5
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Muktahir
Penelitian tentang pembangkit listrik tenaga minihidro saat ini telah banyak dilakukan terutama berkaitan dengan analisis aspek ekonomi, aspek lingkungan dan aspek sosial pembangkit listrik tenaga minihidro. Namun pada penelitian ini akan dibahas tentang pembangkit listrik tenaga mini hidro yang disimulasikan pada simulink program software MATLAB untuk mendapatkan kinerja generator yang tepat. Suhartama(2014), melakukan penelitian mengenai Analisa Daya Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro Tukad Balian, Tabanan Menggunakan Simulink. Penelitian ini merupakan pembangunan PLTM dengan sumber potensi aliran sungai dari Tukad Balian dengan estimasi daya mekanik yang dibutuhkan sebesar 405,9 kW dengan debit air sebesar 1,23 m3/s. Sedangkan pada beban maksimum 100% daya mekanik yang dibutuhkan sebesar 3.410,4 kW dengan debit air sebesar 10,55 m 3/s. Sharma (2013), melakukan penelitian mengenaiMatlab Based Simulation of Components of Small Hydro-Power Plants mengembangkan model pembangkit listrik tenaga minihidro skala kecil untuk listrik pedesaan menggunakan simulasi MATLAB. Hasil simulasi menunjukkan kemungkinan bahwa sumber energi terbarukan atau alternatifakan menggantikan sumber energi konvensional di masa depan untuk daerah pedesaan. Putra (2010), melakukan penelitian mengenai Simulasi Pengaturan Generator Sinkron Pada PLTM Kemiri, Mojokerto. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui perubahan daya beban terhadap output generator sinkron pada PLTM Kemiri yang disimulasikan dengan simulasi pengaturan generator sinkron loop terbuka dan pengaturan generator sinkron tertutup. Kestabilan tegangan dan frekuensi dapat di sesuaikan dengan perubahan beban, yang diatur melalui alat pengatur frekuensi yang
5
6
dirancang untuk menggerakkan motor servo untuk mengatur guide vane saat frekuensi berubah. Suyono.dkk (2012), melakukan penelitian mengenai Analisis Stabilitas Sistem Daya Pada Interkoneksi PLTMH Ampelgading di Gardu Induk Turen. Penelitian ini dilakukan untuk kontinuitas pelayanan terkait dengan stabilitas sistem daya dan kualitas daya listrik yang di salurkan ke konsumen. interkoneksi PLTM Ampelgading di Gardu Induk Turen memberikan perbaikan profil tegangan bus Gardu Induksebesar 8,11%, sementara waktu pemulihan sudut rotor generator yang dilengkapi dengan Turbine Governor adalah 4,004 detik dan waktu pemutusan kritis generator adalah 0,290 detik sesudah gangguan.
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro Pembangkit Lisrik Tenaga Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk
instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah yang memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu serta instalasi. Pembangkit listrik kecil yang dapat menggunakan tenaga air dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan/head (dalam meter) dan jumlah debit airnya (m3/detik). Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Kapasitas daya maksimum yang dibangkitkan untuk pembangkit listrik tenaga air dibagi didalam 3 kategori (Anonim, 2003), yaitu:
1. Pembangkit listrik tenaga air skala besar: kapasitas daya yang dibangkitkan di atas 10 MW. 2. Pembangkit listrik tenaga minihidro: kapasitas daya yang dibangkitkan antara 200 kW sampai dengan 10 MW. 3. Pembangkit listrik tenaga mikrohidro: kapasitas daya yang dibangkitkan di bawah 200 kW.
7
Secara teknis, pembangkit listrik tenaga minihidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin, dan generator. Besarnya daya mekanik yang dapat dihasilkan PLTM di turbin dapat dihitung sebagai berikut :
2.3 Sistem dan Bagian – Bagian Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) Pembangkit listrik tenaga minihidro merupakan salah satu pembangkit listrik yang ramah lingkungan bersisat renewable dan mampu menyediakan listrik secara kontinuitas.Namun PLTM memiliki biaya yang tidak sedikit dan memerlukan waktu yang yang cukup lama dalam pembangunannya.Secara umum PLTM memiliki 3 komponen utama dalam membangkitkan energi listrik, yaitu :
2.3.1 Air Air merupakan salah satu sumber energi, karena air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (powerhouse). Di rumah instalasi air tersebut akan menggerakkan turbin dimana turbin sendiri dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Turbin air akan berputar setelah mendapat tekanan air (p), dan perputaran turbin dimanfaatkan untuk menggerakkan generator dengan menggunakanv-belt. Dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumahatau keperluan lainnya (beban).
2.3.2 Turbin Air Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial menjadi energy mekanik.Energi mekanik kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi
8
kinetic,turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Untuk menghasilkan putaran poros didasarkan sebagai berikut(SSM, 2013) : a. Tinggi air (water head) b. Arus desain c. Kecepetan rotasi (rotational speed) Kecepetan spesifikasi turbin berhubungan dengan putaran turbin dan faktor kavitasi.Semakin besar kecepetan spesifikasi turbin, semakin besar kecepetan turbin dan semakin besar juga faktor kavitasi yang berpengaruh pada besarnya tinggi hisap. Oleh karena itu, untuk menentukan kecepatan spesifik yang sesuai, agar penempatan turbin (tinggi hisap turbin) bebas dari kavitasi, maka dilakukan perhitungan dengan menetapkan kecepatan putar turbin yang telah ada dipasaran (SSM, 2013). Aplikasi yang tersedia dari semua jenis turbin air memiliki kecocokan untuk besarnya kapasitas daya listrik pada pembangkit listrik.Turbin yang paling umum digunakan untuk head yang rendah sampai menengah adalah Francis Turbin dan Kaplan Turbin.Turbin Bulb menggunakan lorong air dimana turbin dan generator ditampung pada satu tempat.Turbin Tubular merupakan turbin yang dialiri air tanpa menggunakan lorong air. Selain itu, turbin Crossflow dapat digunakan pada head yang rendah sampai menengah.Turbin Pelton dan Impuls digunakan untuk head yang tinggi (Watt, 2005).
Tabel 2.1 Jenis turbin berdasarkan prinsip kerjanya Turbine Type High< 40 m Impulse
Head Pressure Medium 20-40 m
Pelton
Crossflow
Turgo
(Banki)
Low 5-20 m - Crossflow (Banki)
Turgo Reaction
- Francis Pelton - Pump as Turbine (PAT)
- Propeller - Kaplan
- Propeller Sumber :Manuals and GuidelinesforMicro-hydropower - Kaplan Developmentin Rural ElectrificationVolume I
9
1. Turbin impuls Turbin impuls adalah turbin air yang kerjanya merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energy kinetik untuk memutar turbin,sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozel. Setelah membentuk sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin dengan tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nozel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfer sekitarnya. Semua energi dengan ketinggian dan tekanan ketika masuk ke sudu, jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Adapun bagian – bagian turbin impuls adalah sebagai berikut : a. Turbin pelton Turbin pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozel. Fungsi utama nozel adalah untuk mengubah tekanan air menjadi menjadi suatu kecepatan aliran untuk memutar runner. Turbin pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
Gambar 2.1 Turbin Pelton Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
10
Turbin pelton merupakan salah satu turbin air yang prinsip kerjanya memanfaatkan energi potensial air menjadi energy listrik tenaga air(hydropower). Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikrohead 20 meter sudah mencukupi. b. Turbin turgo Turbin turgo memiliki kecepatan putar lebih besar dari turbin pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Turbin turgo dapat beroperasi pada head 30 sampai dengan 300 meter. Turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle memutar sudu pada sudut 20o.
Gambar 2.2 Sudu turbin turgo Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
11
c. Turbin crossflow Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin MichellBanki merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 sampai dengan 200 m. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar memutar sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.
Gambar 2.3 Turbin Crossflow Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
2. Turbin reaksi Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin
12
reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Adapun yang termasuk turbin reaksi adalah sebagai berikut : a. Turbin francis Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi dari ketinggian 10 sampai 300 meter di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Baling-baling dan runner terbuat dari baja. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 2.4 Turbin francis Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
b. Turbin kaplan & propeller Turbin kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanyamempunyai tiga hingga enam sudu. Turbin kapalan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada ,dan mempunyai sudut efisiensinsi paling tinggi ketika beban tidak penuh.
13
Gambar 2.5 Turbin Kaplan Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
2.3.3 Generator Generator berfungsi apabila suatu penghantar diputarkan didalam sebuah medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet maka pada ujung penghantar tersebut akan ditimbulkan garis gaya listrik (GGL) yang mempunyai satuan volt.Pemilihan jenis generator yang sesuai dengan kapasitas minihidro adalah jenis generator synchronous dengan eksitasi sendiri yang memiliki poros horizontal yang tepat digunakan.Generator induksi tidak cocok digunakan karena mempunyai kekurangan didalam pengaturan sistem frekuensi atau tegangan. Kecepatan putar disesuaikan dengan kecepatan turbin, kecepatan standar yang tersedia dipabrik adalah 500, 600, 750, 1000, 1500 rpm. Apabila kecepatan turbin tidak sama dengan salah satu kecepatan tersebut maka digunakan roda gigi. Kapasitas generator harus ditentukan dengan teliti, agar tidak terjadi pengertian yang berbeda tentang daya output dari turbin untuk desain tinggi jatuh dan faktor daya (cos phi).
14
2.4
Sistem dan Kondisi Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) Tukad Balian Dalam pembangkitan energi listrik PLTM memiliki beberapa komponen-
komponen yaitu : 1.
Bendungan Konstruksi bendungan bertipe bendungan tetap dengan pasangan batu.
Panjang bendungan adalah 40 m dengan elevasi crest bendungan terletak pada ketinggian 125 m. Adapun lahan untuk areal bendung adalah sekitar 80 x 50 m2 = 4000 m2. Konstruksi bendung direncanakan terbuat dari beton dan pasangan batu yang menumpu pada dasar sungai berupa pasir, kerikil dan batu besar dan dibawahnya terdapat pondasi batuan breksi yang mempunyai kekerasan dan daya dukung yang cukup tinggi. Ambang bendung direncanakan mampu mengalirkan debit banjir dengan periode banjir 100 tahunan. Langkah-langkah dalam perencanaan bendungan antara lain (SSM, 2013): a. Menghitung tinggi muka air banjir rencana : tinggi banjir dihitung dengan mengacu pada standar perencanaan irigasi. Sedangkan tinggi mercu ditentukan dari besar tinggi jatuh yang dibutuhkan. Untuk elevasi tanggul ditentukan dengan menambahkan tinggi jagaan yang cukup dari elevasi muka air banjir. b. Menentukan bentuk bendungan : bendungan dirancang berdasarkan standar perencanaan irigasi. c. Lebar efektif mercu bendugan : lebar efektif mercu bendungan adalah lebar bendungan yang bermanfaat untuk melewatkan debit, yaitu lebar bendung dikurangi pengaruh pintu pembilas dan pilar- pilar termasuk pangkal bendungan (abutment). 2.
Struktur pengambilan (Intake Structure) Struktur pengambilan adalah struktur untuk mengalihkan air ke dalam pipa
atau air dari sungai menuju ke jalur air. Aliran air harus mampu mengalihkan jumlah yang diperlukan ke penstock tanpa menghasilkan dampak negatif pada lingkungan
15
sekitarnya dan dengan kehilangan tinggi (head loss) sekecil mungkin.Desain ini, berdasarkan geologi, hidrolik, struktur dan pertimbangan ekonomi.Perawatan khusus juga diperlukan untuk menghindari pemeliharaan yang tidak perlu dan masalah operasional yang tidak dapat diperbaiki dengan mudah. Aliran air terdiri dari struktur bendungan gravitasi beton dan memiliki dua pintu air untuk mengalirkan atau membuang sidemen.Fasilitas ini dirancang untuk menghilangkan sampah yang mengalir disungai, yang dapat merusak perlatan turbin. Pada PLTM Tukad Balian elevasi ambang intake adalah EL.125,00 m ditetapkan berdasarkan kebutuhan elevasi air di saluran penghantar, sedangkan lahan untuk areal intake adalah 400m2. 3.
Bak pengendap dan bak penenang (settling basin) Bak pengendap dan bak penenang dibangun untuk menenangkan aliran air
yang akan masuk ke turbin kemudian mengarahkannya masuk ke pipa pesat dan sebagai penyaringan terakhir sampah dan endapan partikel padatagar tidak masuk ke dalam turbin. Bak pengendap ini akan memungkinkan partikel pasir mengendap dan dibuang. 4.
Pipa pesat (penstock) Penstock atau pipa pesat adalah pipa yang menyalurkan air kemudian
dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah roda air, sehingga menimbulkan air berkecepatan tinggiuntuk memutar turbin. Faktor – faktor yang menjadi pertimbangan dalam menetukan pipa pesat adalah : a. Pemilihan rute dipilih sedemikian rupa untuk memperoleh panjang dan belokan seminimum mungkin tetapi kuat dengan pondasi kokoh. b. Diameter pipa pesat harus dipertimbangkan dengan teliti untuk mendapatkan diameter ekonomis.
16
c. Tekanan hidrolik maksimum yang digunakan untuk mendesain, apabila diisi air harus mencapai nilai maksimum, untuk mencegah tekanan hidrostatik. Pertimbangan terhadap korosi, terutama untuk kondisi air dengan pH< 4. d. Penentuan ketebalan pipa diperhitungkan terhadap tekanan air maksimum akibat beda tinggi (head) serta juga harus memperhitungkan kemungkinan terjadinya korosi pipa pesat akibat karat. Pipa baja ringan direncanakan dalam skema PLTM Tukad Balian untuk mengalirkan dari bak penenang ke power house.Pipa baja dapat dipasang di atas atau di bawah tanah, tergantung pada faktor seperti sifat dari tanah itu sendiri, bahan pipa, temperatur di sekitar dan persyaratan lingkungan. Pipa yang akan dipasang diatas tanah akan didukung oleh pendukung beton bertulang. Sistem pipa harus mempunyai ukuran yang memastikan kehilangan head (head loss) cukup kecil dan sidemen yang dihasilkan air lebih minimal.Ketebalan dari pipa harus disesuaikan dengan persyaratan keselamatan tekanan serta untuk meminimalkan biaya. Kehilangan tinggi dalam saluran penghantar dan sistem pipa (head loss in waterway and piping system) harus diperhatikan untuk mengurangi kehilangan energi (energy losses) atau kehilangan tinggi (head loss) sehingga tinggi bersih (net head) dapat dijaga semaksimal mungkin. Kehilangan tinggi dalam pipa dapat disebabkan oleh banyak faktor seperti : a. Kehilangan tinggi karena gesekan (friction) Dalam jaringan pipa yang relatif panjang walaupun jenis pipa yang digunakan terbuat dari material yang licin, namun masih terdapat kerugian dari faktor gesekan. Kehilangan tinggi karena gesekan dapat dihitung menggunakan persamaan DarcyWeisbach berikut: b. Kehilangan tinggi karena bengkokan pipa (pipe bend) Kebanyakan sistem pipa terdiri dari jalur yang lurus sehingga efisiensi tekanan air dapat dipertahankan.Kondisi ideal tersebut tidak selalu dapat terpenuhi mengingat jalur yang dilalui oleh jaringan pipa tidak selalu dalam kondisi jatuh air yang baik di
17
beberapa tempat, sehingga pipa harus dibengkokkan.Semakin banyak bengkokan maka semakin banyak pula energi yang hilang dalam pipa.
5.
Rumah pembangkit (power house) Rumah pembangkit berfungsi untuk melindungi peralatan mekanikal-
elektrikal sepertiturbin, generator, dan peralatan kontrol dari perubahan cuaca.Selain itu rumahpembangkit juga harus menyesuaikan jumlah, jenis dan kapasitas turbin/generator.Bangunan ini biasanya diperkuat dengan kerangka beton bertulang dan dibagi menjadi ruang turbin, ruang kontrol, dan switchgear. Konstruksi rumah pembangkit direncanakan dari beton bertulang dan atap dari rangka baja yang lokasinya berada di sisi kanan sungai. Gedung pembangkit ini mempunyai dimensi : lebar 22,50 m, panjang 46,00 m, tinggi 12,00 m serta terdapat 4 buah pintu pembilasan dengan ukuran 1,50 m x 1,50 m. Lahan untuk gedung pembangkit ini sekitar 1035 m2. 6.
Trailrace Trailrace merupakan tempat air dalam pipa yang mengalir ke power house
,kembali kesungai. Desain trailrace harus memastikan bahwa ,selama aliran air cukup tinggi atau kondisi banjir,air di trailrace tidak begitu tinggi sehingga tidak mengganggu operasi turbin. Trailrace biasanya dibangun dengan kanal beton bertulang dengan log berhenti (stop log) untuk mengontrol tingkat air. Trailrace harus dirancang untuk memastikan tidak ada kerusakan akibat tekanan air yang tinggi. Trailrace terletak di tepi Tukad Balian, dengan muka air trailrace dalam keadaan normal EL. 84,00 m.
18
7.
Perhitungan debit air Untuk mengetahui besarnya debit air Sungai Tukad Balian PT Bali energi
menggunakan perhitungan debit air debit andalan metode neraca air F.J Mock dan metode Wert , yang dirumuskan sebagai berikut : Perhitungan menggunakan metode neraca air F.J Mock Q
:
Dro : Dimana :
Ws : Q
:
Bf
(Dro + Bf) A/ (Jumlah Hari x 86,40)
(2.1)
Ws – I R – Et
debit andalan, m3/dt
Dro :
direct run off, m3/dt/km2
:
base flow, m3/dt/km2
A
:
catchment area, DAS, km2
I
Ws :
water surplus, mm
:
infiltrasi, mm
Vn
:
storage volume, mm
P
:
curah hujan, mm
Et
:
evapotranspirasi penman modifikasi, mm
I
:
Infiltrasi = 30% water surplus di musim basah dan 50% di Musim kemarau
P-EL:
water surplus, mm
Eto :
evapotranspirasi pada bendung terbuka
Vn
EL
:
Va
:
Vn – (Vn-1) = storage bulanan, mm
:
0,5 (1 + K) I + K x V (n – 1)
K
:
koefisien inflitrasi = 0,80
Eto – E = limit evapotranspirasi, mm
19
Perhitungan debit andalan air menggunakan metode Wert Run off rata-rataR = 155 x (P/1000)2,5 mm untuk P < 1800 mm/thn
(2.2)
R = 0,94 x P – 1018 mm untuk P > 1800 mm/thn Debit rata-rata Q = A/(8,76*3,60) x R
Dimana,
P = Curah hujan tahunan rata-rata (mm/thn) A = Daerah aliran sungai (km2)
2.5
Pemodelan Sistem Dinamik dengan Simulink Simulink merupakan program (software) tambahan dari MATLAB yang
dibuat oleh MathWorks Inc. Program ini digunakan untuk menampilkan pemodelan sistem simulasi, dan analisis sistem dinamis. Software ini dirancang dengan tampilan grafis atau biasa disebut dengan software dengan Graphical User Interface (GUI). Komponen-komponen yang disediakan
oleh simulink dalam library
dikelompokkan sesuai kebutuhan dalam BLOCKSET GROUP. Kebutuhan simulasi sistem tenaga listrik, model dari komponen-komponen dapat dipilih dari group SimPowerSystem. Suatu blok dalam simulink melambangkan sistem dinamik dasar yang terdiri atas suatu set input, set state dan set output State merupakan suatu variabel yang menentukan output blok dan memiliki nilai terbaru (current value), yaitu fungsi nilai sekarang dari suatu fungsi nilai sebelumnya yang dimiliki state dan atau input. Suatu blok yang mempunyai state harus menyimpan nilai sebelumnya (previous value) dari state untuk menghitung current statenya
2.5.1
Hydraulic Turbine
Pengaturan daya mekanik yang diperoleh turbin air dapat disimulasikan dengan mengaplikasikan blok hydraulic turbine yang dapat dilihat pada gambar berikut
20
Gambar 2.6 Hydraulic turbine
Terminal Pref menunjukkan referensi daya mekanik yang ditransmisikan kepada turbin air dalam satuan pu. masukan wref dan Pref diberi masukan berupa konstanta. Terminal wref merupakan terminal yang memberikan masukan berupa kecepatan refrensi bagi turbin air dalam satuan pu. we dan dw masing – masing merupakan masukan yang membutuhkan umpan balik berupa kecepatan poros deviasi kecepatannya. Daya nyata generator yang diputar oleh turbin yang dikendalikan governor diumpanbalikkan melalui terminal Peo. Seluruh masukan yang berupa umpan balik diperoleh dari demultiplexing sinyal dari terminal m pada blok generator. Terminal Pm dan gate merupakan output dari blokgovernor yang dapat dipilih berdasarkan kebutuhan. Pm dihubungkan dengan masukan dengan masukan generator sinkron jika besaran yang diukur dari keluaran blok HTG berupa besaran daya mekanik. Jika besaran yang diukur berupa besar bukaan pintu air (gate opening), maka output blok HTG yang dihubungkan dengan generator adalah terminal gate.
2.5.2
Synchronous machine ( mesin sinkron )
Gambar model mesin sinkron terdapat masukan dan keluaran, masukan (input) terdiri atas Pm dan Vf. Sedangkan keluarannya (output) terdiri dari m,A,B,C.
21
Gambar 2.7 Synchronous machine
Pm menggambarkan daya masukan mekanik yang terhubung pada poros mesin sinkron.Nilai Pm menentukan mode operasi mesin sinkron. Jika mesin sinkron tersebut dioperasikan sebagai generator, diberi nilai konstanta positif atau dihubungkan dengan keluaran dari blok penggerak mula. Jika mesin sinkron dioperasikan sebagai motor, maka Pm diberi nilai konstanta negatif atau suatu fungsi matematis (Kumar,2013). A,B,C merupakan terminal output tegangan 3 fasa yang dihubungkan dengan beban generator atau catu tegangan motor sinkron. A,B,C adalah tiga gulungan diatur secara elektrik oleh 120 simetris satu sama lain. Vf merupakan input kedua pada blok mesin sinkron yang menggambarkan nilai tegangan eksitasi yang dipakai pada mesin sinkron. Nilai tegangan tersebut dapat diperoleh dari menghubungkan terminal Vf dengan blok Voltage regulator atau memberikan suatu nilai konstanta tertentu. m merupakan keluaran berupa suatu vector yang mengandung 22 macam sinyal. Sinyal – sinyal tersebut dapat dipisah – pisahkan (demultiplex) menggunakan blokbus selector.
2.5.3
Three Phase Paralel RLC Load
Blok tiga phase paralel RLC merupakan beban seimbang tiga fase sebagai kombinasi paralel dari elemen RLC. Pada frekuensi tertentu, beban menunjukkan impedansi konstan. Daya aktif dan reaktif yang pada beban sebanding dengan kuadrat tegangan yang diberikan.
22
Gambar 2.8 Three-phase paralel load
Didalam blok beban 3 phase terdapat parameter – parameter yang dapat diatur sesuai dengan beban nyata. Nominal fase ke fase tegangan Vn merupakan tegangan beban dalam volt RMS (Vrms). Nominal fn frekuensi dalam hertz (Hz). Daya aktif (P) merupakan daya aktif beban tiga phase dalam watt (W). Daya reaktif QL daya reaktif tiga phase induktif QL dalam vars. Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung daya yang dirumuskan sebagai berikut:
=
=
×
√
(2.3) ×
Q = S x sin φ
Dimana :
ø
P
= Daya aktif
V
= Tegangan
I
= Arus
Cosø (Power faktor) = 0,8 (SPLN-09.III.P3)
