23
Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Kerja Praktek BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Sejarah Uninterruptible Power System (UPS) UPS merupakan singkatan dari Uninterruptible Power System atau sering juga disebut dengan Uninterruptible Power Supply, jika diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia akan berarti Sistem Daya Kebal Gangguan. Sesuai dengan namanya UPS dapat mengurangi gangguan-gangguan kelistrikkan serta dapat memberikan daya listrik semetara pada saat supplai listrik utama padam. Uninterruptible Power System (UPS) yang artinya suatu devais atau peralatan yang mampu bekerja independen meskipun kehilangan suplai atau sebagai back up suplai untuk peralatan yang lainnya. UPS juga berfungsi sebagai buffer antara power suplai dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti computer, printer, monitor. Penggunaan UPS pada awalnya hanya digunakan untuk industri- industri maupun pabrik-pabrik yang menggunakan alat-alat yang tidak boleh terputus dari sumber tagangan listrik, namun kini UPS telah digunakan di rumah dan biasanya digunakan pada computer / PC. UPS sendiri terdiri dari power suplai atau sering juga disebut baterai charger, batrerai , dan inverter. Baterai backup pada UPS berguna sebagai catuan daya alternatif, untuk dapat memberikan suplai daya yang tidak terganggu untuk perangkat elektronik yang terpasang. Tegangan pada baterai diubah menjadi tegangan AC 220 V 50 Hz yang dapat digunakan oleh perangkat elektronik. Fungsi utama dari UPS adalah: 1. Dapat memberikan energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan daya pada listrik utama. 2. Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera menghidupkan Genset sebagai pengganti listrik utama. 3. Mengamankan suatu sistem dari gangguan-gangguan listrik yang dapat mengganggu sistem tersebut baik berupa kerusakan software maupun kerusakan hardware. 23

Bab iii sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

23

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

BAB III

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Sejarah Uninterruptible Power System (UPS)

UPS merupakan singkatan dari Uninterruptible Power System atau sering

juga disebut dengan Uninterruptible Power Supply, jika diterjemahkan ke dalam

bahasa Indonesia akan berarti Sistem Daya Kebal Gangguan. Sesuai dengan

namanya UPS dapat mengurangi gangguan-gangguan kelistrikkan serta dapat

memberikan daya listrik semetara pada saat supplai listrik utama padam.

Uninterruptible Power System (UPS) yang artinya suatu devais atau peralatan

yang mampu bekerja independen meskipun kehilangan suplai atau sebagai back

up suplai untuk peralatan yang lainnya. UPS juga berfungsi sebagai buffer antara

power suplai dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti computer,

printer, monitor. Penggunaan UPS pada awalnya hanya digunakan untuk industri-

industri maupun pabrik-pabrik yang menggunakan alat-alat yang tidak boleh

terputus dari sumber tagangan listrik, namun kini UPS telah digunakan di rumah

dan biasanya digunakan pada computer / PC.

UPS sendiri terdiri dari power suplai atau sering juga disebut baterai

charger, batrerai , dan inverter. Baterai backup pada UPS berguna sebagai catuan

daya alternatif, untuk dapat memberikan suplai daya yang tidak terganggu untuk

perangkat elektronik yang terpasang. Tegangan pada baterai diubah menjadi

tegangan AC 220 V – 50 Hz yang dapat digunakan oleh perangkat elektronik.

Fungsi utama dari UPS adalah:

1. Dapat memberikan energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan daya

pada listrik utama.

2. Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera menghidupkan

Genset sebagai pengganti listrik utama.

3. Mengamankan suatu sistem dari gangguan-gangguan listrik yang dapat

mengganggu sistem tersebut baik berupa kerusakan software maupun

kerusakan hardware.

23

Page 2: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

24

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

4. Dapat melakukan stabilisasi tegangan ketika terjadi perubahan tegangan

pada input sehingga tegangan output yang digunakan oleh suatu sistem

berupa tegangan yang stabil.

3.2 Jenis-jenis UPS berdasarkan cara kerjanya

3.2.1 Line-interactive UPS

Pada UPS jenis ini diberi tambahan alat AVR (Automatic Voltage

Regulator) yang berfungsi mengatur tegangan dari suplai daya ke peralatan. UPS

Line-interaktif identik dengan garis-aktif, dengan pengecualian menambahkan

tap-switching regulator (AVR), dan melewati listrik secara langsung melalui unit

ini saat aliran ada. Selama operasi normal utilitas, desain ini biasanya

menyediakan cadangan baterai dan menawarkan perlindungan lebih tinggi pada

tegangan transient dari trip. Hal ini memerlukan penambahan tap-switching

regulator dengan tegangan otomatis. Ketika terjadi kondisi tegangan brownout

utilitas rendah, AVR UPS Line-interaktif secara otomatis memerintahkan switch

transformator PDAM untuk menambah atau meningkatkan tegangan output. AVR

juga mengurangi tegangan keluaran saat kondisi tegangan listrik tinggi. Tegangan

output regulasi untuk sebagian besar produk UPS Line-interaktif di pasaran saat

ini biasanya ± 25% . Model biaya yang lebih tinggi mungkin memiliki output

sinewave dan mendukung koneksi bank baterai diperpanjang.

Page 3: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

25

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Gambar 3.1 Line-interactive UPS

UPS Line-interaktif memberikan perlindungan terhadap:

Utility pemadaman

Tegangan berlebih

Arus kejut

Tegangan output yang terputus saat transfer ke baterai

Catatan: kesulitan beroperasi dari sumber listrik generator. Selain itu, frekuensi

generator yang melewati ambang.

3.2.2 On-line UPS

Pada UPS jenis ini terdapat 1 rectifier dan 1 inverter yang terpisah. Hal ini

lebih mahal apabila dibandingkan dengan dua jenis UPS lainnya. Dalam keadaan

gangguan, suplai daya ke rectifier akan diblok sehingga akan ada arus DC dari

baterai ke inverter yang kemudian diubah menjadi AC.

Page 4: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

26

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Gambar 3.2 On-line UPS

Online UPS melindungi dan memecahkan sejumlah besar masalah tenaga

listrik. Teknologi unggul Falcon Electric On-line UPS tidak hanya menyediakan

cadangan baterai, tetapi juga melindungi peralatan anda dengan menyediakan

perlindungan daya tingkat tertinggi. Tidak seperti off-line dan Line-interaktif UPS

produk di pasaran yang membuat anda sensitif peralatan terhubung langsung

dengan listrik yang tidak stabil dan kadang-kadang destruktif. Dipatenkan

Falcon's On-line bertindak teknologi UPS seperti firewall elektronik dipasang di

antara peralatan anda dan utilitas atau cadangan generator kekuasaan.

Hal ini dilakukan dengan mengkonversi listrik AC yang masuk ke

penyearah menjadi tegangan DC dan menghilangkan noise, transien, frekuensi

dan masalah distorsi harmonik. Tegangan DC kemudian diumpankan ke tahap

inverter. Tugas dari inverter ini mengubah tegangan DC ke AC yang diatur secara

ketat dan sinergi. Beberapa tahapan elektronik aktif memberikan sejumlah besar

terhadap masalah perlindungan ditambahkan kekuatan yang dinyatakan akan

menyebabkan kerusakan peralatan anda. Karena On-line UPS memiliki tahap

tugas inverter berkelanjutan, mendukung sambungan dari bank baterai

diperpanjang, menyediakan waktu cadangan hingga beberapa jam.

Page 5: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

27

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

On-line UPS memberikan perlindungan terhadap:

Daya yang tidak stabil

Nois

Distorsi

Arus kejut

Pemadaman jangka panjang

3.2.3 Off-line UPS

UPS jenis ini merupakan UPS paling murah diantara jenis UPS yang lain.

Karena rectifier dan inverter berada dalam satu unit. Dalam keadaan gangguan,

switch akan berpindah sehingga suplai daya dari suplai utama terblok. Akibatnya

akan mengalir arus DC dari baterai menuju inverter.

Gambar 3.3 Off-line UPS

Pada Off-line UPS, arus listrik akan melalui UPS selama perangkat masih

terhubung ke sumber listrik . Selama operasi normal utilitas, desain ini biasanya

menyediakan cadangan baterai jangka pendek dan menawarkan perlindungan

lebih tinggi tegangan transient dari strip. Off-line UPS untuk inverter DC-AC

internal memberikan daya baterai cadangan ketika terjadi pemadaman listrik.

Kebanyakan Of-line desain tidak memiliki output sinewaver dan tidak mendukung

Page 6: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

28

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

sambungan bank baterai untuk diperpanjang. Pengaturan tegangan output yang

sangat sederhana (± 15% sampai ± 25%).

Off-line UPS memberikan perlindungan terhadap:

Utility pemadaman

Penstabil tegangan

Output tegangan drop-out selama transfer ke baterai

Catatan: kesulitan beroperasi dari sumber listrik generator. Selain itu, melewati

frekuensi generator dan perubahan tegangan ke peralatan terhubung.

3.3 Rectifier (penyearah) - Charger

Bagian ini merupakan rangkaian yang dipakai untuk penyerahan dan

pengisian baterai. Rangkaian blok rectifier-charger ini akan mensuplai daya yang

dibutuhkan oleh inverter dalam kondisi beban penuh dan pada saat itu juga dapat

mempertahankan muatan di dalam baterai. Selain itu blok ini harus mempunyai

kemampuan mengalirkan daya output sebesar 125-130%. Karakteristik baterai

juga perlu diperhitungkan dalam disain rangkaian charger-nya karena jika sebuah

baterai diisi ulang dengan arus yang melebihi batasan kemampuannya akan dapat

memperpendek umur baterai tersebut. Biasanya untuk arus pengisian sebuah

baterai pada UPS ini sebesar 80% dari kondisi arus yang dikeluarkan oleh baterai

pada saat beban penuh. Batasan sebuah sistem UPS yang baik menurut standar

(NEMA)National Electical Manufacturer Association adalah dapat memberikan

daya 100% terus-menerus (continous load) dan 2 jam pada beban 125% tanpa

terjadi penurunan kinerja (kerusakan). Baterai masih dapat dikategorikan sebagai

kondisi layak pakai apabila masih mampu memberikan daya 100% selama 1 jam

jika lama pengisiannya selama 8 jam (ditentukan oleh manufaktur baterai).

Page 7: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

29

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Gambar 3.4. Power Rectifier 3 Fasa dengan Thyristor

Rectifier jenis ini merupakan converter 3 fasa dengan operasi 2 kuadran,

dimana thyristor dinyalakan pada interval /3. Oleh karena thyristor dinyalakan

setiap selang 60°, maka frekuensi dari tegangan riak keluaran adalah 6 kali

frekuensi tegangan sumber. Pada interval t = /6 + thyristor T6 sudah berada

dalam keadaan aktif (on state) dan thyristor T1 dinyalakan. Pada interval

/6 t /2, thyristor T1 dan T6 konduksi dengan tegangan jaring Vab

dirasakan pada sisi beban. Selanjutnya pada interval t = /2 + thyristor T2

diaktifkan bersamaan dengan tidak aktifnya (off state) thyristor T6 dengan

komutasi natural. Hal ini disebabkan karena pada saat thyristor T2 diaktifkan,

tegangan jaring pada thyristor T6 berada pada nilai positif (Vbc), sehingga

thyristor T6 mengalami tegangan arah balik. Kemudian pada interval

(/2 + ) t (5/6 + ), thyristor T1 dan T2 akan konduksi dan menyebabkan

tegangan beban sama besar dengan tegangan jaring (line to line voltage). Urutan

Page 8: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

30

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

konduksi dari ke 6 buah thyristor akan mengikuti pola T1T2, T3T3, T3T4, T4T5,

T5T6, dan T6T1.

Penentuan Besarnya tegangan rata-rata dan tegangan efektif (rms) pada sisi beban.

Dengan memisalkan tegangan fasa netral dinyatakan dalam bentuk:

Van = Vmsin t

Vbn = Vm Sin ( ωt - )

Vcn = Vm Sin ( ωt + )

Hubungan tegangan jaring (line to line voltages) dinyatakan dalam bentuk

persamaan:

Vab = Van - Vbn = Vm Sin ( ωt + )

Vbc = Vbn – Vcn = Vm Sin ( ωt - )

Vca = Vcn – Van = Vm Sin ( ωt + )

Nilai tegangan keluaran rata-rata (average output voltage) ditentukan

dengan persamaan:

Vdc = ab d(ωt)

Vdc = Vm sin(ωt + )d(ωt)

Vdc = cos α

Besarnya tegangan maksimum keluaran pada sisi beban diperoleh pada

sudut perlambatan penyalaan α = 0, dan dinyatakan dengan:

Vdm =

Nilai tegangan efektif pada sisi beban ditentukan dengan persamaan:

Page 9: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

31

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Vrms = [ Vm sin(ωt + )}2 d(ωt)]1/2

Vrms = Vm { + cos 2α}1/2

3.4 Inverter

Kualitas inverter merupakan penentu dari kualitas daya yang dihasilkan

oleh suatu sistem UPS. Inverter berfungsi merubah tegangan DC dari rangkaian

rectifier-charger menjadi tegangan AC yang berupa sinyal sinus setelah melalui

pembentukan gelombang dan rangkaian filter. Tegangan output yang dihasilkan

harus stabil baik amplitudo tegangan maupun frekuensinya, distorsi yang rendah,

tidak terdapat tegangan transien. Selain itu, sistem inverter perlu adanya

rangkaian umpan-balik (feedback) dan rangkaian regulator untuk menjaga agar

didapatkan tegangan konstan.

3.4.1 Inverter Tegangan Tinggi ( 3 Fasa )

Pada dasarnya prinsip kerja pada inverter 3 Phasa sama dengan inverter 1

phasa. Yaitu dengan mengubah arus searah menjadi bolak-balik dengan frekuensi

yang beragam. Dimana tegangan arus DC ini dihasilkan oleh sirkuit converter

untuk kemudian diubah lagi menjadi arus AC oleh sirkuit inverter.

Inverter juga memiliki saklar-saklar seperti pada inverter 1 phasa yakni

untuk membentuk tegangan bolak-balik juga mengatur frekuensi keluaran inverter

yaitu S1-S6. Namun pada aplikasinya saklar-saklar ini diganti dengan

menggunakan enam buah transistor. Hal imi disebabkan karena saklar

konversional memiliki banyak kerugian diantaranya adalah pada kecepatan

perpindahan saklar. Apabila saklar berubah-ubah dengan kecepatan tidak konstan

untuk setiap perubahan tegangan (dari positif ke negative), tentunya frekuensi

yang dihasilkan akan tidak konstan pula. Setelah itu transistor dihidup-matikan

untuk menjalankan motor.

Page 10: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

32

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Gambar 3.5 Power Inverter 3 Fasa

Hubungan antara tegangan inverter (VRO, VSO, VTO) dan tegangan

output (VRS, VST, VTR) dapat diturunkan sebagai berikut:

VRS = VRO-VSO

VST = VSO-VTO

VTR = VTO-VRO

Tegangan phasa (VRN, VSN, VTN) diberikan oleh tegangan netral pada

kumparan stator motor akan timbul tegangan relative terhadap titik nol inverter

yaitu sebesar:

VNO = VRO+VSO+VTO ≠ 0

3

Gambar dibawah ini menunjukan hubungan antara tegangan inverter serta urutan

penyalaan. Pulsa-pulsa penyalaan yang identik dengan tegangan inverter adalah

memiliki pilsa rate = 1 dengan pengeseran phasa 120 derajat, duty cycle 50 %.

3.4.2 Inverter Tegangan Rendah ( 1 Fasa )

Pada dasarnya inverter merupakan sebuah alat yang membuat tegangan

bolak-balik dari tegangan searah dengan cara pembentukan gelombang tegangan.

Namun gelombang tegangan yang terbentuk dari inverter tidak berbentuk

Page 11: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

33

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

sinusoida melainkan berbentuk gelombang dengan persegi. Pembentukan

tegangan AC tersebut dilakukan dengan menggunakan dua pasang saklar. Berikut

ini merupakan gambar yang akan menerangkan prinsip kerja inverter dalam

pembentukan gelombang tegangan persegi.

Gambar 3.6 Power Inverter 1 Fasa

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan arus bolak-

balik, maka kerja masing-masing transistor yang disuplay oleh tegangan dc harus

bergantian. Inverter mengatur frekuensi keluarnnya dengan cara mengatur waktu

ON-OFF saklar-saklarnya. Sebagai contoh apabila S1 dan S4 ON selama 0,5 detik

begitu juga dengan S2 dan S3 secara berganti-gantian maka akan dihasilkan

gelombang bolak-balik dengan frekunsi 1 Hz. Pada dasarnya saklar S1-S4 dan S2-

S3 dihidupkan dengan jangka waktu yang sama. Jadi apabila dalam satu periode

To = 1 detik, maka S1-S4 ON selama 0,5 detik dan S2-S3 ON selam 0,5 detik dan

didapatkan frekuensi sebesar 1 Hz. Jika dalam satu periode tersebut dinyatakan

pada T maka nilai frekuensi yang dihasilkan adalah (F):

F = 1/T

Dimana: F = Frekuensi (Hertz)

T = Periode (detik)

Page 12: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

34

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

3.5 Sakelar Pemindah (Statich switch)

Saklar pemindah dibedakan menjadi dua jenis, yaitu elektromekanikal dan

statik. Sakelar elektromekanikal menggunakan relay-relay yang salah satu

terminal mendapatkan suplai tegangan dan yang lain dari sistem UPS. Sistem

sakelar statis menggunakan komponen semikonduktor, seperti SCR. Penggunaan

SCR akan lebih baik karena operasi pemindahan yang dilakukan dengan SCR

yang hanya membutuhkan waktu 3 sampai 4 ms, sedangkan pada sakelar

elektromekanikal sekitar 50 sampai 100 ms. Berikut adalah Bermacam – macam

transfer Switch.

Saklar pemindah dengan SCR yang terdiri dari 2 buah Static Switch

Output

Input A

Input B

Gambar 3.7 Saklar pemindah dengan SCR

Saklar pemindah dengan 1 buah Static Switch & 1 buah Contactor SPDT

Terdiri dari : 1 buah Static Switch dan 1 buah Contactor SPDT (Single

Pole Double Trow).

Output

Input A

Input B

Gambar 3.8 Contactor SPDT

Page 13: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

35

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Saklar pemindahdengan 1 buah Static Switch & 2 buah Contactor SPST

Terdiri dari 1 buah Static Switch dan 2 buah Contactor SPST (Single Pole

Single Trow).

Output

Input A

Input B

Gambar 3.9 Saklar pemindah dengan 1 buah Static Switch & 2 buah

Contactor SPST

3.6 Baterai

Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya

berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan

efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible,

adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi

tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi

tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda

yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang

berlawanan di dalam sel. Baterai berfungsi untuk penyimpan daya listrik

sementara. Baterai mengalirkan arus searah (DC) dan memiliki banyak tipe.

Baterai dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu baterai basah dan baterai kering

atau dapat diisi ulang dan tak dapat diisi ulang.Baterai yang digunakan pada UPS

adalah baterai yang dapat diisi ulang yaitu jenis baterai nikel kadmium. Karena

sering terjadi pemadaman listrik yang paling penting back-up baterai harus

kembali berfungsi optimal. Oleh karena itu pemantauan terhadap baterai adalah

solusi yang efektif untuk menjamin efisiensi dan kapasitas baterai penuh. Selain

itu, pemantauan menjamin berfungsinya seluruh instalasi.

Page 14: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

36

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

3.6.1 Bagian-Bagian Batre

Gambar 3.10. Bagian-bagian batre

Keterangan gambar :

1. Plat/ Elektroda positif

2. Plat/ Elektroda negatif

3. Separator

4. Kontainer atau wadah

5. Kutub baterai

6. Lubang pengisian elektrolit

Plat positif (PbO2) berwarna coklat, sedangkan plat negatif berwarna abu-

abu. Luas bidang reaksi plat positif

L = 2.p.l.n.

dimana :

L = luas bidang plat positif (cm2)

p = panjang plat positif (cm)

l = lebar plat positif (cm)

n = jumlah plat positif tiap-tiap sel

Kapasitas tiap cm2 plat positif = 0,03 sampai dengan 0,05 AH (ampere

jam). Tiap sel akumulator timah hitam menghasilkan tegangan 2 volt.

Page 15: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

37

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

3.6.2 Prinsip Kerja Batre

Pada akumulator timah hitam terjadi proses elektrokimia yang bersifat

reversible (dapat berbalikan), yaitu proses pengisian dan proses pengosongan.

Setiap molekul cairan elektrolit asam sulfat (H2SO2) akan terurai menjadi ion

positif hydrogen (2H+) dan ion negatif sulfat (SO4 -). Tiap ion negatif sulfat akan

bereaksi dengan katoda (Pb) menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil melepaskan

dua elektron. Dua ion hydrogen (2H+) akan bereaksi dengan anoda (PbO2)

menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa

dengan atom oksigen membentuk H2O (mokekul air). Pengambilan dan pelepasan

elektron dalam proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial

antara katoda (kutub negatif) dan anoda (kutub positif).

Proses kimia di atas dapat dirumuskan sebagai berikut :

PbO2 + Pb + 2H2SO4 ——————> PbSO4 + PbSO4 + 2H2O

(sebelum pengosongan) (setelah pengosongan)

Proses kimia ini terjadi dalam proses pengosongan akumulator timah

hitam atau pada saat akumulator melayani beban. Setelah proses pengosongan,

kedua plat negatif dan plat positif menjadi timah sulfat (PbSO4) dan cairan

elektrolitnya menjadi cair (H2O), sehingga berat jenisnya akan berkurang. Setelah

mengalami pengosongan, agar dapat dipakai melayani beban maka akumulator

harus diisi lagi dengan dialiri arus listrik DC. Pada proses pengisian akumulator

dapat diuraikan sebagai berikut :

PbSO2 + PbSO4 + 2H2O ——————> PbO2 + Pb + 2H2SO4

Setelah proses pengisian, berat jenis cairan elektrolit akumulator akan

bertambah besar. Berat jenis larutan asam sulfat (asam belerang) H2SO4 sebelum

pengisian adalah 1,190 gr/cm3 pada temperatur 15 oC (59 oF). Setelah diisi penuh

berat jenis elektrolitnya (asam sulfat) antara 1,205 – 1,215 gr/cm3.

Page 16: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

38

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

3.6.3 Pengisian Akumulator/ Batre

Setelah akumulator dipakai melayani beban akan mengalami proses

pengosongan, sehingga akumulator tersebut harus diisi lagi dengan dialiri arus

listrik DC yang besarnya tertentu. Proses ini disebut pengisian akumulator.

Jika akumulator baru, proses pengisian akumulator dilakukan setelah

akumulator diisi dengan larutan asam belerang (H2SO4) yang mempunyai berat

jenis 1,19 gr/cm3 sampai batas maksimum. Cara pengisian dengan arus listrik DC

terdiri dari dua tahap, yaitu :

Tahap pertama dengan arus pengisian antara (0,07 s/d 0,14) x C selama 36

sampai dengan 74 jam. C adalah besarnya kapasitas akumulator. Dalam tahap

pertama ini jika tegangan tiap sel mencapai 2,3 volt, maka arus pengisian

diturunkan ke tahap kedua.

Tahap kedua dengan arus pengisian sebesar 0,07 x C ampere. Jika

tegangan tiap sel mencapai 2,65 volt sampai dengan 2,70 volt, maka proses

pengisian dihentikan. Temperatur elektrolit tidak melebihi 38oC. Pengisian

akumulator timah hitam yang sudah pernah dipakai (lama) dilakukan dengan arus

pengisian 0,2 x C ampere selama minimal 4 jam atau jika tegangan tiap sel telah

mencapai 2,35 volt sampai dengan 2,40 volt. Pengisian akumulator yang terus

menerus disambung ke beban dengan arus pengisian 0,5 mA sampai dengan 1 mA

x C. Besarnya tegangan larutan 2,15 volt/sel sampai dengan 2,20 volt/sel.

Akumulator dalam keadaan penuh (setelah diisi penuh), cairan elektrolitnya

mempunyai berat jenis 1,205 sampai dengan 1,215 gr/cm3. Arus pengisian selama

proses pengisian diusahakan tetap. Jika arus pengisian melebihi 0,5 x C ampere,

maka dapat merusakkan pekat akumulator, sebaliknya bila arus pengisian kurang

dari 0,1 x C ampere, maka proses pengisian membutuhkan waktu yang terlalu

lama.

3.6.4 Rangkaian Batre

Dikarenakan tegangan bateraiper sel terbatas, maka perlu

untukmendapatkan solusi agar teganganbaterai dapat memenuhi atausesuai

dengan tegangan kerjaperalatan yang maupun untukmenaikkan kapasitas dan

Page 17: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

39

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

jugakehandalan pemakaian denganmerangkai (meng-koneksi)beberapa baterai

dengan cara :

1. Hubungan seri

Koneksi baterai denganhubungan seri ini dimaksudkanuntuk dapat

menaikkan tegangan baterai sesuai dengan tegangankerja yang dibutuhkan

atau sesuaitegangan peralatan yang ada.Sebagai contoh jika kebutuhan

tegangan baterai pada suatu unitpembangkit adalah 220 Volt makaakan

dibutuhkan baterai dengankapasitas 2,2 Volt sebanyak 104buah dengan

dihubungkan secaraseri. Kekurangan dari hubungan seriini adalah jika

terjadi gangguan ataukerusakan pada salah satu sel baterai maka suplai

sumber DC kebeban akan terputus.

Gambar 3.11. Hubungan Seri

2. Hubungan parallel

Koneksi baterai dengan hubungan paralel ini dimaksud kanuntuk

dapat menaikkan kapasitas baterai atau Ampere hour (Ah)baterai, selain

itu juga dapat memberikan keandalan beban DC pada sistem. Hal ini

disebabkan jika salah satu sel baterai yang dihubungkan paralel mengalami

gangguan atau kerusakan maka sel baterai yang lain tetap akan dapat

mensuplai tegangan DC ke beban, jadi tidakakan mempengaruhi suplai

secara keseluruhan sistem, hanya kapasitas daya sedikit berkurang

sedangkan tegangan tidak terpengaruh.

Page 18: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

40

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Gambar 3.12. Hubungan Paralel

3. Hubungan Kombinasi

Pada hubungan kombinasi initerbagi menjadi 2 macam yaitu seri

paralel dan paralel seri. Hubungan ini digunakan untuk memenuhi

kebutuhan ganda baik dari sisi kebutuhan akan tegangan dan arus yang

sesuai maupun keandalan sistem yang lebih baik. Hal ini disebabkan

karena hubungan seriakan meningkatkan tegangan sedangkan hubungan

paralel akan meningkatkan arus dan keandaan sistemnya.

Page 19: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

41

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

a. Seri Paralel

Pada hubungan Seri Paralel seperti gambar 1.53, jika tiapbaterai

tegangannya 2,2 Volt danArusnya 20 Ampere maka akandidapat :

Tegangan dibaterai adalah= 2,2 + 2,2 + 2,2 = 6,6 Volt, sedangkan arusnya

adalah = 20 +20 = 40 Ampere, sehingga kapasitas baterai secara

keseluruhan adalah 6,6 Volt dan 40Ampere. Dari perhitungan tersebut

maka yang mengalami kenaikan signifikan adalah tegangannya.

Gambar 3.13 Hubungan seri parallel

b. Paralel Seri

Pada hubungan Paralel Seri seperti gambar dibawah ini, jika tiap

baterai tegangannya 2,2 Volt danArusnya 20 Ampere maka akan didapat :

Tegangan dibaterai adalah = 2,2 +2,2 = 4,4 Volt, sedangkan arusnya

adalah = 20 + 20 + 20 = 60Ampere, sehingga kapasitas baterai secara

keseluruhan adalah 4,4 Volt dan 60 Ampere. Dari perhitungan tersebut

makayang mengalami kenaikan signifikan adalah tegangannya.

Page 20: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

42

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

Gambar 3.14 Hubungan Paralel Seri

Lama ketahanan baterai

Sebelumnya kita harus mengetahui :

1. Berapa besar daya beban yang terpasang pada UPS.

2. Berapa banyak dna kapasitas Battery yang terpasang pada UPS.

3. Effesiensi Inverter UPS kita (Offline 50 s/d 75%, Online 85 s/d

95%).

4. Perlu diingat, perhitungan ini tidak tepat 100% karena setiap UPS

mempunyai effisiensi yang berbeda-beda..

5. Mengetahui Discharge Battery yang di gunakan.

Untuk menghitung ketahanan batrei pada UPS dapat ditentukan dengan

cara:

T=

T=

Page 21: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

43

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

3.7 Bypass

By Pass ialah Sebagai fasilitas untuk Power Reserve atau Power Cadangan

dari Power Output Inverter. Disarankan, agar Sumber Bus Power By Pass ini tidak

sama dengan Sumber Bus Power Main, dengan tujuan untuk pekerjaan

Maintenance atau dapat terhindar dari gangguan Sumber Bus Power tersebut.

Untuk Output UPS 110 Volt Frequency 50Hz, maka tegangan Power By Pass

pada titik cynchron nya harus 110 Volt ± 5 % Frquency 50Hz ± 0,5Hz. Diluar

toleransi tersebut, kemungkinan besar UPS nya tidak dapat mengikuti lagi, dengan

indikasi Fail ―Unsynchron‖.

POWER BY PASS INPUT 110Volt

Gambar 3.15 Power Input 110 Volt, sudah sesuai dengan Output UPS

Output

Half Bridge

INVERTERGate 1

Gate 2

Gate 3

Gate 4

BY PASS 110 VOLT

OUTPUT INVERTER 110 VOLT

L

N

L

N

T2

TRANSFER

SWITCH

L

NOUTPUT

UPSOutput

Half Bridge

INVERTER

Sampling

Phase

By Pass

Sampling

Phase

Inverter

Ti 1

Ti 2

CONTROL

Titik Synchron

Titik Synchron AC

FIL

TE

R

Page 22: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

44

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

POWER BY PASS INPUT 460Volt

Gambar 3.16 Power Input 460 Volt, harus memalui Isolated Trafo (T3) Step

Down dari 460 Volt ke 110 Volt

Jika sistem berada dalam mode bypass, tegangan dari jaringan bypass

disediakan langsung. Beralih antara mode normal dan pasokan bypass dapat

dilakukan secara manual. Jika pasokan dari inverter tidak cukup, peralihan

berlangsung secara otomatis dan tanpa mengganggu tegangan.

Gambar 3.17 UPS 1B

T3

BY PASS

460 VOLT

Output

Half Bridge

INVERTERGate 1

Gate 2

Gate 3

Gate 4

BY PASS 110 VOLT

OUTPUT INVERTER 110 VOLT

L

N

L

N

T2

TRANSFER

SWITCH

L

NOUTPUT

UPSOutput

Half Bridge

INVERTER

Sampling

Phase

By Pass

Sampling

Phase

Inverter

Ti 1

Ti 2

CONTROL

Titik Synchron

Titik Synchron AC

FIL

TE

R

Page 23: Bab iii  sistem kerja ups (uninterruptible power system) pada central control room pabrik 1 b di pt. pupuk sriwidjaja palembang

45

Politeknik Negeri Sriwijaya

Laporan Kerja Praktek

3.8 TMUPS -C100 Series

Gambar 3.18 TMUPS -C100 Series

Spesifikasi UPS PEW 1000

Merek : TMEIC.

Buatan : TOSHIBA MITSUBISHI-ELECTRIC

INDUSTRIAL SYSTEMS COORPORATION

Capasitas : 40 KVA.

Mulai operasi : Tahun 2010

Type converter. : IGBT PWM CONVERTER

Type Inverter : IGBT PWM INVERTER

Power Input UPS : 3 Phasa 200 Volt 50 HZ toleransi ±10%

Tegangan DC : 288 – 414 V

Arus pengecasan : 12 A

Dapat bertahan : 30 menit

Type Batre : UXH125-6

Power Output UPS : 1 Phasa 110 Volt 50HZ

Trafo 200/115 Volt : 40 KVA.