Makalah Seminar Kerja Praktek STUDI KELAYAKAN PLTMH PERENCANAAN SISTEM MEKANIKAL DAN KELISTRIKAN DI SUNGAI LOGAWA DESA BASEH KECAMATAN KEDUNGBANTENG KABUPATEN BANYUMAS Alvian Dwi Hendrawan1, Dr.Ir. Joko Windarto, MT 2 [1] Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip [2]Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto SH Tembalang, Semarang 50275 email :
[email protected]
Abstrak - Kebutuhan energi listrik di dunia dari tahun ke tahun semakin meningkat seiiring dengan perkembangan peradaban manusia. Sementara itu, suplai energi listrik yang bersumber dari minyak bumi, gas bumi, dan batu bara memiliki beberapa keterbatasan antara lain, tidak dapat terbarukan, pencemaran, dan kerusakan lingkungan yang dihasilkan ketiga sumber ini energi ini dalam jangka pendek maupun jangka panjang. Pada sisi lain, energi listrik dari sumber terbarukan, seperti air, tenaga surya, panasbumi, angin, nuklir, biomassa, arus laut, hingga ombak belum dapat dimanfaatkan secara maksimal. Maka dari itu, perlu adannya suatu perencanaan untuk membuka pembangkit baru untuk menambah pasokan listrik dalam memenuhi kebutuhan manusia Stasiun Pembangkit Listrik Tenaga MiniHidro ( PLTMH ) merupakan salah satu bentuk energy alternatif yang sangat mungkin untuk dikembangkan di negara – negara dengan sumber air yang tersebar luas , misalnya Indonesia. Untuk melaksanakan pembangunan PLTMH diperlukan suatu perencanaan yang matang sehingga perlu disurvey tentang ptensi sungai dan kondisi desa tersebut. Di daerah pedesaan umumnya terdapat saluran irigasi yang utama berfungsi mengairi sawah dan juga berpotensi sebai pembangkit tenaga listrik. Studi awal perencanaan bagian-bagian PLTMH dari segi mekanikal dan kelistrikan meliputi , turbin , powerhouse, generator dari PLTMH yang direncanakan. Berdasarkan hasil pembahasan saluran irigasi di Desa Baseh , Kecamatan Kedung Banteng, Kabupaten Banyumas memiliki potensi energy listrik sebesar 2,845 MW Kata kunci : ,Perencanaan, PLTMH, turbin, generator.
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Krisis listrik yang terjadi di Indonesia disebabakan oleh ketidaksesuaian anatara kebutuhan masyarakat yang semakin meningkat dari waktu ke
waktu dan kemampuan pemerintah menyediakan listrik. Sampai saat ini, sumber energi pembangkit listrik di Indonesia sebagian besar tergantung pada solar , gas alam, dan batubara. Ketiga jenis bahan bakar ini membutuhkan transportasi agar dapat sampai ke lokasi pembangkit listrik. Jika transportasi pengangkutan bahan bakar ini terganggu karea cuaca buruk atau gelombang laut besar, pembangkit listrik akan terganggu. Sebagaimana yang kita rasakan saatsaat ini adalah pemadaman listrik bergilir , baik di kota besar maupun di daerah. Komitmen pemerintah untuk mengatasi hal ini adalah mengembangkan pembangkit listrik sebesar 10.000 MW ( Mega Watt ). Sesungguhnya Indonesia kaya akan sumber energi pembangkit listrik, antara lain batubara, bahan bakar fosil, panasbumi, air, angin, matahari, nuklir dan biomassa. Air merupakan sebagai salah satu energy terbarukan diharapkan dapat berperan maskimal dalam pengembangan ini. Hal ini dikarenakan jumlah perairan di Indonesia lebih luas daripada daratan yang ada. Di Indonesia ini pembangkit yang berasal dari air masih belum dimaksimalkan. Dari peraiaran yang luas seperti PLTA maupun perairan yang kecil seperti PLTMH ( Pembangkit listrik Tenaga Mikro/Mini Hydro). Untuk membantu PT. PLN dalam menambah daya listrik yang dibutuhkan pelanggan, maka diperlukannya pembangkit-pembangkit dalam skala kecil dengan menggunakan PLTMH ( Pembangkit Listrik Tenaga Mikro/Mini Hydro). Oleh karena itu sangat diperlukan sekali adanya studi kelayakan PLTMH ( Feasibilty Studi). 1.2.
Tujuan Adapun tujuan dari Kerja Praktek ini adalah meliputi beberapa hal diantaranya: 1. Untuk menerapkan teori yang selama ini telah didapatkan di bangku kuliah. 2. Mengetahui pembuatan Feasibility Studi ( Studi Kelayakan ) PLTMH Logawa Desa Baseh Kabupaten Banyumas Jawa Tengah terutama di hal perencanaan mekanikal dan elektrikal
1.3.
Batasan Masalah Dalam Makalah Seminar Kerja Praktek ini pembahasan dibatasi pada : 1. Laporan Kerja Praktek ini membahas tentang prisip kerja PLTMH secara umum 2. Membahas tentang komponen-komponen PLTMH secara umum 3. Membahas tentang perencanaan mekanikal dan elektrikal PLTMH Logawa sesuai dengan Studi Kelayakan BAB II PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO 2.1 Penjelasan PLTMH ( Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro ) PLTMH merupakan singkatan dari Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hydro atau dalam bahasa Inggrisnya (MHP). PLTMH adalah suatu sistem pembangkit listrik dengan menggunakan sumber energi dari tenaga air. Mini menunjukan ukuran kapasitas pembangkit, yaitu antara 1MW – 10MW menurut Permen ESDM Tahun 2002. Adapun klasifikasi dari pembangkit listrik tenaga hydro ini berdasarkan ukuran kapasitasnya. Walaupun ada sejumlah definisi yang berbeda, dalam hal ini saya akan memakai klasifikasi berdasarkan standard UNINDO dan Permen ESDM Tahun 2002. Tabel 1 Klasifikasi Pembangkit Tenaga Air
2.2
Keunggulan dan Kekurangan PLTMH Tenaga air merupakan salah satu cara untuk membangkitkan listrik yang telah dimanfaatkan sejak jaman dulu oleh penduduk Indonesia, dan dikenal dengan istilah kincir. Secara prinsip kerja, kincir dengan PLTMH adalah sama, tetapi secara teknologi PLTMH jauh lebih modern dan lebih efisien. Adapun beberapa keunggulan pemanfaatan PLTMH dibandingkan dengan teknologi lain adalah : a. Kondisi geografis sebagian besar wilayah Indonesia yang berbukit dan curah hujan yang memadai sepanjang tahun merupakan potensi yang luar bisa untuk pengembangan PLTMH. b. PLTMH tidak menyebabkan polusi dan kerusakan lingkungan, bahkan masyarakat sekitar akan diajak turut serta menjaga hutan sebagai sumber air. c. PLTMHdapat beroperasi penuh 24 jam setiap hari, karena air tidak tergantung siang atau malam.
d. Lebih dari 80% komponen PLTMH telah dapat dibuat di dalam negeri oleh industriindustri kecil dan menengah yang tersebar di seluruh negeri. e. PLTMH dapat lebih panjang umur dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya jika dipelihara dengan baik. f. PLTMH sangat cocok untuk melayani kebutuhan listrik masyarakat pedesaan, dan daerah terpencil sehingga mampu meningkatkan kualitas hidup dan ekonomi masyarakat desa. Perubahan sistem kerja PLTMH lebih lambat, air sebagai sumber energi berubah secara berangsur-angsur dari hari ke hari, tidak dari menit ke menit seperti halnya angin. g. Pengoperasian dan perawatan PLTMH sangat mudah dan murah dibandingkan dengan generator diesel atau pembangkit lainnya. h. Energi listrik atau energi mekanik yang dihasilkan dapat digunakan untuk usaha produktif dan meningkatkan produktivitas ekonomi di daerah terpencil. Meskipun demikian ada juga sejumlah kekurangan yang harus dipertimbangkan ketika membandingkan PLTMH dengan sumber energy lain. Pembangkit listrik air skala kecil identik dengan : a. Biaya investasi yang relatif besar untuk pembangunan PLTMH, meskipun biaya operasinya rendah. b. Memerlukan penguasaan pengetahuan khusus yang kadang tidak tersedia dimasyarakat setempat. Perlu diperhatikan bahwa PLTMH bukan merupakan pembangkit listrik tenaga air (PLTA) yang dikecilkan, tetapi sebuah pembangkit yang memerlukan perencanaan dan pembangunan yang unik dan berbeda dengan PLTA. c. Meskipun PLTMH memerlukan perhatian yang sederhana, tetapi harus dilakukan secara terus menerus, terutama dalam operasional dan perawatannya. Kadang-kadang masyarakat desa tidak dipersiapkan untuk melakukannya, sehingga mereka kurang terorganisir, kurang sadar dan kurang rasa memiliki. Akibatnya PLTMH kurang mampu bertahan lama. Hal ini merupakan aspek yang harus diperhatikan dengan teliti dalam merencanakan sebuah PLTMH. 2.3 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro PLTMH bekerja ketika air dalam jumlah dan ketinggian tertentu dijatuhkan melalui pipa pesat (penstok) dan menggerakan turbin yang dipasang diujung bawah pipa.
2
Gambar 1 Tinggi jatuh (head) pada PLTMH
Putaran turbin di kopel (dihubungkan) dengan generator sehingga generator berputar dan menghasilkan energy listrik. Listrik yang dihasilkan dialirkan melalui kabel listrik ke rumah- rumah penduduk atau konsumen lainnya atau juga disambungkan ke jaringan listrik yang sudah ada. Jadi PLTMH mengubah energy potensial yang berasal dari air menjadi energi listrik. Untuk memanfaatkan energi air dengan tepat dan menghasilkan energi listrik yang baik, diperlukan peralatan yang sesuai dan perencanaan yang baik.
2.4
Komponen PLTMH
Gambar 3 Peralatan Mekanikal dan elektrikal
Peralatan elektro-mekanikal adalah semua peralatan yang dipergunakan untuk merubah energi potensial air menjadi energi listrik. Peralatan utamanya terdiri dari : 2.4.2.1 Turbin Merupakan peralatan mekanik yang mengubah energi potensial air menjadi energi mekanik (putaran). Air yang memiliki tekanan dan kecepatan tertentu menumbuk sudu sudu turbin dan memutar runner turbin sehingga berputar dengan daya yang sebanding dengan daya dari potensi air. Ada beberapa jenis turbin yang digunakan dalam pemanfaatan PLTMH yang disesuaikan dengan besarnya debit air dan tinggi jatuh. Turbin yang paling banyak digunakan untuk PLTMHdi Indonesia adalah : - Turbin crossflow : cocok untuk aplikasi tinggi jatuh medium 10 – 100 meter.
Gambar 2 Skema PLTMH
2.4.1
Komponen Sipil Bendung Pengalihan ( Diversion Weir ) Intake ( Saluran Pemasukan ) Bak Pengedap ( Sand Trap ) Saluran Pembawa ( head race channel ) Saluran Pelimpah ( spillway ) Bak Penenang ( forebay ) Saringan Pipa Pesat (penstock) Saluran Pembuang ( Tailrace Channel Rumah Pembangkit ( power house )
2.4.2
Peralatan Mekanikal dan Elektrikal
Gambar 4Turbin Crossflow
- Turbin propeller ( open flume ): cocok untuk tinggi jatuh yang rendah 2 – 10 meter dengan debit air yang besar.
Gambar 5 Turbin Propeller
3
- Turbin Pelton : cocok untuk tinggi jatuh yang tinggi lebih dari 80 meter.
Gambar 6 Turbin Pelton
2.4.2.2 Generator
Gambar 7 Generator
Generator merupakan komponen yang berfungsi merubah energy mekanik berupa putaran menjadi energi listrik yang dikopel dengan turbin untuk membangkitkan energy listrik. 2.4.2.3 Panel Listrik dan AlatKontrol Panel listrik merupakan tempat dimana sambungan kabel (terminal) dan peralatan pengaman listrik (MCB) serta meter listrik ditempatkan.
Gambar 8 Panel Listrik
2.4.3
Jaringan Sistem Distribusi Pada system ini dibutuhkan beberapa komponen, yaitu : Kabel Penghantar Tiang Distribusi Komponen-komponen yang terdapat ditiang
BAB III UMUM PLTMH LOGAWA
1. Nama Rencana Usaha : Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro 2. Lokasi Kegiatan a. Sungai : Logawa b. Dusun : Rabuk c. Desa : Baseh d. Kecamatan : Kedungbanteng e. Kabupaten : Banyumas f. Propinsi : Jawa Tengah g. Posisi Geografi : 7˚20’31.63 S , 109˚10’53.06 T h. Elevasi : ± 465 3. Skala Usaha dan kegiatan direncanakan dengan kapasitas 3,071 kW dengan jarak ke jaringan menegah ± 7,1 km. 4. Luas Lahan : ± 2,5 Ha 5. Hidrologi a. Sumber : Sungai Logawa b. Debit Maximum : 4,5 m3/dt c. Debit Minimum : 0,54 m3/dt 6. Daya dan Energi a. Debit Desain Turbin Cross flow : 4,5 m3/dt pada saat maksimal ( penghujan ) dan 0,54 lt/dt pada saat minimal b. Tinggi Jatuh Netto : 80 m c. Kapasitas Terpasang : 3,071 kW Ringkasan Komponen Teknis PLTMH Logawa 1. Bendung a. Tipe, Material Konstruksi : Bendung tetap , Mercu Bulat, pasangan batu kali dan beton bertulang b. Panjang Bendung : 75 m c. Tinggi Mercu : 3,15 m d. Lebar Bendung : 13,5 m 2. Bangunan Pengambilan dan Saluran Penghantar a. Tipe Bangunan Pengambil : Pintu geser dengan Saringan Sampah b. Tipe Saluran : Saluran Terbuka c. Dimensi Saluran : 6 m Penampang Atas d. Tinggi Jagaan Saluran : 0,6 m 3. Kolam Pengendap Pasir a. Tipe, bentuk : Saluran Terbuka b. Tinggi Jagaan : 0,6 m c. Konstruksi : Pasangan Batu Kali dan Cor Beton 4. Bak Penenang a. Tipe : Bak Terbuka b. Konstruksi : Pasangan Batu Kali dan Beton Bertulang, dengan penyaring sampah c. Tinggi Jagaan : 0,8 m 5. Pintu Pengambilan Pipa Pesat a. Tipe : Governor 6. Pipa Pesat a. Tipe, Material : Mild Steel 4
7.
8.
9.
10.
11.
b. Diameter Dalam : 1,8 m c. Panjang : 560 m Gedung Sentral a. Tipe Material Konstruksi : Beton Bertulang Saluran Pembuang a. Tipe, Material : Saluran Terbuka, Pasangan Batu Kali b. Dimensi : 1,6 m Penampang Atas Turbin dan Generator a. Tipe Turbin : Cross Flow b. Kapasitas Output Turbin max : 1 x 3.071 kW c. Generator : Sycronous Horizontal Generator d. Kapasitas Output Generator max : 2,845 kW Transformator a. Tipe : Onan ( outdoor ) b. Kapasitas : 4000 kVa Jaringan Transmisi a. Tegangan : 20 kV b. Jarak jaringan ke Existing : ± 7,1 Km c. Jenis Penghantar : Konduktor AAAC
BAB IV PERENCANAAN MEKANIKAL DAN KELISTRIKAN PLTMH LOGAWA 4.1
Lokasi PLTMH
Sungai Logawa adalah sungai yang terletak di Desa Baseh , Kecamatan Kedungbanteng, Kabupaten Banyumas, Jawa Tengah. Memilik lokasi scheme pada koordinat . 7˚20’31.63 S , 109˚10’53.06 T.
Gambar 9 Lokasi PLTMH Logawa
Di lokasi tersebut di dapat data sebagai berikut : Gross head : 80 m Debit maksimum: 4,5 m3/detik Debit optimum : 4,5 m3/detik Debit minimum : 0.54 m3/detik 4.2
Mekanikal dan Kelistrikan Secara teknis, minihidro memiliki 3 komponen utama air sebagai sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dan ketinggian tertentu menuju
rumah instalasi (rumah turbin) yang akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator dengan menggunakan kopling. Generator tersebut akan menghasilkan energi listrik yang akan masuk ke system kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses minihidro merubah energy aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik. Secara singkat perinsip kerja dari suatu pembangkit PLTMH ditunjukkan pada Gambar 4.1
Gambar 10 Prinsip kerja suatu PLTMH
Berdasarkan deskripsi di atas maka dapat disimpulkan bahwa suatu pembangkit listrik tenaga mini hidro tergantung dengan debit air, ketinggian (tinggi jatuh atau ) dan efisiensi. Formulasi sederhana untuk analisis daya (P) yang dibangkitkan dari suatu pembangkit PLTMH adalah : dimana : P = daya yang dibangkitkan ( Watt ) Q = Debit air (m3/det) H = Ketinggian (m) η = Efisiensi dari sistem 9,8 = Konstanta gravitasi bumi (m/det2) Pembangkit listrik tenaga minihidro (PLTMH) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan energi potensial air dan dapat dikelompokkan berdasarkan metode mendapatkan head , sistem operasi dan jenis turbin yang dipergunakan. 4.2.1
Pemilihan Turbin Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi kelompok yang ditunjukkan Tabel 4.2 Tabel 2 Jenis Turbin
5
Cara kerja kedua tipe turbin tersebut diuraikan sebagai berikut. a. Turbin Impuls Turbin jenis ini meliputi crossflow ,pelton dan turgo, menggunakan tekanan yang sama pada setiap sisi sudut geraknya ( runner ) dimana bagian turbin yang berputar. b. Turbin Reaksi Turbin ini meliputi jenis francis dan kaplan/propeller , menggunakan energi kinetik dan tekanan dikonversikan di runner. Secara umum, jenis turbin ini tidak menerima tumbukan dan hanya mengikuti aliran air.
Gambar 11 Jenis-jenis turbin
Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Beberapa daerah operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang
overlapping ini memerlukan perhitungan yang lebih mendalam. Secara mendasar daerah kerja operasi turbin menurut Keller dikelompokkan menjadi a. Low head powerplant dengan tinggi jatuhan air ( head ) ≤ 10 m. b Medium head powerplant dengan tinggi jatuhan antara low head dan high-head c High head power plant dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan H ≥100 (Q) : 0 113m3/det dimana H = Head ( m ) Q = debit rencana hasil analisis (m3/ det) Tabel 3 Daerah Operasi Turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis jenis turbin khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Tahap awal pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu : a Faktor tinggi jatuhan air efektif (net head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin Sebagai contoh turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah b Faktor daya ( power )yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia c Kecepatan (putaran turbin) yang akan ditransmisikan ke generator. Daya Turbin Besarnya suatu daya turbin ditentukan oleh aliran dari sungai ( debit air ) yang ada di lokasi tersebut. Sungai Logawa memiliki aliran air ( debit ) , sebagai berikut : - Debit maksimum : 4,5 m3/det. - Debit minimum : 0,54 m3/det Dari data diatas maka didapat besarnya daya yang dihasilkan dalam keadaan maksimum dan minimum sesuai dengan debit yang dihasilkan : a. Pada saat debit maksimum : P = 9.81xQxHx P = 9,81x4,5x80x0,87 6
P = 3.071 KW b. Pada saat debit minimum P = 9.81xQxHx P = 9,81x0,54x80x0,87 P = 368.7 kW Dari perhitungan diatas maka didapatkan daya yang dihasilkan dalam keadaan maksmum sebesar 3,071 kW dan pada saat minimum didapatkan daya sebesar 368,7 kW Dari penjelasan diatas maka turbin yang cocok digunakan di sungai Logawa Desa Baseh Kecamatan Kedungbanteng Kabupaten Banyumas Jawa Tengah adalah Turbin Cross Flow. Penjelasannya berikut :
Perlindungan korosi (sandblasting, priming min. 100 μm,finishing min. 100 μm) Tingkat kebisingan pada 1 m jarak max. 90 dB
Efisiensi turbin = 0.87 dapat dicapai pada aplikasi turbin CrossFlow tipe yang direkomendasikan untuk PLTMH Logawa. Pada perencanaan generator di pilih generator dengan putaran nominal 1000 rpm. Kecepatan turbin yang direncanakan sama dengan kecepatan putaran generator. 4.2.2
Generator Tipe generator yang akan dipergunakan di PLTMH Logawa adalah generator sinkron horizontal shaft dengan putaran sebesar 1000 rpm. Generator akan di Koppel langsung dengan penggerak utamanya (turbin). Titik netral belitan stator dari generator akan ditanahkan melalui trafo pentanahan (trafo distribusi) dengan belitan sekundernya disambung dengan tahanan. Pada generator PLTMH Logawa menggunakan kecepatan 1000 rpm sehingga kutub dalam generator berjumlah : 𝑁=
Gambar 12 Bagian turbin jenis crossflow
Bedasarkan pertimbangan teknis dan kinerja sistem di atas pemilihan turbin yang cocok untuk PLTMH Logawa adalah turbin CrossFlow dengan shaft horizontal. Berikut detail mengenai komponen turbin Crossflow untuk PLTMH Logawa :
Turbin crossflow 2 sel, G 125.054/26 g Diameter runner 1250 mm Lebar runner 540 mm Diameter poros 260 mm Nilai putaran 290/min Putaran maksimal 627/min (runaway speed) Bantalan tanpa gesekan didisain untuk masa kerja lebih dari 100000 jam operasi 2 x guide vane dipisahkan dipasang dengan bebas pemeliharaan bantalan Pipa inlet Pipa outlet terintegrasi ke dalam bingkai pelat dasar konstruksi casing las yang kuat bobot shutdown darurat (gravimetri) yang dipasang di lengan tuas sensor untuk pembacaan revolusi dan posisi guide vane
120 𝑓 𝑃
Dimana :
N = perputaran generator ( rpm ) f = frekuensi ( Hz ) P = Jumlah kutub Sehingga di dapat , 120 𝑓 𝑁= 𝑃 120 50 1000 = 𝑃 120 50 𝑃= 1000 P = 6 Kutub Besarnya daya keluaran generator pada PLMH Logawa pada saat keadaan debit maksimum adalah sebagai berikut : P = 9.81xQxHx tx g P = 9,81x4,5x80x0,87x0.926 P = 2845 kW Sedangkan pada saat debit minimum, adalah : P = 9.81 x Q x H x t x g P = 9,81x0,54x80x0,87x 0.926 P = 341,4 kW Arus generator dari daya yang dihasilkan oleh generator tiga phasa dihitung dengan persamaan : P = 3 . 𝑉. 𝐼. cos 𝜃 𝑃 I = 3 .𝑉.cos 𝜃 I=
2845 3 .6,3.0,9
7
I = 289,7 A Dimana : P = daya yang dihasilkan generator ( Watt ) I = arus ( Ampere ) V = tegangan ( volt ) cos 𝜃 = faktor daya Maka dari perhitungan diatas didapatkan arus pembangkitan pada generator sebesar 289.7 A. Spesifikasi generator untuk PLTMH Logawa adalah sebagai berikut : Tabel 4 Spesifikasi Generator PLTMH Logawa
Type Kapasitas (KVA) Tegangan (KV) Putaran (rpm) Overspeed (rpm) Faktor daya Efisiensi Frekwensi (Hz) Variasi tegangan Sistem eksitasi
Generator 3 3.636 KVA 6,3 KV
Kelas isolasi
1000 rpm 2163 rpm 0,9 0,926 50 Hz 5% tanpa sikat dengan selfexcited H/F
IP
23
Berikut detail mengenai komponen generator untuk PLTMH Logawa : generator sinkron pada desain tenaga air horizontal sedikit sikat, eksitasi sendiri, ventilasi sendiri, hubung bintang diuji sesuai IEC 34 Disain pf 0,926 nilai output PN = 3636 kVA (termasuk 15% batas keselamatan faktor daya 0,926) nilai putaran 1000/min putaran maksimal 2163/min ( kecepatan putaran ) tegangan 6,3 kV , frekuensi 50 Hz proteksi IP 23, pendingin IC 01, kategori insulasi H/F anti gesekan dirancang untuk masa kerja lebih dari 100.000 jam operasi anti pemanas kondensasi sensor temparatur ( belitan , bantalan-5 x PT100) jangkar untuk generator
Pemilihan Transformator Trafo daya utama akan menaikkan tegangan daya yang dibangkitkan generator dari tegangan 6.3 kV menjadi 20 kV. Desain trafo ini adalah 2 (dua) belitan dengan hubungan star/star dengan titik netral belitan 20 kV nya di tanahkan melalui resistor.
Ketentuan transformator PLTM Logawa sebagai berikut : 1. Transformator utama yang digunakan adalah transformator pasangan luar (outdoor) dan untuk transformator pemakaian sendiri digunakan transformator tipe pasangan dalam ( indoor). Kapasitas transformator utama harus disesuaikan dengan kapasitas generator, sedangkan untuk transformator pemakaian sendiri harus disesuaikan dengan kapasitas pemakian beban yang terdiri dari beban essensial dan beban non essensial di PLTMH Logawa. 2. Tegangan primer transformator utama harus sama dengan tegangan output generator, sedangkan tegangan sekunder harus sama dengan tegangan di sistem jaringan eksiting. Tegangan primer generator pemakaian sendiri sama dengan tegangan di sistem jaringan dan tegangan sekundernya sesuai dengan tegangan peralatan-peralatan yang digunakan di PLTMH Logawa. 3. Pemilihan transformator baik untuk transformator utama maupun transformator pemakaian sendiri sebaiknya memperhitungkan efisiensi dari transformator dengan tidak mengabaikan rugi-rugi dari setiap jenis transformator.
Gambar 13 Desain Transformator
Perhitungan pemilihan daya transformator berdasarkan daya yang dihasilkan oleh generator yaitu sebesar 2845 kW dengan nilai factor daya sebesar 0,9. Sedangkan besaran nilai nominal dari transformator menggungakan satuan VA, sehingga daya yang dikeluarkan generator ( dalam bentuk kW ) diubah kedalam bentuk VA , dengan persamaan : P = S cos 𝜃 𝑃 S= cos 𝜃 Maka didapatkan : S = 2845 / 0,9 S = 3161,1 kVA
4.2.2
Dengan memberikan pembebanan pada transformator sebesar ±80% dari nilai nominal transformator sehingga , S = 3161,1 / 0,8 S = 3951,4 kVA 8
Sehingga dalam pemilihan transformator pada PLTMH Logawa sebesar 4000kVA Besarnya daya pembangkitan yang siap dialirkan dapat memperhitungkan efisiensi transformator dengan asumsi beban transformator dalam keadaan penuh , sesuai dengan name plate transformator sebesar 98,84%. Sehingga daya keluaran yang siap dibangkitkan dapat dihitung dengan persamaan , P = 9.81xQxHx tx g x tr P = 9,81x4,5x80x0,87x0.926 x 0,9884 P = 2812 kW Dengan menggunakan persamaan , maka arus yang keluar pada sisi sekunder sebesar , 𝑃 I= I=
3 .𝑉.cos 𝜃 2812 3 .20.0,9
I = 90,2 A Arus 3 fasa di sisi sekunder ( jaringan 20 kV ) normalnya sebesar 90,2 A. Berikut detail mengenai transformator outdoor yang akan digunakan PLTMH Logawa :
HV / LV
: 20 / 6,3 kV
Berikut detail mengenai transformator indoor yang akan digunakan PLTMH Logawa : Kapasitas : 25 kVA Arus beban nol : 3,3 % Hubung singkat impedansi : 4 % Rugi besi : 200 watt Rugi tembaga : 900 watt Jumlah rugi total : 1100 watt Vektor group : Yyn0 Tipe pendingin : ONAN Efisiensi faktor daya 1:95,79 (100%) Dimensi - Panjang : 980 mm - Lebar : 1300 mm - Tinggi : 1386 mm Volume oli : 200 L Berat : 610 kg HV / LV : 20 / 0,38 KV 4.2.3
Jaringan Listrik Berikut adalah line diagram Gardu Induk Kalibakal :
Gambar 15 Line Diagram Gardu Induk Kalibakal
Gambar 14 Letak Trannsformator Outdor atau Utama
Kapasitas : 4000 kVA Arus beban nol : 1,6 % Hubung singkat impedansi : 7,5 % Rugi besi : 4250 watt Rugi tembaga : 34000 watt Jumlah rugi total : 37500 watt Vektor group : Yyn0 Tipe pendingin : ONAN Efisiensi pada faktor daya 1 :98,84 (100%) Tingkat suara kebisingan : 62 DB Dimensi - Panjang : 2900 mm - Lebar : 1700 mm - Tinggi : 2460 mm Volume oli : 1800 L Berat : 6870 kg
PLTMH Logawa terletak di desa Baseh, kecamatan Kedungbanteng kabupaten Banyumas. Sungai Logawa berada jauh dari jalan raya utama, sehingga di area power house sampai dengan ekxisting 3 phasa 20 kV milik PT.PLN cukup jauh, dari power house menuju ke jaringan distribusi terdekat berjarak 7100 meter. Tiang jaringan distribusi yang terdapat di area PLTMH adalah tiang dengan kode KBL03-153. Karena jarak yang cukup jauh maka dari power house hingga ekxisting PT.PLN 144 tiang untuk terdekat membutuhkan menyalurkan daya dari power house PLTMH ke jaringan ekxisting 3 phasa 20 kV terdekat dengan kontur tanah bertebing.
9
Tabel 5 Jarak bebas untuk konduktor pada jaringan distribusi
Lintasan Distribusi Memotong jalan Sepanjang jalan Tempat lain
Jarak Bebas minimal (m) Tegangan Tegangan > 20 KV < 20kV 6,5 4,0 6,0
4,0
6,0
4,0
Jarak bebas konduktor yang harus diperhatikan dikarenakan disekitar jaringan distribusi dari lokasi PLTMH terdapat banyak pohon dan pada lokasi persawahan. Pentingnya jarak bebas konduktor bertujuan untuk kepetingan keamanan dan keselamatan bagi manusia dan makhluk hidup yang ada di sekitar jaringan distribusi, yang di tinjau juga dari SPLN. Kabel konduktor yang akan dipakai pada PLTMH Logawa adalah konduktor dengan tipe 3 x AAAC 240 mm².
Analisa Jaringan Menggunakan ETAP 7.0 Untuk mengetahui keandalan dan mengetahui seberapa besar daya PLTMH terserap oleh beban maka diperlukan analisa aliran daya pada jaringan. Untuk menganalisa jaringan KBL 10 sebelum dan sesudah PLTMH masuk diperlukan software ETAP 7.0 sehingga dapat mengetahui seberapa besar efisiensi PLTMH terhadap daya yang dihasilkan dan daya yang diserap dijaringan 20 kV eksisting dan keandalan jaringan eksisting dari adanya PLTMH tersebut. Didapat grafik gabungan antara PLTMH dan jaringan yang sudah ada di kalibakal 10 , yaitu :
Berikut adalah analisa dalam bentuk table : Tabel 6
Analisa jaringan KBL 10 sebelum dan sesudah PLTMH beroperasi secara parallel
Titik
Parameter
Feeder KBL 10 (real time )
Arus Daya Reaktif (kVAR) Daya Semu (kVA) Daya Aktif (kW) Tegangan (kV)
Lokasi
Parameter
PLTMH Logawa
Arus Daya Reaktif (kVAR) Daya Semu (kVA) Daya Aktif (kW) Tegangan (kV)
Kondisi Sebelum Sesudah 271,1 206 5043
4158
9252
7083
7756
5734
19,716
19,867
Rate PLTMH 289,7
Primer
Sekunder
202,9
63,9
1377,8
885
799
3161
2213
2173
2845
2028
2020
6,3
6,3
20
Dari table terlihat daya yang terserap dari PLTMH pada keadaan beban puncak yaitu sebesar 71,28 % (2028 kW dari 2845 kW), dimana PLTMH di hubungkan secara paralel dengan jaringan eksisting 20 kV. Dari keandalan juga dapat terlihat pada tegangan jaringan, dimana drop tegangan jaringan menjadi berkurang pada ujung jaringan maupun pada tiap lokasi di penyulang KBL 10. 4.3 Rancangan Anggaran Biaya Sistem Mekanikal dan Elektrikal Pada suatu perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga MiniHydro, dibutuhkan suatu perencanaan / rancangan biaya yang dibutuhkan, berikut adalah rincian biaya dalam pembangunan system mekanikal dan elektrikal di PLTMH Logawa: Table 7 Rancangan Anggaran Biaya
Alat Turbin dan Generator Transformator Jaringan Distribusi 20 kV Sistem Proteksi Kabel Jaringan Jumlah
Gambar 16 Grafik jaringan KBL 10 + PLTMH
Total Rp. 10.271.400.000,00 Rp. 439.756.200,00 Rp. 921.106.945,00 Rp.359.687.000,00 Rp. 213.365.450,00 Rp. 12.205.315.450,00
Jadi dana yang dibutuhkan dalam perencanaan system mekanikal dan elektrikal di PLTMH Logawa sebesar : Rp. 12.205.315.450,00
10
BAB V PENUTUP 5.1
Kesimpulan Berdasarkan analisa yang tertulis dalam laporan ini tentang studi kelayakan dalam hal mekanikal dan elektrikal PLMH Logawa, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Potensi energy air pada sungai Logawa Desa Baseh Kecamatan Kedungbanteng Kabupaten Banyumas Jawa Tengah, memungkinkan untuk dibangun Pembangit Listrik Tenaga Minihidro. 2. Perencanaan PLTMH di Sungai Logawa ini menggunakan turbin Crossflow untuk menggerakan generator. 3. Pembangkit yang direncanakan di Logawa ini menggunakan generator sinkron dan menghasilkan daya output sebesar 2,845 MW 4. Hasil listrik dari PLTMH Logawa menggunakan sistem interkoneksi yang akan disambungkan dengan jalur jaringan tegangan menengah dengan kabel 240 mm2 yang terletak sejauh 7,1 km 5. Jaringan ini akan disambungkan ke Gardu Induk Kalibakal Purwokerto di penyulang 10 ( KBL 10 ) 6. Dana yang dibutuhkan dalam perencanaan system mekanikal dan elektrikal di PLTMH Logawa sebesar Rp. 12.205.315.450,00
Saran Saran-saran yang penulis dapat sampaikan adalah sebagai berikut : 1. PT. Adhisatya ( Pihak perusahaan ) secepatnya berkomunikasi dengan pihak PLN Persero Jawa Tengah, agar PLTMH Logawa segera dibangun dan terus dikembangkan 2. Setelah perencanaan ini sudah diterima, lebih baik ada pihak mahasiswa yang ikut dalam proses pembangunan guna meningkatkan penelitian riset bagi mahasiswa.
2009. Mosul Pelatihan Operator Mikrohidro. Jakarta [3] Warsito,S. 2005. Studi Awal Perencanaan Sistem Mekanikal dan Kelistrikan Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro, Seminar Nasional, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Industri Universitas Islam Sultan Agung Semarang. [4] Kristiati , M. ,Th, 2011. SSumber Energi Penghasil Listrik, Yogyakarta,:PT. Citra Aji Pramana. BIODATA Alvian Dwi Hendrawan ( L2F 009 049 ). Dilahirkan di Jakarta, Indonesia, pada tanggal 7 September 1990. Menempuh pendidikan TK Pergunas Jakarta, SD Negeri 03 Cempaka Baru Jakarta, SMP Negeri 119 Jakart, SMA Negeri 1 Jakarta dan sekarang sedang menempuh pendidikan di Universitas Diponegoro Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro, Konsentrasi Ketenagaan.
Mengetahui, Pembimbing
5.2
Dr.Ir. Joko Windarto,MT NIP. 196405261989031002
DAFTAR PUSTAKA
[1] Departemen ESDM Direktorat Jenderal Listrik dan pemanfaatan Energi ., 2009. Pedoman Studi Kelayakan Mekanikal Elektrikal. Jakarta [2] Departemen ESDM Direktorat Jenderal Listrik dan pemanfaatan Energi .,
11
