/10

langkah kenaikan frekwensi ini cukup kecil dan

berlangsung cukup sehingga beban belum naik.

Dengan naiknya frekwensi dati titik-1 ke titik-7,

beban juga naik sebesarB.

4. CARA KERJA GOVERNORGovernor memiliki setting pointyaitu

putaran governor ditentukan berdasarkan

kebutuhan daya listrik sistem pada saat itu.

Governorakan menyesuaikan nilai output dayamekanik turbin supaya sesuai dengan daya

listrik dan frekwensi yang dibutuhkan oleh

sistem pada saat terjadinya penambahan beban

atau gangguan pada sistem. Governor akanmenentukan setting pointyang baru sesuaidengan actual beban sehingga dengan

pengaturan putaran ini diharapkan frekwensilistrik generator tetap berada didalam acceptablerange dan generator tidak mengalami out of

synchronization. Bola-bola berputar pada pegasakan menguncup (gaya sentralfugal berkurang)

apabila terjadinya penurunan frekwensi yang

menyebabkan titik A dan titik B turun. Turunnya

titik B menyebabkan torak pengarah tekanan

minyak memberikan tekanan menggerakan

katup utama terangkat keatas untuk memberi

tambahan uap bertekanan ke turbin.

Gambar 8 Prinsip kerja governor

1. Pengisapan pengarah tekanan minyak

2. pengisapan pengatur volume uap/air

Gambar 9A Respons governor terhadapperubahan frekwensi

Gambar 9B Respons kopel pengerak padagovernor

Bola-bola berputar pada pegas akan

menguncup (gaya sentralfugal berkurang)

apabila terjadinya penurunan frekwensi yang

menyebabkan titik A dan titik B turun. Turunnya

titik B menyebabkan torak pengarah tekanan

minyak memberikan tekanan menggerakan

katup utama terangkat keatas untuk memberi

tambahan uap bertekanan ke turbin.

Keterangan Gambar (8) , gambar (9A) dan

gambar (9B) : Apabila pada saat t = t0 gambar(9A) ada penambahan beban maka frekwensi

akan turun dari nilai F0 menjadi F. Penurunan

frekwensi ini disebabkan karena nilai TB

menjadi lebih besar sebagai akibat penambahan

beban sehingga TG TB = T < 0 dan

selanjutnyadt

djuga menjadi < 0.

dt

dadalah


8/10

percepatan sudut, apabila nialainya < 0 maka

berati terjadi pengurangan kecepatan sudut

dan karena frekwensi F =

2maka hal ini

juga berati pengurangan frekwensi. Dengan

keterangan diatas maka Penuruanan frekwensidari nilai F0 menjadi F dirasakan oleh governor

dan governor akan beraksi untuk

mengembalikan nilai frekwensi ke F0. Reaksi iniberlangsung sebagai berikut :

a. Karena kecepatan sudut dari mesin

penggerak generator turun maka bola-bola

berputar pada gambar (8) juga akan turun

kecepatan sudutnya karena poros yang

memutarnya dihubungkan langsung melalui

sistem roda gigi dengan mesin penggerak

generator. Hal ini akan menyebabkan titik A

menurun yang selanjutnya juga akanmenurunkan titik B. dengan turunnya titik B

maka torak pengarah tekanan minyak akan

mengalirkan minyak bertekanan ke torak

penggerak katup utama sehingga katup

utama terangkat keatas untuk menambah

uap ke turbin uap dalam hal mesin

penggerak adalah turbin uap.

b. Dalam gambar (9A) peristiwa penambahan

beban terjadi pada saat t = t1 dan hal ini

menyebabkan frekwensi turun. Pada saat t =

t2 kerja governor telah mulai terasa dan

kecuraman (slope) penurunan frekwensimulai berkurang sampai pada saat t = t3

kecuraman penurunan frekwensi telah hilang

atau secara matematis dikatakandt

dF= 0.

c. Pada saat t = t3 nilai frekwensi F = Fdimana

F F0. Hal ini menyebabkan bahwa

generator akan terus menambah uap dengan

jalan mengangkat katup utama dari turbin.

Keterangan adalah sama seperti uraian pada

butir a. Hal ini berarti bahwa kopel yang

dihasilkan mesin penggerak generator terusdiperbesar sehingga T = TG - TB menjadi

0 dan mengakibatkandt

dF> 0, yang berati

bahwa frekwensi naik.

d. Pada saat t = t4 nilai frekwensi F = F0sehingga sebetulnya tidak diperlukan lagi

langkah untuk memperbaiki frekwensi.

Tetapi pada saat t = t4 nilai T > 0 sebagai

akibat penembahan uap yang berlangsung

sejak saat t = t4 seperti tersebut dalam butir c

nilai T > 0 ini menyebabkan frekwensi

terus naik. Beberapa saat setelah t = t4

nilai frekwensi F > F0 sehingga governor

mulai bereaksi untuk menurunkan frekwensi

dengan jalan mengurangi uap ke turbinsehingga nilai T diperkecil dan hal ini juga

memperkecil nilaidt

dF

e. Pada saat t = t5 di mana F > F0 sehingga

governor akan terus beraksi untuk

menurunkan frekwensi. Pada saat t = t5 nilai

nilai T = TG TB sehingga dari segikeseimbangan kopel generator dengan kopel

beban sebetulnya tidak diperlukan lagi

pengurangan nilai kopel generator TG yang

dilakukan oleh governor dengan jalan

mengurangi uap. Seperti diuraikan dalam

butir d. tetapi pada saat t = t5 nilai nilai

frekwensi F > F0 maka governor akan terus

bereaksi untuk mengurangi uap ke turbin.

f. Pada saat t = t6 keadaan adalah serupa

dengan pada saat t = t4 yaitu bahwa nilai

frekwensi f = f0 tetapi bedanya dengan pada

saat t = t3 adalah bahwa pada saat t = t6T

Analisis Governor

Documents

Transcript of Analisis Governor