Genset, sakelar alih, dan suplai cadangan

Listrik padam di tengah siklus cuci adalah kejadian yang sudah biasa dirasakan pengelola laundry komersial. Mesin washer-extractor berhenti, antrean cucian menumpuk, dan pemilik usaha segera meraih kabel genset portabel yang selama ini tersimpan di sudut gudang. Dalam keadaan terburu-buru, kabel itu dicolokkan ke kotak kontak dinding, genset dinyalakan, dan mesin kembali berputar. Dari sisi operasional, masalah tampak terpecahkan. Dari sisi kelistrikan, situasi itu baru saja menciptakan bahaya yang tidak terlihat: tegangan genset dapat mengalir balik ke jaringan PLN melalui konduktor sambungan pelanggan, dan petugas yang sedang bekerja di jaringan tidak mengetahuinya.

Pertanyaan yang perlu dijawab adalah bagaimana catu balik terjadi, sakelar alih seperti apa yang mencegahnya, bagaimana netral dan pembumian genset diperlakukan agar proteksi gangguan tetap bekerja, dan berapa kapasitas genset yang sanggup mengasut motor mesin. Suplai PLN, sistem TN-C-S, dan titik pemisahan PEN sudah dibahas pada bab sistem suplai tegangan rendah; uraian berikut membahas sumber kedua dan mekanisme pengalihannya. Pembaca diandaikan memahami sistem pembumian TN dan jalur arus gangguannya.

Batas pembahasan

Cakupannya genset sampai 100 kVA yang lazim di laundry komersial dan bengkel industri ringan, bekerja sebagai sumber pengganti yang tidak paralel dengan jaringan, pada 230/400 V, 50 Hz, tiga fasa empat kawat. Operasi paralel dan sinkronisasi, UPS, inverter fotovoltaik dan baterai, serta ruang genset dengan syarat bangunan, ventilasi, bahan bakar, dan pemadam kebakaran (PUIL 2020 790.21.2 dan 790.21.3.3) tidak dibahas. Uraian ini bahan belajar, bukan instruksi kerja pada instalasi bertegangan.

PUIL 2020 Bagian 5-55, yang memuat Ayat 551 tentang set pembangkit tegangan rendah, tidak ada di salinan korpus; 5100.6 hanya menyatakan ketentuan generator dipindah ke 551.9 Bagian 5-55. Ketentuan itu ditulis dari IEC 60364-5-55 Ed. 2.2 melalui sumber sekunder dan klausul PUIL 2020 padanannya belum diverifikasi. Syarat penghantar terminal generator diambil dari PUIL 2000 sebagai rujukan cadangan.

Genset portabel dan genset tetap

Genset portabel adalah unit yang dapat dipindahkan, dengan mesin bensin atau diesel berpendingin udara, dan tidak dipasang permanen pada instalasi gedung; rentang 1–15 kVA dipakai di sini sebagai ilustrasi. Unit ini disambungkan lewat kabel yang dapat dilepas, sehingga risiko catu balik paling besar bila instalasi tidak memiliki titik sambung dan sakelar alih yang dirancang untuknya. Titik sambung yang benar berupa kotak masuk (inlet) bertusuk jantan yang terpasang tetap dan terhubung ke sakelar alih, sedangkan ujung kabel di sisi itu berkotak kontak betina, sehingga tidak ada pin terbuka yang bertegangan. Genset tetap dipasang pada fondasi, umumnya bermesin diesel, dan dihubungkan ke PHB utama melalui kabel tetap serta sakelar alih permanen, sering bersama panel start otomatis.

Batas kVA, batas kW, dan kelas rating

Bab daya AC sudah menjelaskan batas kVA alternator dan batas kW mesin, faktor daya pengenal lazim 0,8 tertinggal (genset 20 kVA berdaya aktif 16 kW), pemanas yang mencapai batas kW lebih dulu, dan penjumlahan daya semu melalui $P$ dan $Q$. Faktor daya mesin cuci diambil dari lembar data mesin yang sebenarnya. Kapasitas pelat berlaku untuk beban tiga fasa seimbang; setiap fasa hanya sanggup sepertiga kVA pengenal, sehingga beban satu fasa yang menumpuk di satu fasa membatasi genset lebih dulu, seperti fasa terberat membatasi sambungan PLN.

Kelas rating menentukan berapa lama angka pelat boleh ditanggung. ISO 8528-1:2018 mengenal empat kelas, yang ringkasannya di bawah ini diambil dari sumber sekunder.

Laundry yang menyalakan genset hanya saat PLN padam cocok dengan kelas ESP bila jam padam tahunannya di bawah 200 jam dan beban rata-rata selama padam di bawah 70 % angka ESP. Bila padam sering dan lama, kelas prime yang dipakai. Pada satu genset, angka siaga umumnya lebih besar daripada angka prime, sehingga dua penawaran hanya dapat dibandingkan pada kelas rating yang sama.

Mencegah catu balik

Catu balik (back-feed) terjadi bila genset yang bekerja tersambung ke jaringan distribusi PLN tanpa pemisahan yang tegas. Tegangan genset merambat ke kabel sambungan, jaringan tegangan rendah, dan trafo distribusi, yang menaikkannya ke tingkat tegangan menengah sesuai rasio belitannya. Petugas yang sudah membuka pemutus jaringan dan menganggap saluran bebas tegangan dapat menghadapi tegangan dari genset pelanggan; karena itu kerja aman mensyaratkan verifikasi bebas tegangan, bukan anggapan. Bila PLN kembali menyala saat genset masih tersambung, dua sumber yang tidak sinkron bertemu, dan arus yang timbul dapat merusak alternator, pengaman, serta beban.

PUIL 2020 memuat prinsipnya di dua tempat. Klausul 790.21.3.5.1 meminta beban diputus dari sumber utama saat mesin genset di-start otomatis, dan Bagian 8-2, 8.1.1.4, meminta setiap sumber pada instalasi bersumber lebih dari satu mempunyai sakelar utama yang cocok untuk isolasi, disertai pemberitahuan peringatan permanen atau sistem silih kunci. Bagian 8-2 ditulis untuk instalasi dengan produksi lokal, sehingga bagi genset siaga yang tidak pernah paralel ketentuannya dipakai sebagai acuan; syarat isolasi per sumber yang dirujuknya berasal dari IEC 60364-5-53 536.2.1.3. Ayat 551 IEC 60364-5-55, sebagaimana diturunkan BS 7671 551.6.1, meminta tindakan agar genset tidak dapat bekerja paralel dengan jaringan publik. Sarana yang disebut adalah interlock listrik, mekanis, atau elektromekanis, sistem kunci tunggal yang dipindahkan, sakelar alih tiga posisi putus-sebelum-sambung, atau sakelar alih otomatis dengan interlock yang sesuai (sekunder).

Sakelar alih manual dengan interlock mekanis

Sakelar alih manual mempunyai dua posisi kerja, PLN dan genset, dan pada sakelar tiga posisi I-0-II ada posisi nol di antaranya. Interlock mekanis memastikan kedua posisi tidak dapat aktif bersamaan secara fisik, tanpa bergantung pada sirkit listrik. Bila dibuat dari dua gawai, gawai sisi PLN diberi kode -Q1 dan sisi genset -Q2 menurut IEC 81346-2, dan interlock mekanis menghubungkan keduanya sehingga -Q2 terkunci selama -Q1 masuk, dan sebaliknya. Sakelar jenis ini tidak memerlukan catu daya kendali dan tidak bergantung pada relai atau mikrokontroler, sehingga andal untuk instalasi kecil. Interlock listrik antarkoil kontaktor, yang dibahas pada bab logika kendali dasar, juga termasuk sarana yang diterima; pada sakelar alih berkontaktor keduanya biasanya dipasang bersama.

Sakelar alih otomatis (ATS)

PUIL 2020 790.21 mengatur instalasi genset darurat untuk layanan keselamatan gedung. Genset siaga laundry bukan layanan keselamatan, tetapi angka kinerjanya layak dipinjam sebagai acuan. Suplai utama dipantau terus; bila tegangan turun sampai atau di bawah 80 % nominal selama lebih dari 3 detik pada fasa mana pun, beban diputus dari sumber utama dan mesin di-start otomatis (790.21.3.5.1). Pembangkit harus mencapai kecepatan penuh dan siap memikul beban paling lambat 15 detik sejak sinyal start, lalu siap memikul beban penuh dalam 30 detik berikutnya, jumlahnya 45 detik (790.21.3.2.1). Sumber utama disambung kembali setelah tegangan semua fasa di atas 80 % dan bertahan 5 menit. Jeda 3 detik menyaring kedip tegangan singkat, dan jeda 5 menit mencegah beban dipindah bolak-balik saat jaringan belum stabil.

Urutan kerja ATS transisi terbuka adalah sebagai berikut.

1. Relai pemantau tegangan -K1 mendeteksi tegangan di bawah ambang melewati waktu tunda.
2. -Q1 membuka, sehingga instalasi terlepas dari jaringan.
3. Sinyal start dikirim ke genset -G1.
4. Setelah tegangan dan frekuensi genset stabil dalam toleransi, -Q2 menutup, lalu beban disambung bertahap.
5. Setelah PLN normal 5 menit, -Q2 membuka lalu -Q1 menutup; genset berjalan dengan beban ringan sebelum berhenti bila pabrikan mensyaratkannya (790.21.3.5.1).

Urutan ini putus sebelum sambung, sehingga ada jeda tanpa suplai. Transisi tertutup, yang menutup sumber kedua sebelum sumber pertama membuka, memerlukan penyinkronan tegangan, frekuensi, dan sudut fasa serta persetujuan operator jaringan, dan berada di luar batas pembahasan. Tanpa penyinkronan, kedua kontak tidak pernah boleh menutup bersamaan. Klausul yang sama menyebut motor besar mungkin memerlukan tunda beberapa detik agar tidak tersambung tak serempak dengan generator. Untuk persil nonrumah tangga, peralatan sakelar transfer memenuhi IEC 60947-6-1 (PUIL 2020 Bagian 8-1, 8.7, catatan); edisi keempat terbit April 2026, menggantikan edisi 2021, dan menambah lampiran untuk ATS bertransisi tertutup dan pengendali ATS terpisah.

Netral dan pembumian genset

Pada sambungan PLN yang lazim, PEN dari jaringan dipisah menjadi N dan PE di awal instalasi, lalu keduanya tidak boleh disambung lagi (411.4.3). Ketika genset menggantikan PLN, pertanyaannya adalah di mana titik bintang alternator dihubungkan ke PE, dan apakah netral ikut dipindah oleh sakelar alih.

Titik bintang genset dan konduktor proteksi

Literatur Amerika membedakan sistem terbentuk terpisah (separately derived system), dengan netral ikut dipindah sakelar alih dan titik bintang genset dibumikan di genset, dan sistem tidak terpisah, dengan netral tersambung permanen melalui sakelar tiga kutub. Pada sistem TN, 444.4.7 meminta netral ikut disakelar, sehingga susunan pertama yang dipakai; kemungkinan netral tetap tersambung ke jaringan pada 8-2, 8.1.1.2.2, tidak dipakai di sini karena proteksi lalu bergantung pada PEN jaringan. Dengan sakelar empat kutub, setiap sumber mempunyai hubungan netral-PE sendiri di sisi sumber: PLN di titik pemisahan PEN, genset di titik bintang alternator atau PHB genset. Kutub netral sakelar memisahkan keduanya, sehingga pada setiap saat instalasi hanya melihat satu hubungan netral-PE dan arus netral tidak mengalir di PE. Susunan titik bintang yang tidak dibumikan langsung dengan satu hubungan netral-PE di PHB utama (444.4.6.1) ditujukan untuk sumber yang tersambung bersamaan, bukan untuk pengalihan.

Rangka genset dan konduktor PE-nya dihubungkan ke terminal pembumian utama instalasi, karena 444.5.1 meminta semua elektrode bumi gedung diinterkoneksi; elektrode genset yang berdiri sendiri dan tidak terhubung ke pembumian instalasi bertentangan dengan ketentuan itu. PUIL 2020 Bagian 8-2, 8.1.1.1, meminta instalasi yang bekerja terpisah dari jaringan (moda pulau) memenuhi 551.4.3.2 Bagian 5-55, karena hubungan ke titik bumi jaringan tidak terjamin, dan 8.1.1.2.1 meminta pembumiannya terhubung ke elektrode bumi lokal. Kutipan BS 7671 551.4.3.2.1 menyatakan hal yang sama (sekunder). Titik bintang yang tidak dihubungkan ke PE sama sekali membuat genset bekerja sebagai sistem IT yang tidak dirancang: gangguan badan pertama tidak memutus MCB maupun RCD (gawai proteksi arus sisa, GPAS) dan tidak terdeteksi tanpa pemantau isolasi.

Mengapa sakelar empat kutub

PUIL 2020 Bagian 4-44, 444.4.7, mewajibkan pengalihan dari satu suplai ke suplai alternatif pada sistem TN memakai gawai sakelar yang menyakelar konduktor lin dan netral: empat kutub untuk tiga fasa, dua kutub untuk satu fasa. Catatan klausul menyebut alasannya kompatibilitas elektromagnetik: dengan sakelar tiga kutub, netral kedua sumber tersambung permanen, sebagian arus netral kembali lewat PE, logam gedung, dan hubungan netral-PE sumber lain, sehingga jumlah arus di dalam kabel tidak lagi nol dan timbul medan magnet sasar. RCD atau relai gangguan bumi yang dilangkahi jalur itu, misalnya di keluaran genset atau di pengaman masuk sebelum titik gabung netral, melihat arus netral yang tidak kembali melalui trafo arusnya, sehingga dapat trip tanpa gangguan; mekanismenya sama dengan sambungan ulang N-PE pada bab sistem suplai.

Bila titik bintang genset hanya mengandalkan netral PLN, pembumian genset juga hilang begitu PEN jaringan putus atau dilepas petugas. Tegangan catu balik tidak lewat netral, karena fasa sudah diputus; masalah sakelar tiga kutub ada pada jalur arus dan pembumian. Kontak netral tidak boleh membuka sebelum kontak fasa dan harus menyambung bersamaan atau lebih dulu (431.3), sedangkan PE tidak pernah disakelar.

Proteksi gangguan saat genset bekerja

Arus hubung pendek genset jauh lebih kecil daripada trafo PLN berdaya serupa. Satu panduan instalasi menyebut arus siklus pertama sekitar 6–12 kali arus pengenal dengan $x''_\text{d}$ 10–15 %, turun ke 1,5–2 kali dalam 100–500 ms, lalu ke sekitar 0,5 kali tanpa penguatan medan, atau 2–3 kali bila eksitasinya kompon atau dipaksa maksimum (sekunder). Genset 20 kVA berarus pengenal $I_\text{G} = 20\,000/(\sqrt{3} \times 400) = 28{,}9$ A, sehingga arus tunaknya sekitar 14 A sampai 87 A. MCB kurva C 16 A memerlukan 160 A untuk lepas seketika, dan kurva B 16 A memerlukan 80 A; arus tunak tadi tidak memenuhi C16 dan hanya memenuhi B16 bila penguatan 3 kali benar-benar tersedia di ujung kabel.

Waktu pemutusan 0,4 detik untuk sirkit akhir sampai 32 A (411.3.2.2) karena itu pada operasi genset lazimnya dipenuhi RCD, yang arus kerjanya tidak bergantung pada kemampuan hubung pendek sumber, asalkan titik bintang genset terhubung ke PE. Selektivitas juga berubah: pengaman hulu dan hilir melihat arus yang sama kecilnya, sehingga koordinasi yang dihitung untuk suplai PLN diperiksa ulang. Bagian 8-2 meminta gawai proteksi gangguan dipilih untuk setiap sumber dengan arus gangguan bumi minimum moda pulau (8.1.1.3), dan arus lebih ditentukan untuk semua konfigurasi (8.1.2.1). Genset yang paralel dengan trafo dibahas dari sisi kapasitas pemutusan pada bab arus hubung pendek. Konduktor dari terminal generator sampai gawai proteksi pertama berkemampuan hantar arus sekurang-kurangnya 115 % arus pengenal pelat nama (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan); untuk genset 20 kVA, $1{,}15 \times 28{,}9 = 33{,}2$ A.

Arus asut motor pada genset

Motor induksi yang diasut langsung (DOL) menarik arus beberapa kali arus pengenal selama akselerasi; perbandingan arus dan torsi tiap metode asut dibahas pada bab metode pengasutan motor. Trafo distribusi berimpedansi rendah terhadap arus itu, tetapi genset kecil mempunyai reaktansi subtransien dan transien yang besar dibandingkan impedansi motor saat asut, sehingga tegangan terminal turun jauh lebih dalam. Susut di sumber dihitung dari perbandingan impedansi motor saat asut dengan reaktansi genset, $X''_\text{d}$ untuk siklus pertama dan $X'_\text{d}$ bila AVR lambat, seperti pada contoh kerja di bawah. Kriteria 85 % dipakai agar kontaktor yang diperintah menutup selama asut tetap menarik, sedangkan kontaktor yang sudah menutup dapat lepas di antara 75 % dan 20 % tegangan koilnya. Untuk genset layanan darurat, 790.21.3.1.4 meminta keluaran generator cukup untuk beban dasar ditambah beban start motor tanpa fluktuasi tegangan berlebihan, dan 790.21.3.2.3 menganjurkan turun tegangan saat beban penuh masuk tidak melebihi 25 % dan pulih ke dalam 5 % dalam 0,5 detik.

Genset juga menerima lonjakan daya aktif. Selama asut, motor menyerap

$$P_\text{asut} = \sqrt{3}\,U\,I_\text{asut}\cos\varphi_\text{asut}$$

dengan $U$ tegangan antarfasa (V), $I_\text{asut}$ arus saluran saat asut (A), dan $\cos\varphi_\text{asut}$ faktor daya rotor terkunci, di sini diandaikan 0,35, sama dengan asumsi pada bab metode pengasutan motor. Rumus berlaku pada tegangan nominal; susut tegangan menurunkan hasilnya. Lonjakan ini dipikul mesin penggerak: putaran turun sesaat, dan frekuensi ikut turun sampai pengatur putaran (governor) menambah bahan bakar. Banyak pengatur tegangan otomatis (AVR) sengaja menurunkan tegangan ketika frekuensi turun agar mesin cepat pulih, sehingga susut tegangan dan susut frekuensi datang bersamaan. Kemampuan genset menerima lonjakan beban dinyatakan pabrikan menurut ISO 8528-5, dan data itulah yang dipakai untuk keputusan akhir.

Metode pengurangan arus asut dibandingkan rinci pada bab metode pengasutan motor dan bab soft starter; ringkasnya, bintang-segitiga memberi sepertiga arus dan torsi, hanya untuk motor 400 V Δ, dengan lonjakan transisi bila transisinya terbuka; autotrafo dan soft starter dengan batas arus menjadi alternatif. Penggerak frekuensi variabel (variable frequency drive, VFD) mengambil arus saluran sesuai daya yang diserap motor, sehingga tidak ada lonjakan asut beberapa kali arus pengenal. Pada genset, masalahnya berpindah ke harmonisa arus masukan VFD, yang akibatnya sudah diuraikan pada bab harmonisa; pemilihan VFD dibahas pada bab VFD.

Beban prioritas dan pelepasan beban

Kapasitas genset cadangan pada usaha laundry umumnya lebih kecil daripada daya tersambung PLN. Jalan keluarnya manajemen beban: menentukan beban yang diprioritaskan saat suplai beralih ke genset, dan melepas beban yang tidak esensial secara terencana.

Beban dapat dikelompokkan menjadi tiga tingkat menurut dampak operasional bila dipadamkan. Tingkat pertama mencakup beban yang sedang dalam siklus dan perlu diselesaikan, misalnya mesin cuci pada bilas akhir atau pengering yang hampir selesai. Tingkat kedua mencakup penerangan, sistem kendali panel, dan kompresor udara yang dibutuhkan proses. Tingkat ketiga mencakup beban yang dapat dimatikan sementara tanpa dampak operasional: pemanas air cadangan, peralatan kantor, dan pendingin ruangan yang tidak dibutuhkan proses. Pengering berpemanas listrik perlu diperhatikan tersendiri, karena beban kW-nya paling besar dan sering menentukan cukup tidaknya genset.

Pelepasan beban (load shedding) terencana dilakukan kontaktor yang dikendalikan relai manajemen beban -K2, yang menerima sinyal posisi dari sakelar alih. Sebelum -Q2 menutup, -K2 membuka kontaktor kelompok beban tingkat ketiga -Q3. Setelah tegangan dan frekuensi genset stabil, penerangan dan kendali disambung lebih dulu, lalu mesin tingkat pertama diasut satu per satu, sejalan dengan urutan start 790.21.3.1.3 yang mendahulukan penerangan dan menaruh beban lain terakhir. Klausul 790.21.3.1.2 membolehkan beban tambahan disambung tanpa menambah kapasitas bila ada pemutus otomatis yang melepasnya saat genset mencapai beban penuh, kecuali pembangkit diawasi terus-menerus. Urutan ini mencegah lonjakan bersamaan dan memberi waktu governor dan AVR pulih di antara langkah. Penerangan darurat jalan keluar tidak cukup dicatu genset saja. Dengan tunda deteksi 3 detik (790.21.3.5.1) ditambah 15 detik sampai siap memikul beban (790.21.3.2.1), suplai genset baru tersedia sekitar 18 detik setelah padam. Angka itu melewati batas 15 detik yang dipakai bab penerangan (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan) dan menurut Bagian 3, 35.2 tergolong terputus lama, sehingga celahnya diisi baterai.

Pada instalasi sederhana tanpa relai manajemen beban, operator melepas pemutus beban tingkat ketiga sebelum memindah sakelar alih, lalu menyambung kembali satu per satu setelah genset stabil. Prosedur ini ditulis sebagai instruksi operasi di dekat panel, seperti petunjuk operasi yang diminta 790.21.3.8 untuk ruang generator, karena operator yang bertugas saat padam belum tentu orang yang sama.

Contoh kerja: kapasitas genset untuk satu washer-extractor dan penerangan

Soal. Laundry ingin menjalankan satu washer-extractor dan penerangan esensial dari genset 20 kVA saat padam. Periksa beban jalan dan pengasutan, lalu tentukan susunan yang layak.

Data (ilustrasi). Motor drum 7,5 kW (daya poros), 400 V tiga fasa, efisiensi 90 %, faktor daya 0,80, asut langsung dengan $I_\text{l}/I_\text{N} = 6$. Penerangan 2 kW, faktor daya 0,95 (LED dengan driver), terbagi seimbang. Faktor daya asut diandaikan 0,35. Genset 20 kVA kelas ESP pada faktor daya 0,8, $x''_\text{d} = 0{,}15$ dan $x'_\text{d} = 0{,}25$ per unit, sama dengan asumsi bab metode pengasutan. Kriteria: beban jalan di bawah kVA dan kW pengenal dan rata-rata di bawah 70 % ESP; tegangan PHB saat asut paling rendah 85 %.

Langkah 1: arus pengenal motor. Alasan: daya pelat nama motor adalah daya poros, sehingga daya masukan diperoleh dengan membagi efisiensi.

$$P_\text{in} = \frac{7{,}5}{0{,}90} = 8{,}33\ \text{kW}, \qquad I_\text{N} = \frac{8\,333}{\sqrt{3} \times 400 \times 0{,}80} = 15{,}0\ \text{A}$$

Langkah 2: beban jalan. Alasan: faktor daya motor dan lampu berbeda, sehingga daya semu dihitung dari jumlah $P$ dan jumlah $Q$. $Q_\text{motor} = 8{,}33 \times \tan(\arccos 0{,}80) = 6{,}25$ kvar dan $Q_\text{lampu} = 2{,}0 \times \tan(\arccos 0{,}95) = 0{,}66$ kvar.

$$S_\text{jalan} = \sqrt{(8{,}33 + 2{,}00)^2 + (6{,}25 + 0{,}66)^2} = 12{,}4\ \text{kVA}$$

Terhadap genset, beban jalan memakai $12{,}4/20 = 62$ % kVA dan $10{,}33/16 = 65$ % kW, di bawah 70 % ESP. Beban jalan lolos.

Langkah 3: asut langsung. $I_\text{asut} = 6 \times 15{,}04 = 90{,}2$ A, sehingga $S_\text{asut} = \sqrt{3} \times 400 \times 90{,}2 = 62{,}5$ kVA, 3,1 kali kVA genset. Daya aktifnya $62{,}5 \times 0{,}35 = 21{,}9$ kW; ditambah lampu, lonjakan 23,9 kW, atau 1,49 kali daya aktif pengenal mesin. Alasan susut: motor dimodelkan sebagai impedansi, dan genset sebagai reaktansi di belakang ggl.

$$|Z_\text{m}| = \frac{400}{\sqrt{3} \times 90{,}2} = 2{,}56\ \Omega, \qquad Z_\text{m} = 0{,}896 + j\,2{,}398\ \Omega$$

Impedansi dasar genset $400^2/20\,000 = 8{,}0$ Ω, sehingga $X''_\text{d} = 1{,}20$ Ω dan $X'_\text{d} = 2{,}00$ Ω.

$$\frac{U_\text{PHB}}{U_0} = \frac{2{,}56}{|0{,}896 + j\,(2{,}398 + 1{,}20)|} = 0{,}690$$

Susut awal 31,0 %, dan dengan $X'_\text{d}$ 43,0 %. Kriteria 85 % gagal jauh; sebagai pembanding, anjuran 25 % pada 790.21.3.2.3 pun terlampaui.

Langkah 4: pembanding. Alasan: pilihan harus diuji dengan model yang sama.

Batas 85 % baru dicapai genset 50,3 kVA bila susut ditentukan $X''_\text{d}$ dan 83,8 kVA bila AVR lambat sehingga $X'_\text{d}$ yang menentukan, sekitar 4 dan 6,7 kali daya semu beban jalan 12,4 kVA.

Tafsir dan keputusan. Genset 20 kVA, pelat yang sama dengan contoh bab daya AC, cukup untuk beban jalan tetapi tidak untuk asut langsung motor 7,5 kW. Bila motor drum digerakkan VFD, seperti washer-extractor pada contoh bab isolasi dan penyakelaran, 20 kVA ESP layak dengan syarat harmonisa masukan diperiksa. Bila motor asut langsung, pilihannya genset sekitar 50–84 kVA menurut reaktansi pabrikan, atau mengganti metode asut. Bintang-segitiga hanya lolos bila susut ditentukan $X''_\text{d}$ dan transisinya tertutup; lonjakan transisi terbuka dapat melampaui arus asut langsung, sehingga susunan itu ditolak untuk genset pada bab metode pengasutan motor. Susunan ini juga memerlukan motor 400 V Δ dan tidak cocok bila mesin membutuhkan torsi awal tinggi. Kapasitas yang dihitung dari beban jalan dikali faktor cadangan tetap harus diuji terhadap pengasutan.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan aturan bab ini; angka yang bukan dari sumber ditandai angka latihan. Penyambungan, pengalihan beban, dan pengukuran pada genset dikerjakan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: beban satu fasa dapur hotel pada genset 30 kVA. Genset cadangan dapur hotel 30 kVA mencatu beban satu fasa: L1 11,5 kVA, L2 6,0 kVA, dan L3 4,0 kVA (angka latihan). Jumlahnya 21,5 kVA atau 72 % kVA pengenal, tetapi setiap fasa hanya sanggup sepertiga:

$$S_\text{fasa} = \frac{30}{3} = 10{,}0\ \text{kVA}, \qquad \frac{11{,}5}{10{,}0} = 115\ \%$$

L1 kelebihan beban walaupun jumlahnya lolos. Pemindahan 3,5 kVA dari L1 ke L3 memberi 8,0, 6,0, dan 7,5 kVA, semuanya di bawah 10 kVA; batas kW diperiksa terpisah.

Contoh 2: kelas rating untuk hotel yang sering padam. Sebuah hotel padam rata-rata 260 jam per tahun, dengan beban rata-rata 24 jam selama padam 65 kVA. Dua penawaran menyebut "100 kVA": satu angka ESP, satu angka prime (semuanya angka latihan). Karena 260 jam melampaui 200 jam, kelas ESP tidak cocok. Pada genset prime, $65/100 = 65$ %, di bawah 70 %. Penawaran ESP dibandingkan memakai angka prime dari lembar datanya sendiri, yang umumnya lebih kecil.

Contoh 3: proteksi gangguan saat laundry hotel memakai genset 60 kVA. Untuk genset 60 kVA (angka latihan):

$$I_\text{G} = \frac{60\,000}{\sqrt{3} \times 400} = 86{,}6\ \text{A}, \qquad 0{,}5\,I_\text{G} \text{ sampai } 3\,I_\text{G} = 43 \text{ sampai } 260\ \text{A}$$

MCB C16 perlu 160 A, atau sekitar $1{,}85\,I_\text{G}$, sehingga lepas seketikanya bergantung pada eksitasi kompon yang benar-benar tersedia; tanpa penguatan, 43 A bahkan di bawah 80 A untuk B16. Waktu 0,4 detik untuk sirkit akhir karena itu dipenuhi RCD 30 mA, dengan titik bintang terhubung ke PE. Konduktor terminal generator sampai pengaman pertama ber-KHA sekurang-kurangnya $1{,}15 \times 86{,}6 = 99{,}6$ A (PUIL 2000 sebagai rujukan cadangan).

Contoh 4: ATS hotel dan kedip tegangan. Ambang ATS mengikuti acuan 790.21.3.5.1 yang dipinjam bab ini: 184 V fasa-netral selama lebih dari 3 detik. Catatan kejadian (angka latihan): L2 turun ke 190 V selama 10 detik, L3 turun ke 175 V selama 2 detik, lalu ketiga fasa 0 V. Dua kejadian pertama tidak memicu pengalihan, karena 190 V di atas ambang dan 2 detik di bawah tunda. Padam penuh memicu start; beban kembali ke PLN setelah semua fasa di atas 184 V selama 5 menit.

Kondisi berhenti

Hentikan dan jangan lanjutkan pemakaian genset bila menemukan keadaan berikut.

1. Genset disambung ke instalasi melalui steker ke kotak kontak, termasuk kabel bertusuk jantan di kedua ujung, atau tanpa pemisah yang mencegah catu balik. Pin tusuk kontak yang bebas bertegangan genset, dan jaringan PLN dapat tercatu balik. Genset dimatikan sampai sakelar alih dengan interlock terpasang dan diperiksa.
2. Sakelar alih pada sistem TN hanya tiga kutub, atau letak hubungan netral-PE genset tidak diketahui. Operasi dari genset ditunda sampai susunan empat kutub dan satu hubungan netral-PE per sumber diverifikasi.
3. Titik bintang atau rangka genset tidak terhubung ke PE dan terminal pembumian utama.
4. Interlock mekanis atau listrik sakelar alih rusak, dilepas, atau dijembatani.
5. Pekerjaan pada PHB, sakelar alih, atau sirkit yang dapat dicatu genset. Mesin dapat hidup sendiri (790.21.3.3.5), sehingga genset dan panel start otomatisnya diisolasi dan dikunci bersama sisi PLN, lalu bebas tegangan diverifikasi menurut Bab 2 · Keselamatan; prosedur LOTO dibahas pada bab kerja aman.
6. Urutan fasa genset belum dipastikan sama dengan PLN sebelum beban motor dialihkan. Pemeriksaan tegangan, urutan fasa, dan arus saat komisioning hanya dilakukan personel kompeten dengan alat ukur berkategori sesuai dan APD.

Salah tafsir yang sering terjadi

"MCB cukup sebagai pemisah." MCB utama yang dibuka memang memutus satu jalur, tetapi tidak ada yang mencegah seseorang menutupnya saat genset bekerja, dan netral tidak ikut diputus bila MCB tiga kutub. Pemisahan sumber memerlukan sakelar alih dengan interlock atau ATS yang diuji menurut IEC 60947-6-1.

"Netral tidak perlu diputus." Pada TN, 444.4.7 mewajibkan netral ikut disakelar. Alasannya bukan tegangan catu balik lewat netral, melainkan arus netral yang beredar lewat PE, trip RCD sisi sumber tanpa gangguan, dan pembumian genset yang bergantung pada PEN jaringan.

"Cukup bandingkan kW beban dengan kW genset." Genset dibatasi kVA di alternator dan kW di mesin. Beban motor berfaktor daya rendah mencapai batas kVA lebih dulu, sedangkan pemanas mencapai batas kW lebih dulu; keduanya diperiksa.

"Angka 15 detik adalah waktu tunggu sebelum genset diberi beban." Klausul 790.21.3.2.1 menetapkan batas paling lambat genset darurat siap memikul beban, bukan jeda wajib, dan 790.21 ditujukan untuk layanan keselamatan gedung.

Hubungan dengan bab lain

Uraian ini memakai sistem suplai, pembumian, proteksi kejut, RCD, arus hubung pendek, selektivitas, serta isolasi dan penyakelaran dari bab masing-masing. Batas kVA dan kW berasal dari bab daya AC dan ambang kontaktor dari bab susut tegangan; model susut asut dan perbandingan metode asut dibahas lebih rinci pada bab metode pengasutan motor dan bab soft starter. Penandaan sumber di PHB ada pada bab PHB dalam instalasi, dan PUIL 2020 443.4 menganjurkan surja penyakelaran dari generator dipertimbangkan (bab proteksi surja).

Dua bab peralatan gedung memakai uraian ini dari sisi bebannya. Bab 92 tentang inverter on-grid string mencatat bahwa manual inverter yang dibaca tidak membahas operasi bersama genset hotel; karena bab ini juga tidak mencakup inverter fotovoltaik, perilaku inverter saat genset mencatu instalasi ditanyakan ke perancang sebelum terjadi, dan setiap sumber tetap mempunyai sakelar isolasi menurut Bagian 8-2, 8.1.1.4. Bab 96 tentang sentral telepon hotel membandingkan hitungan di bagian beban prioritas bab ini, yaitu suplai genset baru tersedia sekitar 18 detik setelah padam, dengan toleransi kegagalan daya 300 ms yang dimiliki sentral dari satu manual pabrik bila tanpa baterai cadangan. Jeda 18 detik itu 60 kali toleransinya, sehingga sentral bergantung pada baterai cadangannya sendiri, bukan pada genset, untuk melewati masa peralihan.

Latihan dan pembahasan

1. (Hitung) Motor tiga fasa 400 V, daya poros 11 kW, efisiensi 88 %, faktor daya 0,82, $I_\text{l}/I_\text{N} = 5{,}5$. Hitung (a) arus pengenal, (b) arus asut DOL, (c) daya semu asut, dan (d) lonjakan daya aktif bila faktor daya asut 0,35.
2. (Tafsir) Teknisi menyambung kabel genset 15 kVA ke terminal keluaran (sisi beban) MCB utama empat kutub, lalu membuka MCB utama saat genset bekerja. Jelaskan mengapa susunan ini tidak memenuhi syarat pencegahan catu balik walaupun MCB terbuka.
3. (Hitung) ATS memantau tegangan 230/400 V dengan acuan 790.21.3.5.1. Berapa ambang fasa-netral dan antarfasa, berapa lama tegangan harus bertahan di ambang itu sebelum pengalihan, dan kapan beban kembali ke PLN?
4. (Tafsir) Panduan pemasok genset mengusulkan sakelar alih tiga kutub, netral genset disambung permanen ke rel netral instalasi tanpa hubungan ke PE di genset. Instalasi berupa TN-C-S dengan PEN dipisah di PHB utama. Nilai usulan ini dan tunjukkan di mana hubungan netral-PE genset seharusnya.
5. (Hitung) Tiga mesin cuci identik bermotor 5,5 kW (efisiensi 87 %, faktor daya 0,80) berjalan bersamaan, ditambah penerangan 1,5 kW (faktor daya 0,95). Dengan faktor cadangan 125 % terhadap beban jalan, tentukan kVA genset minimum pada faktor daya pengenal 0,8.
6. (Hitung dan tafsir) Sirkit kotak kontak dilindungi MCB kurva C 16 A dan RCD 30 mA. Saat disuplai genset 20 kVA dengan titik bintang terhubung ke PE, apakah gangguan badan diputus dalam 0,4 detik, dan oleh gawai mana? Apa yang berubah bila titik bintang tidak terhubung ke PE?

Kunci jawaban beralasan

1. (a) $P_\text{in} = 11/0{,}88 = 12{,}5$ kW; $I_\text{N} = 12\,500/(\sqrt{3} \times 400 \times 0{,}82) = 22{,}0$ A. (b) $5{,}5 \times 22{,}0 = 121{,}0$ A. (c) $\sqrt{3} \times 400 \times 121{,}0 = 83{,}8$ kVA. (d) $83{,}8 \times 0{,}35 = 29{,}3$ kW. Alasan: (c) membebani alternator dan menentukan susut tegangan, sedangkan (d) membebani mesin dan menentukan susut frekuensi, sehingga keduanya dibandingkan dengan data asut pabrikan genset.
2. Instalasi terpisah dari jaringan hanya selama MCB tetap terbuka. Tidak ada interlock yang mencegah MCB ditutup saat genset bekerja atau saat PLN kembali, sehingga genset dapat mencatu balik jaringan atau bertemu tak sinkron dengan PLN. Sarana menurut 551.6.1 (sekunder) dan 8.1.1.4 adalah sakelar alih atau interlock yang membuat kedua sumber tidak dapat tersambung bersamaan. Kabel lepas di terminal PHB juga bukan titik sambung yang dirancang untuk genset.
3. Ambang $0{,}80 \times 230 = 184$ V fasa-netral atau $0{,}80 \times 400 = 320$ V antarfasa. Tegangan sampai atau di bawah ambang pada fasa mana pun selama lebih dari 3 detik memicu pelepasan dari PLN dan start genset; tepat 320 V sudah termasuk. Beban kembali ke PLN setelah tegangan semua fasa di atas 80 % selama 5 menit. Alasan: jeda pendek menyaring kedip, jeda panjang memastikan jaringan stabil.
4. Usulan tidak memenuhi 444.4.7, karena netral tidak disakelar. Arus netral dapat beredar lewat PE dan menimbulkan medan sasar serta trip RCD di sisi sumber, dan pembumian genset bergantung pada PEN jaringan, bertentangan dengan 551.4.3.2.1 (sekunder). Susunan yang benar memakai sakelar empat kutub dengan titik bintang genset dihubungkan ke PE di sisi genset, rangka genset ke terminal pembumian utama, dan hubungan netral-PE PLN tetap di titik pemisahan PEN.
5. $P_\text{in} = 5{,}5/0{,}87 = 6{,}32$ kW per motor, tiga motor 18,97 kW dan 14,22 kvar; penerangan 1,5 kW dan 0,49 kvar. $P = 20{,}47$ kW, $Q = 14{,}72$ kvar, $S = 25{,}2$ kVA. Dengan 125 %: 31,5 kVA dan 25,6 kW. Batas kW pada faktor daya 0,8 menuntut $25{,}6/0{,}8 = 32{,}0$ kVA, sehingga batas kW yang menentukan dan dipilih ukuran berikutnya di atas 32 kVA, misalnya 35 kVA (ilustrasi). Asut satu motor saat dua lainnya jalan tetap diperiksa terpisah seperti contoh kerja.
6. $I_\text{G} = 28{,}9$ A; arus tunak 0,5–3 kali, sekitar 14–87 A. MCB C16 memerlukan 160 A untuk lepas seketika, sehingga tidak menjamin 0,4 detik setelah siklus pertama. Arus gangguan puluhan ampere jauh di atas 30 mA, sehingga RCD yang memutus dalam waktu pengenalnya dan memenuhi 411.3.2.2. Tanpa hubungan titik bintang ke PE, arus gangguan badan tidak mempunyai jalur kembali ke sumber: RCD dan MCB tidak bekerja, gangguan tidak terdeteksi, dan gangguan kedua di fasa lain menjadi berbahaya.

Referensi