## ANALISA PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP EFISIENSI  GENERATOR  DI  PLTG  BORANG DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB
Muhammad Noer
Dosen Politeknik Negeri Sriwijaya pada Program Studi Teknik Elektro e-mail : mnjphiliang@gmail.com

## ABSTRAK
Untuk  mengetahui  nilai efisiensi  generator dan  rugi  daya pada  PLTG  Borang,  dilakukan perhitungan  secara  manual  serta  menggunakan software MATLAB, Perhitungan efisiensi  generator dan rugi daya dengan menggunakan software MATLAB dilakukan dengan mengumpulkan data-data berupa daya  dan  arus  beban  terpakai  generator.  Berdasarkan  hasil  perhitungan  manual dan  dengan menggunakan  software  MATLAB  berbasis  GUI, efisiensi  tertinggi  pada PLTG  Borang didapat  saat beban puncak sebesar 99,88 %. Sedangkan efisiensi terendah untuk hasil perhitungan manual didapat saat  beban  tertinggi  sebesar 99,87 %.  Dan  hasil  perhitungan  rugi  daya  dengan  perhitungan  manual lebih kecil jika dibandingkan dengan menggunakan software MATLAB, rugi daya terkecil pada saat beban puncak adalah 0,0112 MW dan rugi daya terbesar pada saat beban puncak adalah 0,0136 MW. Efisiensi dan Rugi daya sangat dipengaruhi oleh daya dan arus beban yang terpakai. Semakin tinggi daya  dan  arus  beban  maka  semakin  tinggi  efisiensi  generator  dan  semakin  kecil  rugi  daya  pada generator.

## Kata kunci : Efisiensi, Pembebanan, Efisiensi Generator, Arus beban

## ABSTRACT
To determine the efficiency of the generator and the power loss in Borang gas power plant, we have to do the calculations manually and using MATLAB software, calculation of the efficiency of the generator  and  the  power  loss  by  using  MATLAB  software  is  done  by  collecting  data  in  the  form  of unused power generator and the load current. Based on calculations manually and by using MATLAB software-based GUI, the highest efficiency at the power plant during peak load Borang obtained by 99.88%. While the lowest efficiency for manual calculation results obtained when the load is highest at  99.87%.  And  calculating  results  with  the  manual  calculation  of power  losses  are  smaller  when compared to using MATLAB software, the smallest power losses during peak hours is 0.0112 MW and the  largest  power  losses  during  peak  hours  is  0.0136  MW.  Efficiency  and  power  loss  is  strongly influenced by the power and load current are used. The higher the power and the load current, the higher efficiency and the smaller generator power losses in the generator.

## Keywords: Efficiency, Load, Power Loss, Power, load current

## PENDAHULUAN
Pembangunan  di  bidang  ketenagalistrikan  menjadi  prioritas  utama  pemerintah  karena  tenaga listrik  merupakan  kebutuhan  primer  yang  harus  dipenuhi.  Saat  ini,  tenaga  listrik  menjadi  tenaga penggerak sektor industri di Indonesia membutuhkan listrik baik sebagai energi utama maupun energi pelengkap. Dengan bergeraknya sektor industri ini, otomatis sektor ekonomi juga ikut bergerak. oleh sebab  itu  tenaga  listrik  menjadi  kebutuhan  vital  untuk  meningkatkan  pembangunan  ekonomi  dan
kualitas  kehidupan  bangsa.  Pemerintah  selaku  pembuat  kebijakan  ekonomi  selalu  memberikan prioritas utama pada pembangunan nasional sebagai upaya pemenuhan kebutuhan penyediaan tenaga listrik bagi masyarakat. Dalam usahanya dalam memenuhi tingginya kebutuhan akan tenaga listrik ini, perusahaan tentunya akan menemui berbagai kendala dan kesulitan.
Salah  satu  peralatan  yang  menunjang  energi  listrik  pada  PLTG  adalah  generator.  Kehandalan generator  dalam  pengoperasian  PLTG  sangat  berpengaruh  pada  energi  listrik  yang  dihasilkan.  Oleh karena  itu, perlu  dilakukan  analisa  pengaruh  pembebanan  terhadap  efisiensi  generator  di  PLTG Borang menggunakan Matlab.

## TINJAUAN PUSTAKA
Dalam tulisan  tentang Generator Listrik Arus Bolak-Balik , Abdul wahab menerangkan bahwa generator merupakan sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik. Generator Arus Bolak-balik sering  disebut  juga  sebagai  alternator  atau  generator  AC  (alternating  current)  atau  juga  generator sinkron.  Alat  ini  sering  dimanfaatkan  di  industri    untuk  mengerakkan  beberapa  mesin yangmenggunakan arus listrik sebagai sumber penggerak.
G enerator  sinkron (altenator)  merupakan  jenis  mesin  listrik  yang  berfungsi  untuk menghasilkan tegangan bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Energi mekanis  diperoleh  dari  putaran  rotor  yang  digerakkan  oleh  penggerak  mula  (prime mover), sedangkan energi listrik diperoleh dari proses dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya. ( wahyukr ,h;20)

## Prinsip Kerja Generator Sinkron
Prinsip kerja dari generator sinkron dapat dinyatakan sebagai berikut :
- Rotor disuplai dengan arus DC I f yang kemudian menghasilkan fluks magnet ɸ f .
- Rotor digerakkan oleh turbin dengan kecepatan konstan sebesar n s .
- Garis gaya magnet bergerak menginduksi kumparan pada stator.
- Frekuensi  dari  tegangan  generator  tergantung  dari  kecepatan  putaran  rotor  yang  dapat dinyatakan dengan persamaan :
f = x = ................................................................................ (2.1) dimana : f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub
n = kecepatan putaran rotor (rpm)
Adapun besar GGL induksi kumparan stator atau GGL induksi armatur per fasa adalah : E a / ph = 4,44. f. M. ɸ. K d ................................................................... (2.2)
dimana :
E a = Gaya gerak listrik armatur per fasa (volt) f = Frekuensi output generator (Hz) M = Jumlah kumparan per fasa = Z/2 Z = Jumlah konduktor seluruh slot per fasa
k d = Faktor distribusi. Hal ini diperlukan karena kumparan armatur atau alternator tidak terletak di dalam satu slot melainkan terdistribusi dalam beberapa slot per fasa
ɸ = Flux magnet per kutub per fasa

## Gambar 2. Prinsip Kerja Generator Sinkron

## Efisiensi Generator
Efisiensi  generator  adalah  perbandingan  antara  daya  output  dengan  daya  input.  Seperti  halnya dengan  mesin- mesin  listrik  lainnya,  maupun  transformator,  maka  efisiensi  generator  sinkron  dapat dituliskan seperti Persamaan :
η = ............................................................................(2.13)
(Yon Rijono, 2004 : 244)
Dimana : Pin = Pout + Σ P Rugi …………………………… ....................... (2.14) Pout = daya keluaran Pin = daya masukan Σ P Rugi = I 2 .R .................................................. (2.15)

## Rugi Rugi Daya Pada Generator
1. Rugi Listrik
Rugi  listrik  dikenal  juga  dengan  rugi  tembaga  yang  terdiri  dari  kumparan  armatur,  kumparan medan.  Rugi – rugi  tembaga  ditemukan  pada  semua  belitan  pada  mesin,  dihitung  berdasarkan  pada tahanan dc dari lilitan pada suhu 75 0 C dan tergantung pada tahanan efektif dari lilitan pada fluks dan frekuensi kerjanya. (Kadir Abdul,2010). Rugi kumparan armatur ( Par = Ia 2 . Ra ) sebesar sekitar 30 sampai 40% dari rugi total pada beban penuh.
Sedangkan  rugi  kumparan  medan  shunt  (Psh  =  Ish 2 .  Rsh)  bersama – sama  dengan  kumparan medan seri (Psr = Isr) sebesar sekitar 20 sampai 30% dari rugi beban penuh. Sangat berkaitan dengan rugi I 2 R adalah rugi – rugi kontak sikat pada cincin slip dan komutator, rugi ini biasanya diabaikan pada mesin  induksi  dan  mesin  serempak,  dan pada  mesin  dc  jenis  industri  tegangan  jatuh pada  sikat dianggap tetap sebesar 2V keseluruhannya jika dipergunakan sikat arang dan grafit dengan shunt.

## 2. Rugi Besi
Rugi besi disebut juga rugi magnetik yang terdiri dari histerisis dan rugi arus pusar atau arus eddy yang timbul dari perubahan kerapatan fluks pada besi mesin dengan hanya lilitan peneral utama yang diberi tenaga pada generator sinkron rugi ini dialami oleh besi armatur, meskipun pembentukan pulsa fluks  yang  berasal  dari  mulut  celah  akan  menyebabkan  rugi  pada  besi  medan  juga,  terutama  pada sepatu kutub atau permukaan besi medan. (muslis, Supari,2008) .
Rugi  ini  biasanya  data  diambil  untuk  suatu  kurva  rugi – rugi besi  sebagai  fungsi  dari  tegangan armatur disekitar tegangan ukuran. Maka rugi besi dalam keadaan terbebani ditentukan sebagai harga pada  suatu  tegangan  yang  besarnya  sama  dengan  tegangan  ukuran  yang  merupakan  perbedaan  dari
1.6 jatuhnya tahanan
ohm armatur pada saat terbebani. Rugi histerisis (Ph) dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan empiris yang besarnya adalah :
Ph = ηh. Bmax . f . v (watt) ……………………………… (2.16)
Dimana : ηh   = koefisien steinmetz histerisis. Perhatikan tabel 2.1 tentang nilai ηh
dari bermacam – macam bahan baja .
B = kerapatan flux  (Wb/m 2 )
v = volume inti (m 3 )
f = frekuensi (Hz)
Tabel 1 Nilai Koefisien Steinmentz Histerisis Bahan η h (joule / m3) Sheet steel 502 Silicon steel 191 Hard Cast steel 7040 Cast steel 750 – 3000 Cast iron 2700 – 4000
Dari  persamaan,  besar  koefisien  steinmentz  histerisis,  kerapatan  flux  dan  volume  inti  adalah konstan sehingga nilai rugi histerisis adalah merupakan fungsi dari frekuensi atau ditulis ;
Ph = F (f) …………………………………………….…………. ()
Jadi makin besar frekuensi sinyal tegangan output makin besar rugi histerisis yang diperoleh.
Adapun rugi arus pusar atau rugi arus eddy tergantung kuadrat dari kerapatan fluks, frekuensi dan ketebalan dari lapisan  pada  kedaan  mesin  normal  besarnya adalah:
Pe = k . Bmax   . f 2 . t 2 . V ……………..… . ………… . ……….. ()
Dimana  :  k  =  konstanta  arus  pusar  yang  tergantung  pada  ketebalan  laminasi  masing-masing lempengan dan volume inti armatur. Oleh karena nilai k dan b adalah konstan, maka besar kecilnya rugi arus pusar adalah tergantung pada nilai frekuensi kuadrat atau ditulis :
Pe = F (f) 2 .....…………………………………………………….()
Besar rugi besi adalah sekitar 20 sampai 30% dari rugi total pada beban penuh.

## 3. Rugi Mekanik
Rugi mekanik terdiri dari :
a. Rugi  gesek  yang  terjadi  pada  pergesekan  sikat  dan  sumbu.  Rugi  ini  dapat  diukur  dengan menentukan  masukan  pada  mesin  yang  bekerja  pada  kecepatan  yang  semestinya tetapi  tidak diberi beban dan tidak diteral.
b. Rugi  angin  (windageloss)  atau  disebut  juga  rugi  buta  (stray  loss)  akibat  adanya  celah  udara antara bagian rotor dan bagian stator. Besar rugi mekanik sekitar 10 sampai 20% dari rugi total pada beban penuh.

## METODE PENELITIAN
Tabel 2. Data Generator Gas Unit LM2000 PLTG Borang Protection IP 54 Type Frame : 650 L2X PEP-AFT Output 22.500 kVA Rated Speed 3000 rpm Frequency 50 Hz Voltage 11.500 V Excitation Voltage 226 V Insulation Class Armature F Field F Temp. Rise of Armature 119 o C Standard IEC 60034 Serial No. 1A5316RJ1 Cooling IC3A1 Rating Cont. Number of Phases 3 Poles 2 Power Factor 85 % Armature Amperes 1130 A Field Amperes 364 A Inlet Air Temp. 15 o C Temp. Rise of Field 115 o C Z 10 % R 10 %
Gambar 3.1 Generator Gas Unit LM2000 PLTG Borang
Gambar 4 Exciter Generator Gas Unit LM2000 PLTG Borang
Tabel 3 Data Exciter Generator Gas Unit LM2000 PLTG Borang Protection IP 54 Type EP – A4 Output 150 kVA Rated Speed 3000 rpm Frequency 100 Hz Voltage 240 V Field Voltage 81 V Insulation Class Armature F Field F Standard IEC 60034 Cooling IC3A1 Rating Cont. Phase 3 Poles 4 Power Factor 90 % Current 361 A Coolant Temp. 15 o C Date 2003
Gambar 5 Auto Voltage Regulator di PLTG Borang
Menjalankan Program

## (running) program

## Analisa dan Kesimpulan

## Selesai

## Flowchart Perhitungan Efisiensi Generator
Adapun  tahap-tahap  dalam  perhitungan efisiensi  generator  dengan  software  matlab adalah sebagai berikut :

## Mulai
Mengumpulkan data Data generator
dan data pembebanan generator
Tidak Data yang diperlukan lengkap? Ya Menghitung efisiensi

## Gambar 6. Flowchart Perhitungan Efisiensi Generator

## HASIL DAN ANALISA

## Pembebanan Generator dan Eksitasi Generator
Berdasarkan Data Pembebanan rata-rata arus dan tegangan pada table dibawah ini, dari tanggal 16-18  Maret  2016  maka  dapat  terlihat  daya  keluaran  generator  dari  beban  yang  terpakai,  yang kemudian dapat menghitung rugi daya pada generator dan efisiensi generator.
Tabel 4. Perhitungan Rugi daya dan efisiensi generator pada Tanggal 16 Maret 2016
Jam Manual MATLAB
Loss (MW) Efisiensi (%) Loss (MW) Efisiensi (%) 11.00 0,0112 99,88 0,01145 99,88 12.00 0,0113 99,88 0,01160 99,88 13.00 0,0117 99,88 0,01199 99,88 14.00 0,0119 99,88 0,01219 99,88 15.00 0,0116 99,88 0,01185 99,88 16.00 0,0122 99,88 0,01243 99,88 17.00 0,0119 99,88 0,01219 99,88 18.00 0,0114 99,88 0,01170 99,88 19.00 0,0111 99,88 0,01136 99,88 20.00 0,0121 99,88 0,01233 99,88 21.00 0,0114 99,88 0,0117 99,88 22.00 0,0115 99,88 0,01179 99,88 23.00 0,0110 99,88 0,01122 99,88 00.00 0,0117 99,88 0,01194 99,88 01.00 0,0109 99,88 0,01117 99,88 02.00 0,0117 99,88 0,011194 99,88 03.00 0,0118 99,88 0,01204 99,88 04.00 0,0117 99,88 0,01119 99,88 05.00 0,0118 99,88 0,01204 99,88 06.00 0,0116 99,88 0,01189 99,88 07.00 0,0115 99,88 0,01175 99,88 08.00 0,0119 99,88 0,01213 99,88 09.00 0,0115 99,88 0,01175 99,88 10.00 0,0122 99,99 0,01243 99,88
Tabel 5. Perhitungan Rugi daya dan efisiensi generator pada Tanggal 17 Maret 2016
Jam Manual MATLAB Loss (MW) Efisiensi (%) Loss (MW) Efisiensi (%) 11.00 0,0116 99,88 0,01185 99,87 12.00 0,0118 99,88 0,01209 99,87 13.00 0,0122 99,87 0,01249 99,87 14.00 0,0116 99,88 0,01185 99,87 15.00 0,0126 99,87 0,01294 99,87 16.00 0,0125 99,87 0,01278 99,87 17.00 0,0126 99,87 0,01288 99,87 18.00 0,0121 99,87 0,01233 99,87 19.00 0,0133 99,87 0,01360 99,87 20.00 0,0136 99,87 0,01387 99,87 21.00 0,0124 99,87 0,01268 99,87 22.00 0,0119 99,88 0,01219 99,87 23.00 0,0119 99,88 0,01219 99,87 00.00 0,0119 99,88 0,01213 99,88
01.00 0,0112 99,88 0,01145 99,88 02.00 0,0114 98,87 0,01170 99,88 03.00 0,0111 99,88 0,01136 99,88 04.00 0,0117 99,88 0,01199 99,88 05.00 0,0117 99,88 0,01194 99,88 06.00 0,0113 99,88 0,01155 99,88 07.00 0,0116 99,88 0,01189 99,88 08.00 0,0121 99,88 0,01239 99,88 09.00 0,0116 99,88 0,01185 99,88 10.00 0,0117 99,88 0,01194 99,88 Tabel 6. Perhitungan Rugi daya dan efisiensi generator pada Tanggal 18 Maret 2016 Jam Manual MATLAB Loss (MW) Efisiensi (%) Loss (MW) Efisiensi (%) 11.00 0,0116 99,87 0,01278 99,87 12.00 0,0118 99,88 0,01209 99,88 13.00 0,0122 99,88 0,01223 99,88 14.00 0,0116 99,87 0,01223 99,88 15.00 0,0126 99,88 0,01189 99,88 16.00 0,0125 99,87 0,01239 99,88 17.00 0,0126 99,88 0,0117 99,88 18.00 0,0121 99,87 0,01254 99,88 19.00 0,0133 99,87 0,01258 99,88 20.00 0,0136 99,88 0,01204 99,88 21.00 0,0124 99,88 0,01126 99,88 22.00 0,0119 99,88 0,01233 99,88 23.00 0,0119 99,88 0,01155 99,88 00.00 0,0119 99,88 0,01199 99,88 01.00 0,0112 99,88 0,01151 99,88 02.00 0,0114 98,88 0,01223 99,88 03.00 0,0111 99,88 0,01199 99,88 04.00 0,0117 99,88 0,01199 99,88 05.00 0,0117 99,88 0,01243 99,88 06.00 0,0113 99,88 0,01141 99,88 07.00 0,0116 99,88 0,01219 99,88 08.00 0,0121 99,88 0,01194 99,88 09.00 0,0116 99,88 0,01223 99,88 10.00 0,0117 99,88 0,01194 99,88
0.01 0.0105 0.011 0.0115 0.012 0.0125 11121314151617181920212223 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Po w er Lo ss (M W ) Jam Manual Matlab
Gambar 6. Grafik Perbandingan Perhitungan Power Loss secara Manual dan Perhitungan Menggunakan Matlab pada 16 Maret 2016
99.82 99.86 99.9 11121314151617181920212223 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ef isi en si (% ) Jam Manual Matlab
Gambar 7. Grafik Perbandingan Perhitungan Efisiensi secara Manual dan Perhitungan Menggunakan Matlab pada 17 Maret 2016
0.01 0.0105 0.011 0.0115 0.012 0.0125 0.013 0.0135 0.014 0.0145 16 Maret 2016 17 Maret 2016 18 Maret 2016 Perhitungan Manual Perhitungan dengan Matlab
Gambar 8. Grafik Perbandingan Perhitungan Power Loss secara Manual dan Perhitungan Menggunakan Matlab pada kondisi beban puncak periode 16 – 18 Maret 2016

## Analisa
Berdasarkan data pembebanan generator unit LM2000 PLTG Borang, dapat dilihat dari tabel 4.1  sampai  dengan  4.3 ini memiliki  karakteristik  nilai  perbandingan  yang  hampir  sama  antara  besar nilai efisiensi.
Efisiensi  yang  didapat  dari  hasil  perhitungan  berdasarkan  perbandingan  daya  keluaran terhadap daya masukkan dari tanggal 16 Maret 2016 sampai 18 Maret 2016 disini terlihat bahwa rata – rata  efisiensi  perhari  pada  generator  tersebut  berkisar  antara  99.87%  sampai  99.88  %.  Jika  semakin besar daya keluarannya atau daya yang terpakai maka tingkat efisiensi generator akan semakin tinggi karena  efisiensi  generator  sangat  dipengaruhi  oleh  beban  beban  yang  terpakai  yang  sesuai  dengan kemampuan dan kapasitas generator.
Nilai hasil  perhitungan  rugi  daya  dan  efisiensi  dengan  menggunakan  matlab  rata-rata  lebih besar  dibandingkan  dengan  perhitungan  secara  manual,  hal  ini  dikarenakan  jika  menghitung menggunakan matlab maka hasil akan lebih akurat. Contohnya, jika menghitung secara manual maka kita mungkin akan membulatkan angka hanya menjadi 2 desimal, sedangkan di program matlab tetap menggunakan angka asli tanpa pembulatan. Bisa dilihat pada gambar 4.13 dan 4.14.
Nilai efisiensi bervariasi tergantung dari nilai arus beban dan daya beban yang terpakai. Nilai arus  beban  dan  daya  beban  juga  mempengaruhi  rugi  daya,  semakin  kecil  nilai  dari  rugi  daya  maka semakin meningkat nilai efisiensi.

## KESIMPULAN
1. Nilai efisiensi generator ini sangat dipengaruhi oleh beban yang terpakai, pada PLTG Borang besarnya beban yang terpakai adalah fluktuatif, dan nilai beban puncak berkisar antara 10,2 - 10,6 MW pada range waktu 16.00-20.00 WIB.
2. Nilai  efisisensi  generator  juga  dipengaruhi  oleh  rugi  daya  beban  yang  terpakai,  pada  PLTG Borang besarnya rugi daya berkisar 0,0112 MW- 0,0136 MW. Perhitungan rugi daya dengan menggunakan Software MATLAB  menghasilkan  nilai  yang  lebih  besar  dibanding  hasil perhitungan manual.
3. Pada periode 16 – 18 Maret 2016, nilai rata rata efisiensi generator di PLTG Borang adalah 99,88  %.  Dimana  perbandingan  perhitungan  manual  dan  menggunakan Software MATLAB hanya berbeda 0,01 %.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Abdul Wahab, Generator Listrik Bolak-Balik, https://wahabxxxxx.files.wordpress.com/2011/04/generator-ac.pdf
2. Berahim, Hamzah ; Pengantar Teknik Listrik, Andi Offset, Yogyakarta, 1994
3. Kadir, Abdul; Pembangkit Tenaga Listrik, UI Press, Jakarta, Edisi Revisi, 2010
4. Muslis, Supari, Teknik Pembangkit Tenaga Listrik, Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional. 2008
5. Wahyu, Teori Generator Sinkron, hal 20 http://wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/.../5+TEORI+GENERATOR+SINKRON.p ...