Sistem Generator Darurat: Konstruksi, Instalasi, Perawatan, dan Penyaluran Daya untuk Daya Listrik Terpercaya
Gambaran Umum Sistem Generator Darurat
(Manuel Bolotinha)
Pengantar Sistem Generator Darurat
Rumah sakit, bandara, pusat perbelanjaan, dan gedung perkantoran, hanya untuk menyebut beberapa contoh, sangat sensitif terhadap keamanan orang dan barang terhadap pemadaman listrik yang disebabkan oleh gangguan pada jaringan distribusi tegangan menengah (MV) dan tegangan rendah (LV), bahkan pada jaringan transmisi tegangan tinggi (HV[1]).
Saat terjadi pemadaman listrik, diperlukan agar sistem komunikasi, pencahayaan darurat, pengasap asap, stasiun pompa pemadam kebakaran, keamanan, pencahayaan gedung, dan sistem serta peralatan listrik kritis lainnya, yang disebut beban esensial (atau kritis), tetap beroperasi.
Untuk mengatasi masalah ini, solusi umum adalah pemasangan genset darurat diesel tegangan rendah (LV), dengan aplikasi, karakteristik, dan prosedur instalasi yang harus sesuai dengan Standar IEC[2] 60034.
Daya Terkatup dan Pengputaran Netral Generator Darurat
Daya terkatup dari genset darurat diesel LV[3] bergantung pada regime operasi: standby, prime, dan continuous, seperti yang didefinisikan dalam Standar ISO[4] 8528.
Pada regime standby, daya yang tersedia yang disediakan oleh genset berpada nilai beban selama tidak ada sumber daya normal dan daya keluaran rata-rata adalah 70% dari daya terkatup darurat standby. Operasi umum dari regime ini adalah 200 jam per tahun dengan maksimum 500 jam per tahun.
Pada regime prime, daya yang tersedia yang disediakan oleh genset berpada nilai beban untuk waktu yang tidak terbatas dan daya keluaran rata-rata adalah 70% dari daya terkatup prime. Permintaan puncak umum dari 100% dari ekW terkatup prime[5] dengan 10% dari kemampuan overload untuk darurat untuk maksimal 1 jam setiap 12 jam; operasi overload tidak boleh melebihi 25 jam per tahun.
Pada regime continuous keluaran tersedia tanpa beban bervariasi untuk waktu yang tidak terbatas. Daya keluaran rata-rata adalah 70 – 100% dari daya terkatup continuous. Permintaan puncak umum adalah 100% dari ekW terkatup continuous untuk 100% dari jam operasi.
Berdasarkan definisi di atas, mudah dipahami bahwa genset yang sama memiliki daya terkatup yang berbeda untuk setiap regime operasi. Daya terkatup pada regime standby adalah lebih tinggi dari daya terkatup pada regime prime, yang lebih tinggi dari daya terkatup pada regime continuous.
Daya terkatup dari genset dapat didefinisikan dalam kVA atau kW untuk cos Φ (Faktor Daya)[6] = 0.8. Juga perlu didefinisikan frekuensi jaringan (50 Hz atau 60 Hz).
Dalam Tabel 1, sebagai contoh, ditampilkan nilai daya terkatup (kVA) dari beberapa genset dari pabrikan yang sama dan seri manufaktur yang sama, sesuai dengan regime operasi (f = 50 Hz).
Tabel 1 – Contoh daya terkatup genset darurat sesuai regime operasi
Karena jaringan LV yang akan disediakan secara listrik oleh genset adalah terisolasi dan memiliki beban tidak seimbang, titik netral gulungan alternator[7] di-earth langsung karena sistem pengputaran netral ini memperbaiki perilaku alternator dengan jenis beban tersebut.
Konstruksi dan Komponen Generator Darurat
Pertimbangan Umum
Komponen utama dari genset adalah (lihat Gambar 1):
- Mesin
- Alternator
- Rangka pengassembly/Rangka.
- Aki pengisi daya dan charger.
- Sistem pelumasan.
- Sistem pendingin dan pembuang gas buang, termasuk radiator.
- Sistem bahan bakar.
- Pengatur tegangan
- Pipa pembuang gas dan pengencer suara.
- Panel kontrol dan pemantauan.
Gambar 1 – Komponen utama genset
Mesin
Mesin yang harus sesuai dengan Standar ISO 3046 adalah mesin pembakaran dalam, siklus empat tahap dan biasanya berbahan bakar diesel (ada juga model berbahan bakar gas). Daya mesin harus cukup untuk daya terkatup alternator.
Komponen utama mesin adalah:
- Pengatur kecepatan elektronik, biasanya dengan variasi ± 0.25
- Kontrol percepatan dan tuas run dan stop
- Cincin baja standar untuk memastikan koneksi yang kaku ke sistem pengkopalan penutup alternator
- Flywheel dan ikatan elastis untuk pengkopalan alternator
Mesin harus menyala dan bekerja minimal 8 jam pada beban penuh, diikuti oleh 1 jam overload 10% dalam kondisi suhu yang ditentukan. Mesin harus memiliki starter listrik, dengan waktu yang tidak lebih dari 10 detik.
Pendingin mesin dapat dilakukan dengan sirkulasi udara atau air, dalam sirkuit tertutup dengan radiator. Untuk memperbaiki starter mesin, harus direncanakan sistem pemanas udara bakar, air, atau oli pre-heating (biasanya resistor), yang harus bekerja dengan kenaikan suhu dari oli carter.
Alternator
Alternator adalah tipe sinkron, satu atau tiga fasa, self excited, terregulasi, dan berangin; ventilasi alternator harus dilakukan oleh turbin coaxial pada poros.
Karakteristik utama alternator adalah:
- Tegangan terkatup: 230 V (alternator satu fasa); 400/230 V (alternator tiga fasa).
- Frekuensi terkatup: 50 Hz atau 60 Hz.
- Daya terkatup (bergantung pada regime operasi – lihat Bagian 2).
- Faktor daya: biasanya 0.8.
- Kelas isolasi: biasanya H.
Kelas isolasi dari alternator ditetapkan sesuai Standar IEC 60085, dengan mempertimbangkan suhu maksimum yang dapat ditahan gulungan, karena suhu adalah seringkali faktor utama yang berkontribusi pada pengurangan usia material isolasi. Dalam Tabel 2 ditampilkan kelas isolasi alternator.
Tabel 2 – Isolasi alternator
Karakteristik lain alternator yang harus dipertimbangkan adalah:
- Penyedapan interferensi radio.
- Distorsi harmonik: ≤ 2 % tanpa beban; ≤ 3.5 % dengan beban seimbang.
- Regulasi tegangan: ±1.5% untuk variasi tanpa beban dan beban penuh, faktor daya antara 8 dan 1 dan variasi kecepatan dari ± 4.5 %.
- Kemampuan untuk memulihkan tegangan hingga 3% dari tegangan terkatup dalam 3 s, ketika beban penuh tiba-tiba diterapkan dengan cos Φ = 0.8.
- Kemampuan untuk menahan arus kredit hingga 300% dari arus terkatup selama 5 s seelum penginderaan perlindungan internal.
Komponen dan Sistem Lainnya
Rangka assembly dari mesin dan alternator (dan bahkan dari tangki harian diesel) biasanya dibuat dengan profil baja standar, di-las listrik, dan penopang anti-getaran harus dipasang; profil ini harus dihitung agar osilasi vertikal mandiri sekitar 7 Hz.
Aki pengisi daya adalah tipe lead-acid dan terhubung ke charger aki yang akan memastikan charger pemeliharaan dari aki dan biasanya dipasang di panel kontrol dan pemantauan.
Pipa pembuang gas harus mencakup pengencer suara (lihat Gambar 2) dan koneksi fleksibel dari keluar pembuang gas mesin ke pipa keluar. Kedua pengencer suara dan pipa harus diisolasi termal dengan bulus kaca yang dilapisi lembar aluminium.
Gambar 2 – Pipa pembuang gas genset
Sistem bahan bakar mencakup tangki harian (dengan indikator level dan sakut level maksimal dan minimal) dan harus memiliki kapasitas yang memastikan genset bekerja selama periode waktu yang ditentukan, pada daya terkatup beban penuh untuk regime operasi yang ditetapkan.
Sistem ini juga dapat mencakup cistern diesel yang mungkin diperlukan, pompa transfer tangki harian (manual dan listrik) dan pipa yang diperlukan.
Panel Kontrol dan Pemantauan
Pada panel kontrol dan pemantauan, peralatan berikut harus dipasang:
- Peralatan pengukuran (amperemeter; voltmeter; meter frekuensi).
- Peralatan kontrol dan pemantauan: tombol tekan start dan stop; manifoli oli; termometer air.
- Sakut kontrol dengan 4 posisi: Otomatis/Manual/Test/Di luar layanan.
- Sistem otomatis start dan stop genset.
- Circuit breaker untuk perlindungan alternator.
- Lampu pemantauan.
- Sistem pemadaman darurat mesin.
- Charger aki (lihat Bagian 3.4).
- Peralatan kontrol dan pemantauan untuk semua komponen pendukung genset.
Prosedur Instalasi Genset Darurat
Genset biasanya dipasang di dalam ruangan, di dalam ruangan khusus, yang harus dilengkapi dengan grille masuk dan keluar udara, yang dihitung untuk memastikan aliran udara yang diperlukan untuk pendingin peralatan.
Grille udara keluar dipasang berhadapan dengan radiator dan harus memungkinkan penguncangan mudah untuk pengeluaran genset. Dalam situasi di mana tidak memungkinkan untuk memastikan aliran udara yang diperlukan untuk pendingin genset, perlu memasang radiator terpisah dari mesin.
Dalam situasi ini pendingin genset dilakukan melalui sirkulasi air tawara dalam sirkuit tertutup, menggunakan pompa sentrifugal. Suhu dikontrol termostat dan dissipasi panas dicapai oleh radiator, dipasang di sirkuit primer, dan kipas. Radiator harus memiliki tingkat kebisingan rendah dan harus dipasang pada penopang anti-getaran.
Gambar 3 memberikan contoh dari yang dijelaskan di atas.
Gambar 3 – Skema instalasi Genset dengan radiator terpisah
Jika tingkat kebisingan dari genset terlalu tinggi sesuai peraturan kebisingan, terutama dalam hal peralatan dipasang di luar ruangan, genset harus dipasang di dalam enclosure, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 – Genset di dalam enclosure
Pemeliharaan Genset Darurat
Seperti yang disebutkan di Bagian 1 genset memainkan peran krusial dalam keamanan orang dan barang dari instalasi listrik tertentu dan karena itu penting untuk membuat program pemeliharaan yang akurat yang harus mencakup:
- Menjalankan bulanan, atau dua kali sebulan, dalam kondisi tanpa beban selama periode 4 jam (untuk memastikan akan berjalan saat diperlukan).
- Menjalankan manual.
- Mulai genset dalam kasus kehilangan tegangan jaringan dan verifikasi fungsi sakut inverter otomatis.
- Pemeriksaan visual.
- Verifikasi koneksi grounding netral dan semua bagian logam.
- Verifikasi level oli dan
- Status aki (pemeriksaan visual; pengukuran tegangan elemen; situasi elektrolit).
Start Up Genset. Sistem Transfer Otomatis
Start up genset harus otomatis, ketika terdapat tegangan rendah atau tegangan urutan negatif di jaringan sumber daya dan dilakukan melalui sistem otomatisasi yang dipasang di panel kontrol dan pemantauan genset. Sistem otomatisasi ini juga akan menyediakan pemutusan dan berhenti dari genset ketika tegangan jaringan kembali normal.
Sistem otomatisasi di atas akan mengontrol sistem transfer otomatis, selanjutnya disebut sebagai sakut inverter otomatis, dan harus memastikan sejumlah percobaan start berturut-turut (tidak kurang dari 3) dengan waktu antara percobaan yang merupakan waktu yang diperlukan untuk regenerasi aki.
Sakut inverter otomatis, yang secara ideal harus dipasang di papan sakut masuk utama, harus menyediakan transfer dari beban esensial ke sumber daya genset ketika gangguan tegangan jaringan terjadi dan menyediakan re-transfer dari beban tersebut ke sumber daya jaringan ketika situasi kembali normal.
Sakut inverter otomatis dapat dibuat dengan 2 dari peralatan berikut:
- Circuit breakers.
- Sakut beban.
- Kontaktor.
Peralatan ini harus memiliki interlocking mekanis dan listrik untuk menghindari asosiasi paralel antara jaringan dan genset.
Semua papan sakut harus memiliki peralatan pemutus (circuit breaker; sakut beban; kontaktor) untuk memisahkan beban antara esensial dan non-esensial, untuk menghindari beban ini untuk daya oleh genset.
Gambar 5 menunjukkan contoh skema diagram sistem transfer.
Gambar 5 – Skema diagram sistem transfer
Penyambungan & Koneksi Genset Portabel
Anda dapat menyambung dan menghubungkan genset portabel ke sistem sumber daya rumah dengan tiga metode di sini.
[1] HV: Us ≥ 60 kV; MV: 1 kV < Us ≤ 49.5 kV; LV: Us ≤ 1 kV. Us adalah tegangan terkatup jaringan.
[2] IEC: International Electrotechnical Comission.
[3] Selanjutnya kami akan menggunakan ekspresi genset untuk merujuk ke LV diesel emergency generator sets.
[4] ISO: International Organization for Standardization.
[5] ekW: Daya aktif listrik.
[6] cos Φ: faktor daya.
[7] Lihat Bagian 3.3.
Tentang Penulis: Manuel Bolotinha
-Sarjana Teknik Elektro – Sistem Energi dan Daya (1974 – Instituto Superior Técnico/Universitas Lisbon)
– Magister Teknik Elektro dan Komputer (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
– Konsultan Senior di Substasi dan Sistem Daya; Instruktur Profesional
