Pendinginan Generator Sinkron

Pendinginan Generator Sinkron: Metode Kelebihan dan Keterbatasan

Pentingnya Pendinginan

Pendinginan adalah aspek kritis dalam operasi generator sinkron. Mekanisme pendinginan alami tidak cukup untuk mendispersikan jumlah panas yang signifikan yang dihasilkan dalam alternator. Untuk mengatasi hal ini, sistem pendingin udara paksa digunakan. Dalam sistem seperti itu, udara dipaksa masuk ke dalam alternator, memastikan volume udara yang lebih besar melewati permukaannya, sehingga menghilangkan sejumlah besar panas. Sistem ventilasi sirkuit tertutup sangat efektif untuk meningkatkan pendinginan generator sinkron. Dalam pengaturan ini, udara panas dan bersih dari alternator didinginkan oleh penukar panas berpendingin air, lalu disirkulasikan kembali melalui alternator menggunakan kipas.

Untuk memaksimalkan luas permukaan yang bersentuhan dengan udara pendingin, saluran dimasukkan ke dalam inti stator dan rotor, serta gulungan medan generator. Saluran-saluran ini dapat dikonfigurasi dalam arah radial atau aksial, tergantung pada pola aliran udara yang diinginkan.

Sistem Ventilasi Aliran Radial

Deskripsi

Dalam sistem ventilasi aliran radial, udara pendingin memasuki saluran melalui celah udara di stator dan mengalir secara radial menuju bagian belakang stator, di mana kemudian dikeluarkan.

Kelebihan

• Kehilangan Energi Rendah: Energi yang dibutuhkan untuk ventilasi diminimalisir, berkontribusi pada efisiensi keseluruhan.

• Fleksibilitas: Sistem ini dapat diterapkan pada mesin kecil maupun besar, menjadikannya opsi yang fleksibel untuk berbagai ukuran generator.

Keterbatasan

Ukuran dan Kepadatan: Kehadiran saluran ventilasi, yang dapat menempati sekitar 20% dari panjang armatur, membuat mesin kurang padat.

Dispersi Panas: Dibandingkan dengan sistem pendingin lainnya, sistem aliran radial menawarkan dispersi panas yang relatif lebih rendah. Dalam beberapa kasus, stabilitas sistem dapat terganggu karena fluktuasi dalam volume udara pendingin yang mengalir melalui mesin.

Sistem Ventilasi Aliran Aksial

Deskripsi

Dalam metode ini, udara dipaksa mengalir secara aksial melalui saluran yang dibuat oleh lubang-lubang di stator dan rotor.

Kinerja dan Keterbatasan

Sistem ventilasi aliran aksial sangat efektif, kecuali untuk mesin dengan panjang aksial yang signifikan. Salah satu kelemahan utamanya adalah transfer panas yang tidak merata. Bagian outlet udara mesin cenderung menerima pendinginan yang lebih sedikit karena udara memanas saat mengalir melalui saluran aksial.

Ventilasi Sirkumferensial

Deskripsi

Dalam ventilasi sirkumferensial, udara disuplai di satu atau lebih titik pada periferi luar inti stator, lalu dipaksa mengalir sirkumferensial melalui saluran antara laminasi ke saluran keluar yang ditentukan. Metode ini memungkinkan peningkatan area saluran.

Kombinasi dan Pertimbangan

Dalam beberapa kasus, ventilasi sirkumferensial dikombinasikan dengan sistem aliran radial. Namun, perlu hati-hati untuk menghindari interferensi antara dua aliran udara. Untuk mencegah interferensi tersebut, permukaan luar saluran radial bergantian biasanya ditutup.

Persyaratan Udara Pendingin

Untuk pendinginan yang efektif, udara yang digunakan harus bersih dan bebas debu. Partikel debu dapat menyumbat saluran, mengurangi area penampangnya, dan akibatnya mengurangi efisiensi transfer panas melalui konduksi. Untuk memastikan udara bersih, filter udara dan filter kain sering digunakan. Dalam beberapa situasi, udara dicuci di ruang semprot. Selain itu, dalam sebagian besar kasus, udara didinginkan oleh pendingin air, lalu disirkulasikan kembali untuk digunakan ulang.

Keterbatasan Pendingin Udara

Perangkat dan Biaya: Untuk mesin berkapasitas besar, kipas yang diperlukan untuk sirkulasi udara menjadi lebih besar dan mengonsumsi daya yang signifikan. Ini memerlukan penggunaan perangkat bantu, yang bisa mahal.

Batas Kapasitas: Ada peringkat optimal untuk mesin di luar batas tersebut, pendingin udara tidak lagi cukup untuk menjaga suhu dalam batas operasional yang aman.

Pendinginan Hidrogen pada Generator Sinkron

Dalam sistem pendingin hidrogen, gas hidrogen berfungsi sebagai media pendingin. Penjelasan lebih rinci tentang metode ini dapat ditemukan dalam artikel "Pendinginan Hidrogen pada Generator Sinkron."

Pendinginan Air Langsung pada Generator Sinkron

Aplikasi

Pendinginan hidrogen tidak cukup untuk mengekstrak panas dari turbo-alternator berkapasitas besar 500 MW atau lebih. Volume gas hidrogen yang besar yang diperlukan untuk mesin-mesin tersebut dapat membuat penggunaannya ekonomis tidak layak. Dalam kasus-kasus ini, pendinginan air langsung digunakan. Pada turbo-generator yang sangat besar, rotor sering kali didinginkan oleh hidrogen, sementara gulungan stator didinginkan oleh air demineralisasi langsung. Air disirkulasikan menggunakan pompa sentrifugal yang digerakkan oleh motor AC, dan filter kartrid digunakan untuk menghilangkan impuritas. Filter-filter ini dirancang khusus untuk mencegah partikel korosif logam yang dihasilkan dalam gulungan dan pipa masuk ke dalam konduktor hampa gulungan.

Kelebihan atas Pendinginan Hidrogen

• Efisiensi: Sistem pendingin air lebih cepat dan efisien karena konduktivitas termal air lebih tinggi dibandingkan hidrogen.

• Optimasi Ruang: Area saluran yang lebih kecil yang diperlukan untuk air memungkinkan lebih banyak ruang untuk menampung konduktor dalam slot, mengoptimalkan desain generator.

Kekurangan

• Persyaratan Penyucian: Air yang digunakan untuk pendinginan harus sangat murni untuk mencegah peningkatan konduktivitasnya, yang dapat menyebabkan masalah listrik.

• Biaya: Pendinginan air umumnya lebih mahal daripada pendinginan hidrogen, menjadikannya pilihan yang lebih mahal untuk pendinginan generator.

Secara keseluruhan, pendinginan generator sinkron melibatkan berbagai metode, masing-masing dengan kelebihan dan keterbatasannya sendiri. Memilih metode pendinginan yang tepat tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran, kapasitas, dan persyaratan operasional generator.