Celah udara yang tidak merata antara stator dan rotor (umumnya dikenal sebagai "eksentrisitas celah udara") pada generator hidro besar merupakan mode kerusakan serius yang dapat memiliki serangkaian efek buruk pada operasi stabil dan umur pakai unit tersebut.
Secara sederhana, celah udara yang tidak merata menyebabkan distribusi medan magnet yang asimetris, yang pada gilirannya memicu serangkaian masalah elektromagnetik dan mekanis. Di bawah ini kita akan menganalisis secara detail dampaknya terhadap arus dan tegangan stator, serta konsekuensi buruk lainnya yang terkait.
I. Dampak pada Arus Stator
Ini adalah efek yang paling langsung dan jelas.
1. Peningkatan Arus dan Distorsi Bentuk Gelombang
Prinsip: Di area dengan celah udara yang lebih kecil, hambatan magnetik lebih kecil dan kerapatan fluks magnetik lebih besar; di area dengan celah udara yang lebih besar, hambatan magnetik lebih besar dan kerapatan fluks magnetik lebih kecil. Medan magnet asimetris ini menginduksi gaya gerak listrik yang tidak seimbang pada kumparan stator.
Kinerja: Hal ini menyebabkan ketidakseimbangan pada arus stator tiga fasa. Lebih penting lagi, sejumlah besar harmonik orde tinggi, terutama harmonik ganjil (seperti ke-3, ke-5, ke-7, dan seterusnya), masuk ke dalam bentuk gelombang arus, menyebabkan bentuk gelombang arus tidak lagi berupa gelombang sinus yang mulus tetapi menjadi terdistorsi.
2. Pembangkitan Komponen Arus dengan Frekuensi Karakteristik
Prinsip: Medan magnet eksentrik yang berputar setara dengan sumber modulasi frekuensi rendah yang memodulasi arus frekuensi daya dasar.
Kinerja: Pita samping muncul dalam spektrum arus stator. Secara spesifik, komponen frekuensi karakteristik muncul di kedua sisi frekuensi fundamental (50Hz).
3. Pemanasan Berlebihan Lokal pada Kumparan
Prinsip: Komponen harmonik dalam arus meningkatkan kerugian tembaga (kerugian I²R) pada kumparan stator. Pada saat yang sama, arus harmonik menghasilkan arus eddy tambahan dan kerugian histeresis pada inti besi, yang menyebabkan peningkatan kerugian besi.
Kinerja: Suhu lokal pada lilitan stator dan inti besi meningkat secara tidak normal, yang dapat melebihi batas yang diizinkan untuk bahan isolasi, mempercepat penuaan isolasi, dan bahkan menyebabkan kecelakaan korsleting dan terbakar.
II. Dampak pada Tegangan Stator
Meskipun dampaknya pada tegangan tidak selangsung dampaknya pada arus, namun dampaknya sama pentingnya.
1. Distorsi Bentuk Gelombang Tegangan
Prinsip: Gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh generator berhubungan langsung dengan fluks magnetik celah udara. Celah udara yang tidak rata menyebabkan distorsi bentuk gelombang fluks magnetik, yang pada gilirannya menyebabkan bentuk gelombang tegangan stator terinduksi juga terdistorsi, mengandung tegangan harmonik.
Kinerja: Kualitas tegangan keluaran menurun dan tidak lagi berupa gelombang sinus standar.
2. Ketidakseimbangan Tegangan
Dalam kasus asimetris yang parah, hal ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan pada tegangan keluaran tiga fasa.
III. Efek Buruk Lainnya yang Lebih Serius (Disebabkan oleh Masalah Arus dan Tegangan)
Masalah arus dan tegangan di atas akan memicu serangkaian reaksi berantai, yang seringkali lebih fatal.
1. Gaya Tarik Magnetik Tidak Seimbang (UMP)
Inilah konsekuensi paling mendasar dan berbahaya dari eksentrisitas celah udara.
​
Prinsip: Pada sisi dengan celah udara yang lebih kecil, gaya tarik magnet jauh lebih besar daripada pada sisi dengan celah udara yang lebih besar. Gaya tarik magnet total (UMP) ini akan semakin menarik rotor ke arah sisi dengan celah udara yang lebih kecil.
Siklus Berbahaya: UMP akan memperburuk masalah celah udara yang tidak merata, membentuk siklus berbahaya. Semakin parah eksentrisitasnya, semakin besar UMP; semakin besar UMP, semakin parah eksentrisitasnya.
Konsekuensi:
•Peningkatan Getaran dan Kebisingan: Unit ini menghasilkan getaran dengan frekuensi ganda yang kuat (terutama 2 kali frekuensi daya, 100Hz), dan tingkat getaran serta kebisingan meningkat secara signifikan.
•Kerusakan Mekanis pada Komponen: UMP jangka panjang akan menyebabkan peningkatan keausan bantalan, kelelahan jurnal, pembengkokan poros, dan bahkan dapat menyebabkan stator dan rotor saling bergesekan (gesekan dan benturan timbal balik), yang merupakan kegagalan yang sangat merusak.
2. Peningkatan Getaran Unit

Sumber: Terutama dari dua aspek:
1. Getaran Elektromagnetik: Disebabkan oleh tarikan magnet yang tidak seimbang (UMP), frekuensinya terkait dengan medan magnet yang berputar dan frekuensi jaringan.
2. Getaran Mekanis: Disebabkan oleh keausan bantalan, ketidaksejajaran poros, dan masalah lain yang disebabkan oleh UMP.
Konsekuensi: Mempengaruhi pengoperasian stabil seluruh genset (termasuk turbin) dan mengancam keselamatan struktur pembangkit listrik.
3. Dampak pada Koneksi Jaringan dan Sistem Tenaga Listrik
Distorsi bentuk gelombang tegangan dan harmonik arus akan mencemari sistem daya pabrik dan masuk ke jaringan listrik, yang dapat memengaruhi pengoperasian normal peralatan lain pada bus yang sama dan tidak memenuhi persyaratan kualitas daya.
4. Penurunan Efisiensi dan Daya Keluaran
Kerugian harmonik tambahan dan pemanasan akan mengurangi efisiensi generator, dan dengan daya air masukan yang sama, daya keluaran aktif yang bermanfaat akan menurun.
Kesimpulan

Celah udara yang tidak merata antara stator dan rotor pada generator hidro besar bukanlah masalah sepele. Masalah ini bermula sebagai masalah elektromagnetik, tetapi dengan cepat berkembang menjadi kerusakan serius yang komprehensif yang menggabungkan aspek listrik, mekanik, dan termal. Tarikan magnetik yang tidak seimbang (UMP) yang ditimbulkannya dan getaran hebat yang dihasilkan merupakan faktor utama yang mengancam keselamatan pengoperasian unit. Oleh karena itu, selama pemasangan, pemeliharaan, dan pengoperasian serta perawatan harian unit, keseragaman celah udara harus dikontrol secara ketat, dan tanda-tanda awal kerusakan eksentrisitas harus dideteksi dan ditangani tepat waktu melalui sistem pemantauan online (seperti pemantauan getaran, arus, dan celah udara).