pemeliharaan baterai

 pemeliharaan baterai

 Pengertian Battery

 Battery atau akumulator adalah suatu peralatan listrik yang dapat menyimpan dan mengeluarkan energy listrik melalui proses kimia (elektrolisa). Sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah didalam battery 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 searah yang berlawanan didalam sel. Tiap sel batere ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.

Dan merupakan sumber arus searah (DC) yang biasa digunakan. Keistimewaan dari Battery adalah  bila energy listriknya sudah habis atau kosong dapat diisi kembali. Battery dapat terdiri dari satu sel  atau merupakan susunan dari beberapa sel.

                                         

Gambar  Battery Unit

Tegangan Pada Battery Unit

Tegangan dari suatu battery tidak ditentukan oleh ukuran dan banyaknya plat dari battery, tetapi ditentukan oleh material plat negatif dan plat positif cairan elektrolit dan system elektrokimia yang digunakan. Selain itu kapasitas suatu battery menyatakan besar arus listrik (ampere) battery yang dapat dialirkan ke suatu rangkaian luar (beban), dalam jangka waktu tertentu (jam) untuk memberikan tegangan tertentu pula. Kapasitas  battery  juga ditentukan oleh bahan, banyaknya material aktif dan elektrolit yang digunakan.

Pada PLTGU Grati terdapat 9 battery unit, dan setiap unit terdiri dari 104 cell battery. Battery disusun secara seri dan setiap cell battery mempunyai tegangan 2.5V dengan jumlah total tegangan sekitar 220VDC.

Battery yang ada di PLTGU Grati menggunakan jenis Battery asam timah yang menggunakan H₂SO₄ untuk cairan elektrolitnya. Battery pada pusat listrik seperti pada PLTGU Grati sangat dibutuhkan karena merupakan sumber arus seerah yang dibutuhkan untuk supply lampu-lampu penerangan darurat, alat-alat yang memerlukan tegangan DC, seperti alat-alat telekomunikasi.

Fungsi Battery

Battery pada pusat pembangkit digunakan untuk sumber daya mandiri (independent) yang digunakan untuk berbagai kebutuhan, seperti:

1.   Untuk supply  control DC.

2.   Untuk lighting emergency.

3.   Untuk system proteksi.

4.   Motor-motor yang menggunakan arus searah.

5.   Supply alat-alat telekomunikasi.

6.   Mentripkan PMT saat terjadi gangguan.

Selain itu battery juga di gunakan untuk Uninteruptable power supply (UPS). Battery tersebut antara satu dengan yang lain saling berhubungan atau masih dalam satu ikatan BUS. Jadi apabila salah satu ada yang tidak bekerja, maka yang lain dapat menggantikannya.

Penggunaan tegangan searah (DC) dalam opersai unit normal tidak sepenuhnya diambil dari tegangan battery, namun sebagian diambil langsung dari tegangan arus AC yang disearahkan.

Namun bila dalam kondisi abnormal (saat terjadi gangguan) tegangan searah akan dipikul sepenuhnya oleh battery. Dalam kondisi abnormal tegangan yang dihasilkan oleh battery  harus mampu membuka Circuit Breaker (CB), mampu menjalankan motor / pompa pelumas dsb.

 Oleh karena itu tersedianya sumber daya / energi tegangan battery sangat penting dalam menunjang keandalan unit saat operasi berlangsung dalam pusat pembangkit listrik  seperti pada PLTGU Grati ini.

                      

Gambar konstruksi Battery

Jenis-jenis Battery

Battery dapat di klasifikasikan menjadi beberapa macam yaitu :

Menurut jenis elektrolitnya

Menurut  jenis elektrolitnya battery dapat dibagi menjadi dua,  yaitu :                                                                                                          

                      a.   Battery kering (elektrolitnya biasanya berupa serbuk/kering)

                     b.   Battery cair (elektrolitnya berupa cairan)

Menurut bahan elektrolitnya

Menurut bahan elektrolitnya battery dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

a.    Battery asam timah

Battery asam timah elektrolitnya menggunakan cairan asam sulfat (H₂SO₄).

b.   Battery alkali

Battery alkali elektrolitnya menggunakan cairan potassium hydroxide (KOH).

Menurut kapasitasnya

Menurut kapasitasnya battery dibagi menjadi dua yaitu :

a.    Battery berkapasitas rendah

Battery dengan kapasitas rendah mempunyai harga sampai dengan 235Ah, dengan lama pengosongan selama 8 jam pada suhu 25˚C.

b.   Battery dengan kapasitas tinggi

Battery dengan kapasitas tinggi mempunyai harga 235Ah keatas, dengan lama pengosongan selama 8 jam pada suhu 25˚C.

Menurut karakteristiknya

Menurut karakteristiknya battery dibagi menjadi dua, yaitu :

a.    Battery asam timah

b.   Battery alkali

Barete Kering ( BATERE )

            Pada batere kering, elektroda positif (kutub positif) berupa batang karbon dan pembungkus terbuat dari seng yang merupakan elektroda negatif (kutub negatif)

 

                  Susunan Batere Kering                

Elektrolit larutan yang menghantarkan arus listrik berupa larutan amonium klorida (NH4CL) dan depolarisasinya zat kimia yang terbuat dari mangan dioksida (MnO2) bercampur serbuk karbon

Elemen kering atau batere disebut juga elemen primer karena elemen ini tidak dapat dimuati (diisi ulang) kembali jika muatannya habis. Selama bekerja, seng berubah menjadii seng klorida, hidrogen dibebaskan dan seng serta amonium klorida berkurang.

2. Batere Asam Timah

Pengosongan (discharge)

Batere asam timah menggunakan elektrolit asam sulfat (H2SO4). Pada saat pengosongan (batere dihubungkan dengan beban), maka akan terjadi aliran arus listrik dari kutub negative ke kutub positif (di luar batere). Sedang di dalam batere adalah kebalikannya. Dengan demikian maka akan terjadi proses elektrokimia terhadap cairan elektrolit. Yaitu elektrolit (H2SO4) akan terurai menjadi ion yang bermuatan negative (SO4) dan ion yang bermuatan positif (2H+).

H2SO4                    2H+       +          SO4—

            Sedangkan sepasang ion hydrogen (2H+) akan bereaksi dengan plat timah peroksida (PbO2) sebagai anoda menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil mengambil dua electron dan akan berseyawa dengan 1 atom oksigen untuk membentuk molekul air (H2O)

            Proses kimia diatas terjadi secara simultan yang reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut :

PbO2    +      Pb      +     2H2SO4                  PbSO4   +   PbSO4   +    2H2O

Sebelum pengosongan                             setelah pengosongan

PbO2              = timah peroksida (kutub positif atau anoda)

Pb                   = timah murni (kutub negative atau katoda)

H2SO4           = timah sulfat (kutub positif dan negative setelah pengosongan)

H2O                = Air yang terjadi setelah pengosongan

            Pengambilan dan pemberian electron dalam proses kimia diatas akan menyebabkan timbulnya potensial listrik antara kutub kutub batere tersebut. Setelah terbentuk timah sulfat pada plat plat negative dan positif selama pengosongan, maka ini akan mengurangi reaktifitas dari cairan. Elektrolit karena asamnya lemah, sehingga tegangan batere antara kutub kutubnya menjadi lemah pula.

Pengisian (Charging)

Setelah batere menjadi lemah, batere bisa dikembalikan lagi ke keadaan semula dengan cara memberikan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah arus yang terjadi pada saat pengosongan. Pada proses pengisian, setiap molekul air akan terurai menjadi ion  hydrogen (2H+) dan ion oksigen (O). Setiap pasang ion hydrogen yang dekat dengan plat negative akan bersenyawa dengan ion negative sulfat (SO4--) yang  berasal dari plat negative, dan akan terbentuk molekul asam sulfat (H2SO4). Sedangkan ion oksigen (O) akan bersenyawa dengan Pb pada plat positif sehingga terbentuk timah peroksida PbO2. Reaksi kimia yang terjadi pada proses pengisian adalah sebagai berikut :

PbSO4  +  PbSO4  +  2H2O              PbO2  +  Pb  +  2H2SO4

           Sebelum pengisian                    sesudah pengisian

PbSO4             = timah sulfat (anoda dan katoda setelah pengosonga)

H2O                = air (elektrolit setelah pengosongan)

2PbO2               = Timah peroksida (anoda setelah pengisian)

Pb                   = timah murni (katoda setelah pengisian)

2H2SO4         = asam sulfat (elektrolit setelah pengisian)

                     

Gambar pada saat pendisian (charging)                                  

          Charger Baterai

Charger adalah peralatan yang berfungsi untuk mengisi kembali tegangan battery. Dalam prosesnya, tegangan AC (bolak-balik) dirubah menjadi tegangan DC (searah). Tegangan DC tersebut digunakan untuk mengisi secara terus menerus battery yang selalu terhubung dengan beban.

                                   Gambar 3.6 Skema diagram baterai charger

     Charger baterai digunakan untuk mengisi baik baterai baru maupun baterai yang sudah menurun kekuatannya akibat proses pengosongan. Sama halnya Baterai, untuk charger  di PLTGU Grati ada 18 unit dan dibagi menjadi dua tempat, yaitu :

„ Tempat pertama   : 12  unit Baterai terletak di GT Building lantai 1 yaitu  Blok    I & Blok II.

„ Tempat kedua      : 6  unit  Baterai terletak diantaranya, 1 unit  diruangan SS2,   1 unit di SS1 ( GT LER )  dan 1 unit lagi di ST lantai 3.

Mode Operasi Charger Baterai

            Ada tiga mode operasi yang digunakan dalam baterai charger. Yaitu yang diatur / normal, dan automatic. Dua diantaranya digunakan untuk operasi normal : FLOATING dan CHARGING.

Baterai charger digunakan untuk pengisian dengan bermacam–macam cara antara lain :

a.      Boost Charging

Pengisian dengan cara boost charging adalah untuk pengisian baterai yang dipakai di pabrik atau untuk baterai diesel, dimana diperlukan tambahan pengisian dalam periode yang singkat. Pengisian cara ini cukup untuk pelayanan satu hari. Arus pengisian yang diberikan ke baterai tidak boleh melebihi harga AHnya. Untuk menjaga pengisian yang berlebihan dan arus yang terlalu besar, biasanya alat pengisi ini dilengkapi dengan automatic out off, yang dapat menghentikan pengisian pada waktu baterai mencapai suhu tinggi.

Pengisian dengan cara boost charging ini adalah mode pengecualian yang digunakan untuk pengisian penuh pada baterai. Tegangan untuk boost charging lebih tinggi daripada tegangan selnya dan baterai dapat diisi penuh. Dalam proses ini, baterai diharuskan tidak terhubung dengan beban.

          

b.      Floating Charging

Pengisian dengan cara floating charging, dimana baterai secara terus-menerus tersambung dengan rangkaian luar (AC), alat pengisi baterai (battery charger) dan beban. Alat pengisi baterai ini direncanakan untuk menjaga tegangan dari baterai yang tersambung ke beban tetap konstan.

Besarnya tegangan yang diberikan untuk mengatasi kerugian dalam baterai dan menjaga baterai selalu dalam keadaan pengisian penuh (full charge) adalah tetap untuk :

·         Baterai timah – hitam  : 2,23 Volt/sel

·         Baterai alkali               : 1,40 – 1,42 Volt/sel

Pada saat baterai diisi, secara otomatis arus yang besar mengalir ke baterai untuk mengembalikan keadaan pengisian penuh. Oleh karena itu tegangan dari alat pengisi baterai harus dijaga, yaitu harus mempunyai tegangan output minimum yang cukup untuk pengisian arus tinggi sebesar 1,52 Volt/sel untuk baterai alkali dan 2,37 Volt/sel untuk baterai timah hitam.

Mode ini digunakan untuk operasi normal dan merupakan mode operasi charger baterai yang dilakukan di PLTGU Grati, dimana tegangan floating adalah 232V.

Tegangan floating dijaga konstan pada ± 0.5% tanpa mempedulikan variasi beban dan memungkinkan:

·         Pemeliharaan pengisian alami pada baterai dengan memberi sedikit   kompensasi arus untuk rugi–rugi.

·         Suplai untuk beban pada kondisi tegangan terbaik.

·         Menyediakan slow charge untuk baterai saat partial discharge.

Keluaran charger merupakan penjumlahan dari dua arus, yaitu :

·         Arus yang diserap oleh baterai bergantung pada kondisi pengisian

·         Arus yang diserap oleh beban

c.       Charging

Dalam sel – sel dari suatu baterai yang beroperasi dengan “floating charging” akan selalu terjadi sedikit perbedaan dalam kondisi kimia antara sel yang satu dengan sel lainnya. Hal ini akan mengakibatkan beberapa sel akan mencapai pengisian penuh dan berakibat menurunnya kapasitas baterai. Keadaan dimana terdapat perbedaan kondisi kimia ini disebut “out off balance”.

Tujuan dari charging adalah untuk mengembalikan “out of balance” menjadi “balance” (seimbang) lagi, dimana tiap sel mempunyai harga yang mendekati sama, sehingga dapat menghindarkan penggaraman belerang pada plat – plat aktifnya.

Charging dilakukan dengan cara menaikkan tegangan baterai sesuai dengan ketentuan dalam buku petunjuk masing – masing pabrik.

Pengisian berlangsung sampai semua sel berhenti mengeluarkan gas. Pembacaan tegangan dan berat jenis elektrolitnya menunjukkan baterai telah diisi penuh sesuai dengan harga yang ditentukan dalam petunjuk masing – masing pabrik.

Cara ini dinamakan pengisian cepat (quick charging) atau penyetaraan (equalize). Tegangan charge adalah 241 V. Tegangan pengisian dijaga konstan pada ± 0.5% tanpa mempedulikan variasi beban dan memungkinkan :

·      Pengisian kembali pada baterai pada waktu yang terbatas.

·      Suplai untuk beban pada tegangan yang lebih tinggi daripada tegangan pada proses floating tapi dalam batas tertentu.

           

2.3       Kapasitas Baterei

Kapasitas suatu baterei adalah menyatakan besar arus listrik (ampere) baterei yang dapat dialirkan ke suatu rangkaian luar (beban) dalam jangka waktu tertentu (jam), untuk memberikan tegangan tertentu pula. Kapasitas baterai dipengaruhi oleh ukuran plat, jumlah plat, jumlah sel dan jumlah elektrolit baterai. Pada baterei asam timah, kapasitas (Ah) yang tersedia adalah selama 8 jam atau 10 jam.Sedangkan baterei alkali nickel – cadmium umumnya kapasitas baterei dinyatakan dalam C5 atau C10 ( 5 jam atau 10 jam). Kapasitas baterei (Ah) dapat dinyatakan sebagai berikut:

C = I x t

C         = Kapasitas Baterei (Ah)

I           = Besar Arus yang Mengalir (A)

t           = Waktu ( jam)

Jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A).

Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam, walaupun pada kenyataannya tidak seperti itu. Kembali ke kapasitas baterai, pada kendaraan bermotor kapasitas ini bisa dianalogikan sebagai volume maksimal tangki bahan bakar namun yang membuat berbeda adalah kapasitas pada baterai bisa berubah-ubah dari nilai patokannya, jadi mirip tangki bahan bakar mobil yang bahannya terbuat dari karet. Sebagai ilustrasi saya beri contoh balon karet, isinya bisa besar jika terus dimasukkan udara atau bisa juga kecil jika udara yang ditiup sedikit saja.

v  Langkah Kerja Pemeliharaan Baterai

1.   Lepas saklar / MCB dari charger 20 KV ke batere proteksi 20 KV

2.   Cek tegangan batere proteksi 20 KV dan batere 150 KV

3.   Bila tidak ada perbedaan tegangan yang berarti pada kedua batere tersebut

4.   Masukkan saklar (MCB parallel) yang ada diantara kedua MCB batere  proteksi 20 KV dan   150 KV.  (Charger & Batere 20 KV terparalel sesaat).

5.   Adakan pengamatan setelah melakukan parallel.

6.   Segera lepas saklar yang menghubungkan charger batere proteksi 20 KV  menuju batere.

7.   Lepas saklar yang menghubungkan batere menuju ruangan charger.

8.   Lepas saklar batere yang ada diruangan batere

9.    Ukur tegangan seluruh batere

10. Buka penutup terminal batere (bila ada)

11. Buka terminal kabel positip dan negatip pada batere

12. Buka baut terminal serial antar batere

13. Turunkan / keluarkan batere dari dudukannya, lakukan dengan hati-hati agar  tidak sampai terjadi hubung singkat antara terminal positip dan negatip internal  batere maupun antar sel lainnya.       

14. Bersihkan seluruh terminal, baut dan serial antar batere dari debu dan kotoran  lainnya dengan (corium_105, sikat plastik, amplas, dan lap).

15. Bersihkan batere, bantalan/alas batere, dan tutup batere agar sirkulasi udara ke  batere tidak terhambat dengan peralatan / cairan yang direkomendasikan untuk itu

16. Tambahkan air batere bila kurang, jangan sampai melebihi ambang batas atas  yang sudah ditetapkan.

17. Pengukuran tegangan batere masing-masing sel, (1~1,2 V à baik, < 0,9à rusak).

18. Adakan pengukuran Berat Jenis (BJ) air batere ( > 1,7 à baik, <1,7 à rusak,  diganti dengan larutan Potasium baru)

19. Catat seluruh hasil pengukuran yang dilaksanakan kedalam form (daftar isian)  yang telah disediakan secara lengkap.

20. Pemasangan plat serial, terlebih dahulu dilapisi dengan vaselin termasuk  terminal pool setiap batere

21. Perhatikan dengan seksama agar seluruh baut terminal batere tidak ada yang  longgar

22. Pengukuran tegangan total batere (110 ~ 125V). Hal ini untuk memastikan  apakah seluruh batere sudah semuanya terpasang secara seri)

23. Pasang kabel yang datang dari charger ke terminal batere

24. Masukkan saklar yang ada diruangan batere

25. Di ruang charger, Lepas Saklar (MCB Paralel) yang ada diantara kedua charger

26. Masukkan MCB pada charger proteksi 20 KV

27. Amati laju arus pengisian batere pada indikator charger / Power Supply, tunggu  beberapa saat sampai laju arus pengisian mendekati 0 (nol) Ampere

28. Bila dalam pelaksanaan pemeliharaan batere ada peralatan yang rusak, segera  ditanggulangi

29. Bersihkan semua peralatan kerja.

v  Pemeriksaan Baterai

Baterai harus diperiksa secara periodik dan diuji kemampuannya. Terdapat 3 kelompok pemeriksaan dan pengujian baterai yang sering dilakukan, yaitu:

o   Pemeriksaan Visual

o   Pemeriksaan elektrolit dan kebocoran

o   Pengujian Beban

            

1.    Pemeriksaan Visual Baterai

Pemeriksaan visual  meliputi :

a.    Kotak baterai :

Kotak baterai sering mengalami kerusakan yang dapat didentifikasi secara visual, jenis kerusakan kotak baterai antara lain:  kotak  retak  akibat benturan, mengembang akibat over charging, bocor akibat keretakan atau mengembang

Gambar Pemeriksaan bagian baterai secara visual

b.    Sel-sel baterai :

Sel baterai sering mengalami gannguan yaitu sell yang mengembang akibat over charging maupun mengkristal dan sel yang rontok karena getaran, kualitas yang kurang baik maupun usia baterai

c.    Terminal baterai dan konektor kabel:

Terminal baterai dan konektor merupakan bagian baterai yang sering mengalami kerusakan, bentuk kerusakan paling banyak adalah korosi yang disebabkan oleh uap elektrolit baterai maupun panas akibat kenektor kendor atau kotor

d.    Jumlah elektrolit

Jumlah elektrolik perlu diperiksa secara periodic. Bila pengisian berlebihan (over charging) maka elektrolit cepat berkurang karena penguapan berlebihan. Pemeriksaan jumlah elektrolit dapat dilakukan dengan cepat karena kotak dibuat dari plastic yang tembus pandang.  Jumlah elektrolit harus berada diantara garis Upper Level dan Lower Level.

e.    Kabel Baterai

Kabel baterai  dialiri arus yang sangat besar, saat mesin distarter besar arus dapat mencapai 250 – 500 A, tergantung dari daya motor starter, dengan arus sebesar itu kabel akan panas. Panas pada kabel menyebabkan elasitas kabel menurun, isolator muda pecah dan terkupas,  hal ini terjadi terutama pada isolator dekat dengan terminal baterai.

f.     Pemegang Baterai

Pemengang baterai harus dapat mengikat baterai dengan kuat agar goncangan baterai dapat dihindari, sehingga usia baterai dapat lebih lama. Gangguan pada pemegang baterai antara lain kendor akibat mur pengikat karat untuk itu lindungi mur dengan mengoleskan vaselin/ grease.

g.    Pemeriksaan Elektrolit

Jumlah elektrolit baterai harus selalu dikontrol, jumlah yang baik adalah diantara tanda batas Upper Level dengan Lower Level. Jumlah elektrolit yang kurang menyebabkan sel baterai cepat rusak, sedang jumlah elektrolit berlebihan menyebabkan tumpahnya elektrolit saat batarai panas akibat pengisian atau pengosongan berlebihan. Akibat proses penguapan saat pengisian memungkinkan jumlah elektrolit berkurang, untuk menambah jumlah elektrolit yang kurang  cukup dengan menambah H₂O atau terjual dengan nama Air Accu.

Penyebab elektrolit cepat berkurang dapat disebabkan oleh overcharging, oleh karena bila berkurangnya elektrolit tidak wajar maka periksa dan setel arus pengisian. Keretakan baterai dapat pula menyebabkan elektrolit cepat berkurang, selain itu cairan elektrolit dapat mengenai bagian kendaraan, karena cairan bersifat korotif maka bagian kendaraan yang terkena elektrolit akan korosi.

Pemeriksaan berat jenis elektrolit baterai menggunakan alat hydrometer. Pemeriksaan berat jenis elektrolit baterai merupakan salah satu metode untuk mengetahui kapasitas baterai. Baterai penuh pada suhu 20 ºC mempunyai Bj 1,27-1,28, dan baterai kosong mempunyai Bj 1,100 -1,130.

Tabel .1  Tindakan yang dilakukan berdasarkan hasil pengukuran BJ elektrolit

HASIL  PENGUKURAN	TINDAKAN
1.280 Atau lebih	Tambahkan air suling agar berat jenis berkurang
1.220 – 1.270	Tidak Perlu Tindakan
1.210 atau kurang	Lakukan pengisian penuh, ukur berat jenis.  Bila masih dibawah 1.210 ganti baterai.
Perbedaan  antar sel kurang dari 0.040	Tidak perlu tindakan
Perbedaan berat jenis antar sel 0.040 atau lebih	Lakukan pengisian penuh, ukur berat jenis. Bila berat jenis antar sel melebihi 0.030, setel berat jenis. Bila tidak bisa dilakukan, ganti baterai