SISTEM UNINTERUPTIBLE POWER SUPPLY (UPS) SEBAGAI SUMBER DAYA LISTRIK CADANGAN
Oleh :
Margiono Abdillah
Penerbit :
YAYASAN KEMAJUAN TEKNIK
Sistem Uninteruptible Power Supply (UPS) Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan
Ditulis dan disusun oleh
: Margiono Abdillah
Desain cover dan Tata letak
: Listron Surya Teknik
Dicetak dan diterbitkan oleh
: Yayasan Kemajuan Teknik Jl. Khatulistiwa (Komplek Teluk Dalam Permai No.B4) Wajok Hulu – Pontianak Telp. +62895 3410 7337 4 Website: www.yktpublisher.net Email1 : admin.cs@yktpublisher.net Email2 : yktpublisher.ptk@yahoo.com
Distributor tunggal
: UD. Listron Surya Teknik Jl. Budiutomo (Komp. Surya Kencana II No. D2) Pontianak – 78243 Telp. +62852 4982 4004 Website: listronsuryateknik.meximas.com Email: listronsuryateknik.ptk@gmail.com
Cetakan I
: Tahun 2017
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan dengan cara apapun, termasuk fotocopy, scan dan copy paste tanpa seizin tertulis dari Penulis atau Penerbit. ISBN : 978-602-380-014-8 © Yayasan Kemajuan Teknik 2017
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah s.w.t. yang telah melimpahkan rahmat dan karunianya, maka buku dengan judul “Sistem UPS Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan� yang diperuntukkan bagi teknisi listrik, elektronika dan otomotif pada umumnya dan untuk siswa-siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Program Keahlian Teknik Ketenagalistrikan, Elektronika dan Otomotif pada khususnya dapat tersusun. Harapan kami, buku ini dapat membantu siswa dalam proses belajar mengajar di Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) dan memperkaya pengetahuan para siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) dalam kompetensi Sistem Uninterupptible Power Supply (UPS), serta dapat membantu para teknisi listrik, elektronika dan otomotif pada khususnya dan para pembaca sekalian pada umumnya dalam memahami tentang caracara pengoperasian, perawatan dan perbaikan Sistem Uninterupptible Power Supply (UPS) yang banyak digunakan sebagai penyedia sumber daya listrik cadangan atau darurat (emergency) di perumahan, perkantoran, perhotelan, pusat perbelanjaan dan pabrik/industri, jika sumber listrik utama mengalami gangguan atau pemadaman oleh pihak penyedia (PLN). Mudah-mudahan buku ini dapat meningkatkan kemampuan dan kompetensi para siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK), para teknisi listrik, elektronika dan otomotif serta bermanfaat bagi para pembaca sekalian. Penyusun menyadari bahwa buku ini masih jauh dari sempurna, untuk itu saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan buku ini sangat diharapkan.
Pontianak, 2017
Penulis
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ……………………………………...…………………………………
i
Daftar Isi ……………………………………………..………………………………
ii
BAB I. PENDAHULUAN A. UPS Statis …………………………...…………………..……......……… 1 B. UPS Rotary ………………………………………...…….......…………… 3
BAB II. PRINSIP DAN KONFIGURASI SISTEM UPS STATIS A. Operasi Normal ………………………………………….…………..…… 4 B. Mode Bypass 1. Switch Statis ……………………………………..………………...…. 5 2. Switch Statis dengan Circuit Breaker ……………….…………..…… 8 3. Circuit Breaker Bypass Perawatan ………………..………………...… 9
C. Mode Tes …………..……………………………………………………. 10 D. Karakteristik dan Keterbatasan ………………………………………….. 11 E. Sistem UPS Statis Tanpa Baterai Khusus ……………………………….. 12 F. Prinsip Penyearah (Rectifier) 1. Karakteristik Semikonduktor Daya ……………………….…………. 12 2. Karakteristik SCR …………………………………………………… 13 3. Karateristik Transistor Bipolar ……………………………………… 14 4. Karateristik FET………………………………………………..…….. 14 5. Karakteristik IGBT ……………………………………..…………… 15
G. Penyearahan (Rectification) 1. Rectifier 1 Fase Tak Terkontrol ………………………….………….. 15 2. Rectifier 3 Fase Tak Terkontrol …………….……………………….. 18 3. Rectifier Terkontrol …………………………………………………. 21
H. Pembalikan (Inversi) 1. Prinsip Inverter ………………………………………………….…… 24 2. Kontrol Tegangan Inverter a. Kontrol Lebar Pulsa …………………………………………...… 26 b.
Pulse Wave Modulation (PWM)………………………………… 28
c. Transformator Ferroresonan…………………………………...… 30
3. Inverter 3 Fase ………………………………………………….……. 31
I. Switch Transfer Statis 1. Desain …………………………………………………….…………. 33 2. Switch Transfer Statis dengan Rating Waktu Singkat……….………. 34
J. Baterai 1. Baterai Lead-Acid ……………………………………………...……. 35 2. Baterai Nikel Cadmium (Ni-Cad)……………………………………. 38 3. Baterai Lead-Acid VS Ni-Cad ………………………………………. 39
K. Pengisian Baterai …………………………………………………...…… 39 L. Ketahanan Baterai …………………………………..…………………… 40 1. Tegangan Penyadapan ………………………………………………. 41 2. Efek Cycling ………………………………………………………… 41 3. Pertimbangan Pengisian/Pengosongan ……………………………… 42 4. Arus Riak (Ripple)…………………………………………………… 44 5. Efek Memori ………………………………………………………… 45
M. Pengaruh Beban Pada Sistem UPS Statis ………………….……………. 46 N. Pengaruh SistemUPS Pada Sistem Power Suplai …………….…………. 46 1. Besaran Efek Harmonik……………………………………………… 47 2. Masalah Harmonik…………………………………………………… 47
3. Perilaku Harmonik Netral …………………………………………… 48 4. Harmonik dan Rating Peralatan ……………………….…………….. 49 5. Faktor Penurunan Daya ………………………..……………………. 49 6. Perubahan Nilai Puncak ……………………………..………………. 49 7. Pengaruh Induktif dan Kapasitif …………………………………….. 50 8. Teknik Perbaikan Harmonik ………………………………………… 50
O. Keuntungan dan Kerugian Sistem UPS Statis ………………….……….. 51 P. Konfigurasi Sistem UPS Statis Umum 1. Sistem UPS Statis Tak Berlebihan (Non-Redundant) ….…………… 52 2. Sistem UPS Statis dengan Switch Bypass Statis ……………………. 52 3. Sistem UPS Statis Berlebihan (Redundant) …………….…………… 54 4. Sistem UPS Statis Cold Standby Redundant ………………………... 56
BAB III. PRINSIP DAN KONFIGURASI SISTEM UPS ROTARY A. Jenis dan Karakteristik Motor ………………..………………………… 59 B. Jenis dan Karakteristik Generator………………………………………. 61 C. Pengaruh Beban Pada Sistem UPS Rotary……………………….…….. 63 D. Pengaruh Sistem UPS Rotary Pada Sistem Power Suplai ………..……. 64 E. Keuntungan dan Kerugian Sistem UPS Rotary………………………… 65
BAB IV. PEMILIHAN DESAIN SISTEM UPS A. Menentukan Secara Umum Kebutuhaan Sistem UPS………………….. 69 B. Menentukan Tujuan Pemasangan Sistem UPS ……………………….…70 C. Menentukan Kebutuhan Daya Sistem UPS ……………………………. 74 D. Memilih Jenis dan Konfigurasi Sistem UPS ………………….…….….. 76 E. Menentukan Sistem UPS Yang Dipilih Aman …………………………. 76 F. Menentukan Sistem UPS Yang Dipilih Tersedia 1. Kehandalan Sistem UPS………………………..……………………78 2. Maintainability ……………………………….…………………….. 82
G. Menentukan Sistem UPS Yang Dipilih Dapat Dipelihara……………… 83 H. Menentukan Sistem UPS Yang Dipilih Terjangkau …………………… 84
BAB V. PEMEILIHAN UKURAN DAN RATING SISTEM UPS A. Pemilihan Ukuran dan Rating Sistem UPS Statis 1. Menentukan Rating Sistem UPS Statis a. Menentukan KVA Beban ………………………………….……. 88 b. Menentukan Faktor Daya (Cos φ) Beban …………………...….. 90 c. Menentukan Arus Beban ……………………..…………………. 90 d. Tegangan Beban, Jumlah Fase dan Frekuensi……………...…… 91 e. Waktu Proteksi Baterai ………………………………….……… 91
2. Ukuran Baterai a. Tingkat Pengosongan Baterai …...……………………………… 92 b. Masa Pakai Baterai ………………………………………………92 c. Tegangan Akhir Pengosongan ……………………….…………. 93
3. Lembar Perhitungan ………………………………………………… 94 4. Kriteria Pemilihan Sistem UPS Statis ………………………………. 95
B. Pemilihan Ukuran dan Rating Sistem UPS Rotary 1. Menentukan Rating Sistem UPS Rotary ……………………………. 96 2. Rating Generator dan Motor Listrik…………………………...……. 97 3. Ukuran Roda Gila (Flywheel) ……………………….……………… 98 4. Kriteria Pemilihan Sistem UPS Rotary ………………..……………. 99
BAB VI. INSTALASI DAN PENGUJIAN SISTEM UPS A. Konstruksi dan Instalasi Sistem UPS Statis 1. Konstruksi Fitur-Fitur Sistem UPS Statis a. Charger/Inverter ………………………………………...……... 100
b. Baterai dan Rak untuk Sistem UPS Kecil …………….……….. 101
2. Persyaratan Instalasi Sistem UPS Statis a. Kabinet Charger/Inverter ………………………...……………. 103 b. Baterai dan Rak untuk Sistem UPS Besar ………….…………. 105
B. Konstruksi dan Instalasi Sistem UPS Rotary 1. Konstruksi Fitur-Fitur Sistem UPS Rotary a. Motor-Generator dan Kontrol Sistem UPS Rotary ……………. 106 b. Baterai dan Rak Sistem UPS Rotary…………………………… 108
2. Persyaratan Instalasi Sistem UPS Rotary …………………………. 109
C. Persyaratan Peralatan Distribusi Daya, Grounding dan Shielding 1. Peralatan Distibusi Daya ………………………………..…………. 110 2. Koordinasi Proteksi ………………………………………….…….. 110 3. Pentanahan (Grounding) ……………………………………...…… 111 4. Pusat Daya Komputer ………………………………….………….. 114 5. Perisai (Shielding) ………………………………………….……… 115 6. Interferensi Frekuensi Radio (RFI) ……………………...………… 115 7. Noise dan Metode Reduksi Noise …………………………………. 116
D. PENGUJIAN DAN PENGOPERASIAN SISTEM UPS 1. Pemeriksaan Instalasi Sistem UPS ………………………………… 118 2. Pengujian Komponen Sistem UPS Secara Individual a. Pengujian Sistem UPS…………………………………….…… 120 b. Pengujian Charger Baterai ……………………………….……. 120 c. Pengujian Inverter …………………………………….……….. 121 d. Pengujian Switch Statis ……………………………...………… 121 e. Pengujian Baterai ……………………………………………… 121
f. Pemgujian Motor ………………………………………...……. 124 g. Pengujian Generator ………………………………….………... 126
3. Pemeriksaan Wiring Kelistrikan Secara Visual……………………. 128 4. Pengisian dan Tes Sistem UPS ……………………………………. 128 5. Formulir Tes ……………………………………….………………. 131 6. Kemungkian Gagal dan Aksi Korektif …………………………..... 131
E. Peralatan Tes …………………………………………………………... 135
BAB VII. PROSEDUR PERAWATAN SISTEM UPS A. Perawatan Sistem UPS 1. Keselamatan ………………………………………………………. 138 2. Perawatan Preventif ……………………………………………….. 139 3. Perawatan Korektif ……………………………………….……….. 144 4. Pengenalan Masalah Yang Timbul ………………………….…….. 144 5. Troubleshooting …………………………………………………… 145 6. Ketersediaan Spare Part …………………………………………… 145
B. Perawatan Baterai UPS 1. Biaya Perawatan ……………………………….………………….. 147 2. Akses Perawatan ………………………………………………….. 148 3. Perawatan Preventif …………………………………….…………. 148 4. Prosedur Perawatan ……………………………………………….. 152 5. Perawatan Sel Lead-Acid Flooded …………………………..……. 154 6. Pertimbangan Perawatan a. Pemeriksaan Secara Visual …………………………………… 154 b. Pembersihan ………………………….……………………….. 155 c. Sel Contoh Untuk Pengukuran Tegangan dan Berat Jenis……. 155 d. Pengukuran Temperatur ………………….…………………… 156
e. Pengukuran Berat Jenis …………………………….…………. 157 f. Pengukuran Tegangan ………………………………………… 158 g. Tes Kapasitas …………………………………….……………. 159 h. Resistansi Koneksi ………………………………………...….. 160 i.
Rak Baterai …………………………………….……………… 160
j.
Kualitas Air Tambah ………………………………………….. 161
k. Peralatan Tes ………………………………………………….. 162
7. Perawatan Sel Lead-Acid Valve Regulated ………………………. 162 8. Perawatan Sel Nikel Cadmium (Ni-Cad)………………………….. 163 9. Keselamatan …………………………………………………...….. 164 10. Troubleshooting …………………………………………………… 166
LAMPIRAN I ……………………………………………………………………….. 167
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………........ 170