===== GENERATOR =====

Pada sebuah pembangkit tenaga listrik terdapat komponen penting yaitu [[Generator]] & [[Exciter]]. [[Generator]] menggunakan [[Hukum FARADAY]] (1831) yaitu Induksi Elektromagnet. Induksi elektromagnet pada prinsipnya adalah "Tegangan Bolak balik (Alternating Current) dapat dihasilkan pada sebuah kumparan dengan memberikan medan magnet secara berulang-ulang sehingga dihasilkan tegangan bolak-balik".\\

Bagian Generator adalah :
  * Stator Generator yang terdiri dari 3 buah belitan kumparan terhubung Y
  * Rotor Generator yang berupa kumparan medan yang dapat menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan arus medan

Rotor generator yang dialiri oleh arus DC yang dihasilkan oleh Exciter. Arus DC digunakan sebagai arus eksitasi dengan tujuan dihasilkannya Medan Magnet dengan arah dan kuat medan yang konstan. Prinsip kerja generator adalah sebagai berikut:
  - Rotor mendapat Arus DC
  - Rotor menghasilkan Medan Magnet
  - Rotor berputar sehingga pada celah udara terdapat medan putar
  - Medan putar menginduksi stator
  - [[Stator]] terinduksi oleh medan putar
  - Stator terbentuk tegangan bolak balik

[[Turbo Generator]] pertama oleh Sir Charles A. Parsons, 1833. Dinamakan [[Mesin Sinkron]] atau Serempak karena kecepatan putaran rotor dengan putaran medan magnet SAMA. Generator dapat diubah menjadi Motor, yang membedakan hanya arah aliran daya. Saat generator sinkron, apabila :
  * Torsi Shaft bertambah maka kecepatan generator akan tetap dan energinya berubah menjadi arus/daya/MW
  * Torsi Shaft berkurang maka kecepatan generator akan tetap dan akan ada energi masuk untuk mengakselerasi shaft turbin

Pada semua generator mempunyai [[Exciter]] namun tidak semua generator mempunyai exciter yang sama. PLTG pada umunya menggunakan [[Static Exciter]] dan PLTU pada umumnya menggunakan [[Brushless Exciter]]. Tujuannya adalah menghasilkan Arus DC dan mengalirkannya ke rotor.

[[Transformator]] adalah alat listrik yang juga menggunakan prinsip induksi. Dengan menggunakan perbandingan lilitan maka tegangan yang dihasilkan dapat naik dan turun. Trafo yang digunakan pada pembangkit sangat beragam type baik [[Step-Down]] dan [[Step-Up]], besarnya tegangan. Trafo dengan kapasitas yang besar menggunakan minyak sebagai dielektriknya dengan macam-macam tipe pendingin. Trafo dengan kapasitas kecil umumnya disebut Trafo Kering atau tidak menggunakan minyak.

Pada saat lagging dan generator sinkron dengan sistem maka tegangan sistem mengalami penurunan. Hal ini ditunjukan dengan munculnya Mvar positif dan naiknya arus eksitasi. Batasan operasional nya adalah kurva kapabilitas dimana [[Power Faktor]]
maksimum adalah 0.85. Bila bertahan pada posisi lagging dengan power faktor <0.85 maka akan timbul pemanasan pada rotor karena arus eksitasi sangat besar. [[Lagging]] disebabkan oleh beban Induktif yang Mengakibatkan terjadinya reaksi armature yang melemahkan medan magnet sehingga tegangan turun. Hal itu dapat diatasi dengan menaikan arus eksitasi.

Pada saat [[Leading]] dan generator sinkron dengan sistem maka tegangan sistem mengalami kenaikan. Hal ini ditunjukan dengan munculnya Mvar negatif dan turunnya arus eksitasi. Batasan operasional nya adalah kurva kapabilitas dimana [[Power Faktor]]
maksimum adalah 0.95. Bila bertahan pada posisi Leading dengan power faktor <0.90 maka akan timbul pemanasan pada stator karena reaksi armature sangat besar. Leading disebabkan oleh beban kapasitif yang mengakibatkan terjadinya reaksi armature yang menguatkan medan magnet sehingga tegangan naik. Hal itu dapat diatasi dengan menurunkan arus eksitasi. Apabila arus eksitasi terlalu kecil akan menyebabkan generator mengalami loss of synchronism. Batasan operasional dari tegangan adalah +/- 5% 23kV. Batasan operasional dari arus adalah =/- 5% 11823 A.

<WRAP group>

<WRAP column 120px>
Voltage Build Up \\
Sinkronisasi \\
Lagging \\
Leading \\
Stator Core \\
Discharge Gas \\
Stator coil \\
Synchronoscope \\
Vektometer \\
</WRAP>

<WRAP column 380px>
: Proses terbetuknya tegangan dan peneikan tegangan \\
: Proses Terhubungan Generator ke Sistem JawaBali \\
: Keadaan Arus Generator tertinggal terhadap tegangan \\
: Keadaan Arus Generator mendahului terhadap tegangan \\
: Inti Stator \\
: Gas pendingin setelah mendinginkan \\
: Kumparasn stator \\
: Alat untuk mendeteksi ketepatan fasa generator thd sistem \\
: Alat penunjuk kurva kapabilitas generator \\
</WRAP>

<WRAP clear></WRAP>


=== 2.1 Teori Start, Sinkron, Stop Generator ===

Pada sebuah pembangkit tenaga Iistrik terdapat 3 komponen penting yaitu:
  - [[Generator]] & [[Exciter]]
  - [[Transformator]]
  - [[Switchgear]] (Bus dan Breaker)


Selain 3 komponen utama terdapat komponen yang juga masuk dalam kelistrikan seperti: Motor-motor Iistrik, DC sistem, Relai Proteksi, UPS, Standby Diesel Generator, Elektronika Daya, dan lain-lain.Dalam kegiatan belajar ini akan dimulai
dengan memahami prinsip dasar masing-masing komponen. Generator menggunakan [[Hukum FARADAY]] (1831) yaitu lnduksi Elektromagnet. Induksi elektromagnet pada prinsipnya adalah "Tegangan Bolak balik (Alternating Current) dapat dihasilkan pada sebuah kumparan dengan memberikan medan magnet secara berulang-ulang sehingga dihasilkan tegangan bolak-balik''. Bagian Generator adalah:

  * Stator Generator yang terdiri dari 3 buah belitan kumparan terhubung Y
  * Rotor Generator yang berupa kumparan medan yang dapat menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan arus medan

Rotor generator yang dialiri oleh arus DC yang dihasilkan oleh [[Exciter]]. Arus DC digunakan sebagai arus eksitasi dengan tujuan dihasilkannya Medan Magnet dengan arah dan kuat medan yang konstan. Prinsip kerja [[generator]] adalah sebagai berikut:
  - Rotor mendapat Arus DC
  - Rotor menghasilkan Medan Magnet
  - Rotor berputar sehingga pada celah udara terdapat medan putar
  - Medan putar menginduksi stator
  - Stator terinduksi oleh medan putar
  - Stator terbentuk tegangan bolak balik

Turbo Generator pertama oleh Sir Charles A. Parsons, 1833. Dinamakan Mesin Sinkron atau Serempak karena kecepatan putaran rotor dengan putaran medan magnet SAMA. Generator dapat diubah menjadi Motor, yang membedakan hanya arah aliran daya.

Saat generator sinkron, apabila:
  *Torsi Shaft bertambah maka kecepatan generator akan tetap dan energinya berubah menjadi arus/daya/MW
  *Torsi Shat berkurang maka kecepatan generator akan tetap dan akan ada energi masuk untuk mengakselerasi shaft turbin

Pada semua [[generator]] mempunyai [[Exciter]] namun tidak semua generator mempunyai exciter yang sama. PLTG pada umunya menggunakan [[Static Exciter]] dan PLTU pada umumnya menggunakan [[Brushless Exciter]]. Tujuannya adalah menghasilkan Arus DC dan mengalirkannya ke rotor. [[Transformator]] adalah alat listrik yang juga menggunakan prinsip induksi. Dengan menggunakan perbandingan lilitan maka tegangan yang dihasilkan dapat naik dan turun. Trafo yang digunakan pada pembangkit sangat beragam type baik Step-Down dan Step-Up, besarnya tegangan. Trafo dengan kapasitas yang besar menggunakan minyak sebagai dielektriknya dengan macam-macam tipe pendingin. Trafo dengan kapasitas kecil umumnya disebut Trafo Kering atau tidak menggunakan minyak.

=== 2.2 Batasan Operasional Lagging ===
Pada saat lagging dan generator sinkron dengan sistem maka tegangan sistem mengalami penurunan. Hal ini ditunjukan dengan munculnya [[Mvar]] positif dan naiknya arus eksitasi. Batasan operasional nya adalah kurva kapabilitas dimana [[Power Faktor]] maksimum adalah 0.85. Bila bertahan pada posisi lagging dengan [[power faktor]] <0.85 maka akan timbul pemanasan pada rotor karena arus eksitasi sangat besar. [[Lagging]] disebabkan oleh beban Induktifyang mengakibatkan terjadinya reaksi armature yang melemahkan medan magnet sehingga tegangan turun. Hal itu dapat diatasi dengan menaikan [[arus eksitasi]].

=== 2.3 Batasan Operasional Leading ===
Pada saat Leading dan generator sinkron dengan sistem maka tegangan sistem mengalami kenaikan. Hal ini ditunjukan dengan munculnya Mvar negatif dan turunya arus eksitasi. Batasan operasional nya adalah [[kurva kapabilitas]] dimana Power Faktor maksimum adalah 0.95. Bila bertahan pada posisi Leading dengan power faktor <0.90 maka akan timbul pemanasan pada stator karena reaksi armature sangat besar Leading disebabkan oleh beban kapasitif yang mengakibatkan terjadinya reaksi armature yang menguatkan medan magnet sehingga tegangan naik. Hal itu dapat diatasi dengan menurunkan arus eksitasi. Apabila arus eksitasi terlalu kecil akan menyebabkan [[generator]] mengalami loss of synchronism.

=== 2.4 Batasan Tegangan () ===
Batasan operasional dari tegangan adalah +/- 5% 23kV

=== 2.5 Batasan Arus (Terminal) ===
Batasan operasional dari arus adalah =/- 5% 11823 A

=== 2.6 Batasan Temperature ===
  * Stator coil temperatur <120°C
  * Stator discharge gas <110°C
  * Rotor coil temp <105°C

==== 2.1 Persiapan Generator ====

Pada saat start generator, hal-hal yang ha.rus dipersiapkan adalah:
  - Putaran rotor turbin sudah mencapai 3000 rpm
  - [[Valve Transfer]] sudah complete untuk mengatur frekuensi generator saat start
  - [[Field Breaker]] sudah dipersiapkan
  - Menghubungi Operator [[GITET]] untuk melakukan persiapan.

==== 2.2 Start Generator (Voltage Built Up) ====
Pada saat turbin mencapai putaran 3000 RPM dan Valve Turbin sudah valve transfer maka [[Field breaker]] dapat di ON sehingga arus DC dapat mengalir ke rotor. Rotor generator yang dialiri oleh arus DC yang dihasilkan oleh Exciter. Arus DC digunakan sebagai arus eksitasi dengan tujuan dihasilkannya Medan Magnet dengan arah dan kuat medan yang konstan. Prinsip kerja generator adalah sebagai berikut:
  * Rotor mendapat Arus DC
  * Rotor menghasilkan Medan Magnet
  * Rotor berputar sehingga pada celah udara terdapat medan putar
  * Medan putar menginduksi stator Stator terinduksi oleh medan putar
  * Stator terbentuk tegangan bolak balik

== Berikut ini adalah urutan kerja Voltage build Up: ==
  - Pastikan putaran Generator 3000 RPM dan Valve Transfer Complete
  - Field Breaker 41E-ON
  - Pantau pergerakan Voltmeter untuk tegangan terminal

Saat turbin sudah berputar maka PMG sudah menghasilkan arus eksitasi sehingga saat 41E ON maka arus eksitasi langsung tersedia. Tegangan yang dihasilkan adalah 23kv dengan Frequensi 50Hz. Komponen dari sistem eksitasi adalah (Brusless
Excitation):
  * [[Permanen Magnet Generator]]
  * [[Main Exciter]]
  * [[Rotating Rectifier]]
  * [[AVR (Auto Voltage Regulator)]]

=== 2.3 Sinkronisasi Generator ===
Syarat Sinkronisasi Generator :
  - Tegangan Generator sama
  - Urutan Fasa sama
  - Frequensi sama

Saat generator sinkron, apabila :
  * Torsi Shaft bertambah maka kecepatan generator akan tetap dan energinya berubah menjadi arus / daya / MW
  * Torsi Shat berkurang maka kecepatan generator akan tetap dan akan ada energi masuk untuk mengakselerasi shaft turbin

== Urutan dalam mensinkron generator PLTU Suralaya: ==
  - Field Breaker - ON
  - Atur Tegangan di GT 500k V dengan 70E - Manual
  - Balance Meter - ON - Atur supaya balance
    - Bila ke arah +, kurangi 90R / Auto Setting
    - Bila ke arah -, tambah 90R / Auto Setting
  - Bila [[balance meter]] menunjukan 0 maka, AUTO / 90R-ON
  - Auto Follower ON
  - [[Synchronoscope]] ON, buat [[generator]] lebih cepat saat sinkron
  - Tutup [[52G]] saatjarum sedikit sebelum jam 12

=== 2.4 Pengoperasian Generator Kurva Kapabilitas ===
Kurva kapabilitas adalah kurva yang mencerminkan kemampuan daya nyata dan daya semu generator. Berikut ini adalah contoh dari kurva kapabilitas.

{{ :unit_1-4:generator:kurva_kapabilitas.png?400 |}}

Kurva kapaLilitas berfungsi seperti koordinat Cartesian, pada sumbu - X adalah daya nyata dalam kW / Unit dan sumbu- y adalah daya semu dalam kVar / Unit. Kurva dibentuk dari beberapa batasan yaitu tekamm gas pendingin generator, pemanasan
rotor, pemanasan inti akhir. **Titik koordinat operasi harus di dalam kurvakapabilitas generator tersebut**.

=== 2.5 Stop Generator ===
Urutan Stop Generator adalah :
  - Turunkan beban sampai Transfer [[SUS]] <> [[UST]]
    - Tujuan supaya unit tidak mengalami trip
  - Setalah tranfer, maka turunkan beban terus sampai +/- 5MW
    - Agar generator tidak mengalami reverse power
  - Jika targer minimum sudah tercapai maka 52G di "OPEN"
  - Field Breaker akan lepas dengan otomatis

=== 2.6 Memonitor dan mencatat parameter operasi ===
{{ :unit_1-4:generator:batasan_operasi.png?400 |}}

Keterangan di atas adalah pengenal dari Generator [[suralaya:PLTU Suralaya]]. Dari data di atas dapat diketahui kapasitas operasi dan batasan operasi. Berikut ini contoh perhitungan data-data generator:

  * 23.000 kV = Tegangan Antar Fasa \\
  * 23.000 kV / 1.7 = Tegangan Fasa = 13.294,8 kV \\
  * Tegangan Fasa x Arus Maksimum = Daya tiap fasa \\
  * 13.294,8 kV x 11.823 A= 157,18 MW = Daya tiap fasa \\
  * Daya total = 3 x Daya tiap fasa = 4 71 MV/ (Faktor daya = 1) \\
  * Faktor Daya Maksimum = 0.85 \\
  * Daya pada faktor daya maksimum = 4 71 MV A x 0.85 = 400 MW \\

Generator juga memiliki apa yang disebut dengan Kurva Kapabilitas yang merupakan batasan operasi yang aman. Faktor yang mempengaruhi kurva kapabilitas adalah Tekanan H2 sebagai pendingin, Batas pemanasan rotor, Batas pemanasan Stator, dan Batas pemanasan Core End.

==== IEEE Guide for Operation / Maintenance of Turbine Generator ====
=== 1. Klasifikasi Generator ===
Turbine Generator dibagi 2 berdasarkan type stator dan type rotor.
Berdasarkan Stator Type adalah :
  - Stator winding cooling directly
  - Stator winding cooling indirectly
Berdasarkan Rotor Type adalah :
  - Rotor winding cooling directly
  - Rotor winding cooling indirectly

Definisi Directly Cooled Winding adalah:\\
**Pendinginan dimana media coolant bersentuhan langsung dengan konduktor**

Definisi InDirectly Cooled Winding adalah:\\
**Pendinginan dimana media coolant tidak bersentuhan langsung dengan konduktor (Panas yang dihasilkan harus mengalir melalui ground wall insulation untuk diambil oleh coolant media)**

Metoda Sirkulasi Coolant adalah:
  - Self-Ventilated Generator
  - Separately Ventilated
  - Liquid Cooled

Klasifikasi Generator Berdasarkan Media Coolant:
  - Air-Cooled Generator
  - Hydrogen-Cooled Generator
  - Liquid-Cooled Generator

=== 2. Basis Rating ===

Basis Rating sebuah generator merupakan batasan-batasan operasi sebuah generator dimana generator tyersebut dapat beroperasi terus menerus dengan baik. Berdasakan IEEE Std 67-1990, batasan-batasan operasi generator ditentukan bertujuan untuk menjaga lifetime Insulation dan bagian-bagian lain.

Metoda Pengukuran Temperature:
  - Pengukuran Coolant Temperature
    - Pada umumnya menggunakan thermocouple detector
    - Nilai maksimum berdasarkan ANSI C50.13-1989 berkisar di 40-50 C
  - Pengukuran Stator Winding
    - Indirectly Cooled Stator Winding
      - Winding temperature diukur menggunakan embedded detector atau themocouple yang diletakan antara upper dan lower coil. \\ {{ :unit_1-4:generator:cooling_stator_winding.png?400 |}} \\
      - Detector yang Umum digunakan adalah RTD (Resistance Temperature Detector). Dimensi RTD pada umumnya seperti Filler Strip yang digunakan pada slot stator antara lower dan upper stator konduktor.
      - RTD digunakan karena merupakan sensor dengan koefisien ketelitian tahanan temperature yang tinggi.
    - Directly Cooled Stator Winding
      - Pada pendinginan langsung maka temperature stator winding dapat diwakilkan pada temperature coolant dan dapat dibuat fungsinya berdasarkan beban.
  - Pengukuran Rotor Winding
    - Untuk pengukuran rotor berdasarkan IEEE adalah dengan resistance dengan perhitungan simultaneous voltage dan arus pada collector ring dan data basil perhitugan diterjemahkan sesuai dengan data cold resistance untuk mendapatkan operating temperature.

=== 3. Limitation of Loading ===

Batasan pembebanan Generator menggunakan Nameplate Rating dan Kurva Kapabilitas. Apabila pembebanan melebihi rating maka yang timbul adalah Hot Spot pada Insulation Generator. Berdasarkan Arrhenius rule, menyatakan bahwa Rate of Aging meningkat 2X setiap 10°C kenaikan temperature. Selain temperature, efek loading melebihi rating adalah:
    - Timbul Gaya merusak pada Stator Konduktor
    - Stress pada dinding cooling duct
    - Vibrasi pada bagian stator
    - Pemanasan Stator Core End
    - Stray Magnetic effek

=== 4. Requirements on Operation ===

Pada operasi generator di luar nameplate rating dijelaskan pada bagian berikut:
  - Operasi di luar rating tegangan
    - Apabila beroperasi di atas/bawah 5% Rated Voltage maka yang terjadi adalah kenaikan signifikan pada volts/hertz mengakibatkan oversaturation pada stator magnetic core.
    - Generator akan menuju ke daerah kerja Underexcited dan Overexcited.
  - Operasi di luar rating Frekuensi
    - Penurunan frekuensi generator pada konstan voltz/herzt mengharuskan generator derated

Komponen Requirements untuk Operation adalah :
  - Stator winding temperature
  - Rotor winding temperature
  - Stator Core Temperature
  - Thermal Expansion
  - Shaft Alignmnet
  - Frame Distortion

== IEEE menyediakan teknik untuk sinkronisasi manual yaitu: ==
  - Pada saat closing Breaker 52G, phase angle antara generator dan system adalah mendekati 0 degree dengan simpangan maksimum 10 degree.
  - Kecepatan generator lebih cepat maksimum 0.067 Hz
  - Tegangan Generator tidak boleh berbeda dengan system lebih dari +/- 5%

== Monitoring Generator sesuai dengan IEEE 67-1990: ==
  - [[Active load]]
  - [[Reactive load]]
  - [[Field voltage]]
  - [[Field current]]
  - [[Field ground detection]]
  - [[Field temperature]]
  - [[H2 purity]]
  - [[H2 moisture content]]
  - [[Fan differential pressure]]
  - [[Gas pressure]]
  - [[Gas temperature]] to and from H2 coolers
  - [[Water temperature]] to and from H2 coolers
  - [[H2 consumption]]
  - [[Stator voltage]]
  - [[Stator current]]
  - [[Frequency]]
  - [[Stator RTD temperatures]]
  - Directly cooled stator coil discharge coolant temperatures
  - Stator-cooling water (oil) flow
  - Stator-cooling water (oil) pressure at generator inlet
  - Stator-cooling water (oil) inlet and outlet temperatures
  - Stator-cooling water (oil) [[conductivity]]
  - Water temperature to and from [[stator]] water (oil) coolers
  - [[End shield temperature]]
  - [[Bearing temperatures]]
  - [[Seal oil temperatures]]
  - [[Seal oil pressures]]

== Stator I Rotor Winding Protection: ==
  - Faults beyond the generator breaker(s)
  - Faults between the generator and the generator breaker(s)
  - Generator internal faults
  - Out-of-step operation
  - Fire in the generator (air cooled)
  - Loss of excitation
  - Transient negative-sequence current

== Generator Protection yang disediakan alarm / trip: ==
  - Excessive stator or rotor current
  - Steady-state unbalanced current operation (sec 7.8)
  - Excessive volts/hertz ratio
  - Excessive vibration
  - Bearing insulation failure
  - Excessive bearing temperatures
  - Operation beyond the underexcited limit
  - Loss of stator-cooling water flow
  - High conductivity of stator-cooling water
  - Reverse power operation
  - High internal temperatures
  - H2 gas particulate concentration

//**Sumber:**//\\
//**I WAYAN ARIMBAWA YS, ST - Pengoperasian Generator - 2006**//
