ISSN :2085-6989
SIMULASI ARUS BEBAN PLTMH MENGGUNAKAN PENGATUR BEBAN ELEKTRONIK (ELC) FASA SATU Oleh Riza Widia dan Dasrul Yunus Staf Pengajar Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang
ABSTRACT PLTMH Guo Kuranji Padang is built after a feasibility study about the water flow, water level, type of generator and other parameters. The aim of this study is learn the ability of PLTMH to produce the appropriate voltage and frequency when it have maximum load generator. Customer load changes because fluctuations in voltage and frequency generator speed, but this changing can not be monitored all the time. Electronic Load Controllers (ELC) can set maximum and constant load generator. It is done by transfer the free load to the complement load.A simulations of Electronic Load Controllers (ELC) is needed before it applied to PLTMH. In this simulation, the result of PLTMH is compared by Electronic Load Controllers (ELC) result using Delphi. Keyword: Electronic Load Controller (ELC), Delphi, PLTMH
PENDAHULUAN PLTMH Guo Kecamatan Kuranji, Kota Padang dibangun setelah melalui studi kelayakan yang matang dengan parameter: debit air, ketinggian, jenis generator dan lain-lain, sehingga pada saat diberi beban maksimum maka generator masih mampu menghasilkan tegangan dan frekuensi yang sesuai dengan standar. Tetapi PLTMH Guo ini belum dimanfaatkan secara maksimal sehingga perubahan beban pada konsumen menyebabkan terjadinya fluktuasi tegangan dan frekuensi karena kecepatan generator akan cenderung berubah-ubah pula, dan dalam kenyataannya perubahan yang terjadi tidak dapat dimonitor setiap saat. Untuk dapat mengatur beban generator agar maksimum dan konstan maka disini digunakan Electronic Load Controller (ELC) dengan cara mengalihkan beban tak terpakai pada beban komplemen. Sebelum Electronic Load Controller (ELC) digunakan pada PLTMH maka perlu dilakukan sebuah simulasi untuk mengetahui kelayakan Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
penggunaan Electronic Load Controller (ELC) pada PLTMH ataupun sebaliknya. Simulasi dilakukan menggunakan Delphi dengan cara membandingkan data riil tegangan dan arus pada PLTMH dengan data pengujian Electronic Load Controller (ELC). Dalam mendeteksi perubahan beban generator, Electronic Load Controller (ELC) bekerja setelah mendapat masukan dari perubahan frekuensi beban konsumen. Disini diasumsikan bahwa dengan beban generator yang dijaga tetap maksimum, maka kecepatan generator juga akan maksimum, hal ini berarti frekuensi dan tegangan keluaran generator tidak berubah secara signifikan sehingga tidak perlu dikontrol. Tujuan Penelitian Untuk mengetahui tingkat kelayakan penggunaan Electronic Load Controller (ELC) pada PLTMH Guo Kuranji dengan cara melakukan simulasi data PLTMH Guo Kuranji dan data pengujian 73
ISSN :2085-6989 Electronic Load Controller (ELC) menggunakan Delphi.
GENERATOR
TURBIN RANGKAIAN KONTROL
SENSOR ARUS ACS754xCB
BEBAN KONSUMEN
SEMICONDUCTOR SWITCH
BEBAN KOMPLEMEN
METODOLOGI PENELITIAN Studi literatur diperoleh dari jurnal-jurnal dan buku-buku teks yang relevan dengan bahasan penelitian ini. Metodologi yang digunakan dalam mengerjakan penelitian ini ini adalah menerapkan konsep-konsep teoritis dengan melakukan simulasi pada Electronic Load Controller (ELC).
Gambar 1. Blok Diagram kerja Electronics Load Controller (ELC)
TINJAUAN PUSTAKA
Dari blok diagram tampak cara kerja Electronics Load Controller (ELC) yaitu sensor arus pada beban konsumen akan memberikan informasi pada rangkaian control untuk menjaga agar beban generator tetap konstan dengan cara mengalihkan beban tak terpakai ke beban komplemen.
ELC (Electronics Load Controller)
Keuntungan ELC
Electronics Load Controller (ELC) adalah sistem kontrol elektronik yang mengatur beban generator agar maksimum dan konstan.
Beberapa keuntungan penggunaan Electronics Load Controller (ELC) pada PLTMH adalah: • Harga Electronics Load Controller (ELC) lebih murah dibandingkan dengan Governor, sehingga biaya investasi awal pembangunan PLTMH juga akan rendah. • Electronics Load Controller (ELC) mempunyai kemampuan yang tinggi dalam merespon terjadinya perubahan beban, sekalipun terjadi secara mendadak. • Dapat diproduksi didalam negeri (produk lokal). Tanpa perawatan (free maintenance)
Prinsip Kerja ELC Pada dasarnya Electronics Load Controller (ELC) mengatur agar beban generator selalu konstan walaupun terjadi perubahan beban secara mendadak dan menjaga agar beban generator selalu maksimum, dengan cara mengalihkan beban generator yang tak terpakai pada beban komplemen (complement load). Dengan demikian putaran generator juga akan konstan, sehingga perubahan frekuensi dan tegangan yang terjadi tidak signifikan atau masih dalam range yang ditentukan. Beban konsumen pada PLTM sebagian besar berupa beban penerangan untuk kebutuhan rumah tangga. Karenanya penyaluran daya yang dibutuhkan adalah per fasa, sehingga akan terjadi ketidakseimbangan daya.
74
Simulasi Arus Beban PLTMH Pada simulasi ini kita mengacu pada Hukum Kirchoff yaitu pada rangkaian seri : selisih tegangan sumber dengan jumlah tegangan jatuh pada masing-masing beban adalah 0, seperti ditunjukkan pada gambar Gambar 2. Sedangkan pada rangkaian paralel : jumlah arus yang mengalir menuju satu titik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut. Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
IR
1
ISSN :2085-6989
I To t
I R2 IR 3
Gambar 2. Ilustrasi penerapan hukum kirchhoff pada rangkaian seri
VSUMBER − (VR1 + VR2 + VR3 ) = 0 VSUMBER = VR1 + VR2 + VR3 dimana: VRn = I×Rn ; VRn = tegangan jatuh pada beban Rn. sehingga: VR1 = I × R1; VR1 = tegangan jatuh pada beban R1. VR2 = I × R2 ; VR2 = tegangan jatuh pada beban R2. VR3 = I × R3 ; VR3 = tegangan jatuh pada beban R3. Pada rangkaian seri, arus yang mengalir pada masing-masing beban sama besarnya dengan arus pada rangkaian. I = IR1 = IR2 = IR3 dimana: V I = SUMBER RTOTAL Hukum Kirchhoff pada rangkaian paralel: arus yang mengalir menuju suatu titik berbanding lurus dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Ilustrasi penerapan hukum kirchhoff pada rangkaian paralel
I Total – ( IR1 + IR2 + IR3 ) = 0 I Total = IR1 + IR2 + IR3 dimana :
I Rn =
VSUMBER IRn= Rn
arus
yang
mengalir pada beban Rn sehingga :
I R1 =
VSUMBER IR1 =arus yang mengalir R1 pada beban R1
IR2 =
VSUMBER IR2=arus yang mengalir R2 pada beban R2
I R3 =
VSUMBER IR3=arus yang mengalir R3 pada beban R3
Pada rangkaian paralel, tegangan yang jatuh pada masing-masing beban sama dengan tegangan sumber. VSUMBER = VR1 + VR2 + VR3 HASIL DAN PENELITIAN PLTMH Guo Kuranji berlokasi di desa Guo Kecamatan Kuranji, Kota Padang, PLTMH ini digerakkan oleh turbin jenis Crossflow.
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
75
ISSN :2085-6989 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Gambar 4 Turbin Crossflow
Sedangkan generator yang dipakai mempunyai kapasitas 10 kW, berikut adalah data teknis generator: Asyncronuous Generator Type ST-10 No. 0711312 P = 10 kW Cos Φ = 1.0 230/115 V Excit Volt = 80 V 43,5/87 A Excit Current = 4,1 A 50 Hz 1500 r/min Made In China
Berikut adalah data Arus Beban yang diperoleh dari generator PLTMH Guo Kuranji, yang dalam simulasi diberi istilah Generator Current: Tabel 1. Data Arus Beban Generator PLTMH Guo Kuranji (Generator Current) No 1 2 3 4
74
Jam Jam 7 Jam 8 Jam 9 Jam 10
Jumlah Konsumen 10 10 10 10
I Generator (10 Rumah) 4.306 5.659 5.126 4.716
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
5.536 4.224 5.126 5.823 4.798 4.511 8.939 18.043 18.248 18.166 18.658 18.453 18.248 16.197
Karena PLTMH Guo Kuranji belum menggunakan Electronics Load Controller (ELC) maka nilai Generator Current (GC) sama dengan Customer Load Current (CLC). Data tegangan generator yang diperoleh dari PLTMH Guo Kuranji, yang dalam simulasi diberi istilah Generator Voltage (GV) adalah sebagai berikut: Tabel 2. Data Tegangan Generator PLTMH Guo Kuranji (Generator Voltage)
Sampling Data Pengambilan data dilakukan dengan cara pengukuran secara langsung pada output generator PLTMH Guo Kuranji setiap 1 jam sekali dalam 18 jam. Data ini selanjutnya akan digunakan sebagai pembanding dari data pengujian Electronics Load Controller (ELC) di laboratorium.
Jam 11 Jam 12 Jam 13 Jam 14 Jam 15 Jam 16 Jam 17 Jam 18 Jam 19 Jam 20 Jam 21 Jam 22 Jam 23 Jam 24
No
Jam
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Jam 7 Jam 8 Jam 9 Jam 10 Jam 11 Jam 12 Jam 13 Jam 14 Jam 15 Jam 16 Jam 17 Jam 18 Jam 19 Jam 20 Jam 21 Jam 22 Jam 23 Jam 24
Jumlah Konsumen 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
V Pengukuran 220.7718 220.2188 220.416 220.9923 220.6724 220.2877 220.6442 220.4937 220.8688 220.5544 220.3642 220.5271 220.0605 220.0687 220.2088 220.2645 220.0712 220.6068
Sama halnya dengan Generator Current (GC) karena PLTMH Guo Kuranji belum menggunakan Electronics Load Controller (ELC) Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
ISSN :2085-6989 maka nilai Generator Voltage (GV) sama dengan Line Voltage (LV).
Sampling
Data dari hasil pegujian Electronics Load Controller (ELC) adalah sebagai berikut:
Flowchart
Tabel 3. Data Tegangan Electronics Load Controller (ELC) Generator Voltage Sampling 1 188.16 Sampling 2 187.2 Sampling 3 187.2 Sampling 4 186.24 Sampling 5 186.24 Sampling 6 186.24 Sampling 7 187.2 Sampling 8 187.2 Sampling 9 186.24 Sampling 10 186.24 Sampling 11 187.2 Sampling 12 188.16 Sampling 13 187.2 Sampling 14 187.2 Sampling 15 186.24 Sampling 16 187.2 Sampling 17 188.16 Sampling 18 187.2
Line Voltage Sampling 1 182.4 Sampling 2 181.44 Sampling 3 181.44 Sampling 4 182.4 Sampling 5 183.36 Sampling 6 182.4 Sampling 7 181.44 Sampling 8 181.44 Sampling 9 182.4 Sampling 10 182.4 Sampling 11 182.4 Sampling 12 182.4 Sampling 13 181.44 Sampling 14 182.4 Sampling 15 183.36 Sampling 16 183.36 Sampling 17 182.4 Sampling 18 181.44
18
0.37
Sampling
18
0.61
Agar program yang dirancang memiliki struktur dengan kualitas yang baik, maka perlu diawali dengan penentuan logika dalam program, seperti yang ditunjukkan pada flowchart Gambar 5. Start
Data 1
Pilih Data1/Data2
Data 2
Ambil Data Generator Voltage
Ambil Data Generator Voltage
Ambil Data Generator Current
Ambil Data Generator Current
Ambil Data Line Voltage
Ambil Data Line Voltage
Ambil Data Customer Line Voltage
Ambil Data Customer Line Voltage
Tampilkan Grafik
End
Tabel 4. Data Arus Beban Electronics Load Controller (ELC) Current Load Customer Sampling 1 0.37 Sampling 2 0.39 Sampling 3 0.37 Sampling 4 0.37 Sampling 5 0.37 Sampling 6 0.37 Sampling 7 0.37 Sampling 8 0.37 Sampling 9 0.37 Sampling 10 0.37 Sampling 11 0.37 Sampling 12 0.39 Sampling 13 0.39 Sampling 14 0.37 Sampling 15 0.39 Sampling 16 0.37 Sampling 17 0.39
Gambar 5. Flowchart Program Simulasi Arus Beban
Generator Current Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling Sampling
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
0.59 0.57 0.55 0.57 0.55 0.59 0.57 0.55 0.57 0.57 0.59 0.55 0.57 0.57 0.59 0.59 0.63
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
Data 1 adalah data riil dari arus beban generator PLTMH Guo Kuranji sedangkan data 2 adalah data hasil dari pengujian Electronics Load Controller (ELC) di laboratorium. Data 1 dan 2 diubah menjadi format Text Document (*.txt) agar Delphi dapat mengenali data yang akan diproses. Simulasi dilakukan dengan membandingkan data riil dari arus beban generator PLTMH Guo Kuranji dengan data hasil dari pengujian Electronics Load Controller (ELC) di laboratorium, blok diagram dari simulasi ditunjukkan pada 5. 77
ISSN :2085-6989
Data Riil PLTMH Software Delphi
Grafik
Analisa
Data Pengujian ELC
Gambar 6. Blok Diagram Simulasi Arus Beban
Sofware Simulasi ELC Data Acquisition
Gambar 8. Memilih Port
Sofware simulasi yang dibuat untuk melakukan simulasi data riil dari PLTMH Guo Kuranji dengan data hasil pengujian Electronics Load Controller (ELC), adalah sebagai berikut:
Kemudian kita harus menentukan sampling rate data, hal ini dilakukan untuk menentukan kapan setiap kali pengambilan data dilakukan.
Gambar 9. Memilih Sampling Rate
Gambar 7. Software Simulasi Arus Beban
Memulai Sofware Acquisition
ELC
Data
Sebelum menjalankan software maka kita harus memilih port serial yang akan digunakan, cara memilih port ditunjukkan pada gambar 8. Port serial yang dipilih adalah port yang tidak dipakai oleh device lain dan setiap komputer berbeda-beda, saat ini port yang akan dipakai adalah COM5.
Pada Gambar 9. sampling rate dipilih 60 menit karena pengambilan data pada PLTMH Guo Kuranji dilakukan setiap 60 menit sebanyak 18 data, dimulai dari pukul 7:00 hingga pukul 24:00. Untuk melakukan penyimpanan data simulasi yang telah dilakukan maka kita harus memberi centang pada kolom save data, seperti pada Gambar 10. Menyimpan Data.
Gambar 10. Menyimpan Data
Selanjutnya untuk menampilkan grafik, maka kita harus memilih dan mengambil data yang akan ditampilkan 74
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
ISSN :2085-6989 pada kolom Load Data, seperti pada gambar berikut:
Gambar 13. Grafik Generator Voltage PLTMH Guo Kuranji
Gambar 11. Memilih Dan Mengambil Data
Data yang ditampilkan pada grafik adalah Generator Voltage, Generator Current, Line Voltage dan Customer Load Current.
Pilih Generator Current, Klik bar Open kemudian ambil file GUO GC 60 menit.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 14.
Melakukan simulasi Arus Beban Masukkan Data 1 Untuk melakukan simulasi maka kita harus memilih data yang akan diproses, seperti ditunjukkan pada Gambar 12. Data 1 adalah data riil PLTMH Guo Kuranji. Adapun tahapan pengambilan data 1 adalah sebagai berikut:
Gambar 14. Mengambil Data GUO GC 60 enit.txt
Pilih Generator Voltage, Klik bar Open kemudian ambil file GUO GV 60 menit.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
Setelah itu akan muncul grafik Generator Current dari PLTMH Guo Kuranji yang berwarna merah seperti ditunjukkan pada Gambar 15.
Gambar 15. Grafik Generator Current PLTMH Guo Kuranji Gambar 12. Mengambil Data GUO GV 60 enit.txt
Setelah itu akan muncul grafik Generator Voltage dari PLTMH Guo Kuranji yang berwarna merah seperti ditunjukkan pada Gambar 13.
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
Pilih Line Voltage, Klik bar Open kemudian ambil file GUO LV 60 menit.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 16.
79
ISSN :2085-6989
Gambar 16 . Mengambil Data GUO LV 60 menit.txt
Setelah itu akan muncul grafik Line Voltage dari PLTMH Guo Kuranji yang berwarna merah seperti ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 19. Grafik Customer Line Current PLTMH Guo Kuranji
Maka gabungan grafik data PLTMH Guo Kuranji dapat kita lihat pada Gambar 20.
Gambar 20. Grafik data PLTMH Guo Kuranji Gambar 17. Grafik Line Voltage PLTMH Guo Kuranji
Pilih Customer Line Current, Klik bar Open kemudian ambil file GUO CLC 60 menit.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 18.
Masukkan Data 2 Data 2 adalah data dari pengujian Electronics Load Controller (ELC) di laboratorium. Adapun tahapan pengambilan data 2 adalah sebagai berikut: Pilih Generator Voltage, Klik bar kemudian ambil file GV Beban Lampu 100W.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 21.
Gambar 18. Mengambil Data GUO CLC 60 menit.txt
Setelah itu akan muncul grafik Customer Line Current dari PLTMH Guo Kuranji yang berwarna merah seperti ditunjukkan pada Gambar 19.
74
Gambar 21. Mengambil Data Generator Voltage GV Beban Lampu 100W.txt
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
ISSN :2085-6989 Setelah itu akan muncul grafik Generator Voltage dari Electronics Load Controller (ELC) yang berwarna Hijau seperti ditunjukkan pada Gambar 22.
Gambar 22. Grafik Generator Voltage Electronics Load Controller (ELC)
Pilih Generator Current, Klik bar kemudian ambil file GC Beban Lampu 100W.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 23.
Pilih Line Voltage, Klik bar kemudian ambil file LV Beban Lampu 100W.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 25.
Gambar 25. Mengambil Data Line Voltage LV Beban Lampu 100W.txt
Setelah itu akan muncul grafik Line Voltage dari Electronics Load Controller (ELC) yang berwarna hijau seperti ditunjukkan pada Gambar 26.
Gambar 26. Grafik Line Voltage Electronics Load Controller (ELC) Gambar 23. Mengambil Data GC Generator Current Beban Lampu 100W.txt
Setelah itu akan muncul grafik Generator Current dari Electronics Load Controller (ELC) yang berwarna hijau seperti ditunjukkan pada Gambar 24.
Gambar 24. Grafik Generator Current Electronics Load Controller (ELC)
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
Pilih Customer Line Current, Klik bar kemudian ambil file CLC Beban Lampu 100W.txt, seperti ditunjukkan pada Gambar 27.
Gambar 27. Mengambil Data Beban Electronics Load Controller (ELC) CLC Lampu 100W.txt
81
ISSN :2085-6989 Setelah itu akan muncul grafik Customer Line Current dari Electronics Load Controller (ELC) yang berwarna hijau seperti ditunjukkan pada Gambar 28.
Gambar 28. Grafik Customer Line Current Electronics Load Controller (ELC)
Kemudian grafik data Electronics Load Controller (ELC) secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 29.
Gambar 29. data Electronics Load Controller (ELC)
Berikut adalah grafik keseluruhan dari simulasi arus beban generator PLTMH Guo Kuranji dengan data arus beban Electronics Load Controller (ELC).
Gambar 30. Grafik data PLTMH Guo Kuranji dan data
ANALISA DATA Sebagaimana data teknis PLTMH Guo Kuranji, yaitu: P = 10 kW Cos Φ = 1.0 74
230/115 V 43,5/87 A Maka terdapat perbedaan dengan data sampling pengukuran yaitu: Cos ΦPengukuran = 0.85 Perbedaan nilai Cos Φ ini disebabkan pengaruh pemakaian beban induktif pada beban konsumen dan kualitas fabrikasi generator itu sendiri, selain itu kenyataan dilapangan tidak ada generator yang mempunyai Power Faktor yang benar-benar 1.0. Begitu pula dengan tegangan, maka tegangan pengukuran jika diratarata sesuai dengan data pada Tabel 3.2. yaitu:
3968.0919 V RATA-RATA = __________ 18 V RATA-RATA = 220,449 Volt Jadi tegangan pada data teknis tidak sesuai dengan tegangan pengukuran, hal ini dapat disebabkan karena adanya beban generator dan pengaruh kecepatan turbin yang berubah-ubah. Akan tetapi perbedaan ini tidak menjadi fokus utama pada penelitian ini, karena PLTMH sebelum dibangun telah melalui proses studi kelayakan yang cukup panjang mengenai debit air, ketinggian, dan sarana penunjang lainnya, sehingga saya mengasumsikan tegangan generator stabil yaitu tegangan pada saat pengukuran. Perbedaan lainnya dapat kita lihat pada besar arus generator yaitu 43,5 A. Jika kita hitung arus genarator yang disesuaikan dengan data tegangan pada saat pengukuran maka:
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
ISSN :2085-6989 P = VRATA-RATA x I x PF 10000 Watt I = ______________ 220,449 x 0,85 I = 53,367 A perhitungan ini dilakukan karena beban generator tidak maksimum sehingga pengukuran tidak bisa dilakukan, beban konsumen saat ini baru sepuluh rumah dengan daya masing-masing 450 Watt Namun besar pembebanan generator maksimum agar efisiensi kerja generator juga maksimum pada pemakaian dalam jangka waktu yang lama adalah 80 % dari arus maksimum generator, yaitu: Efisiensi MAX Generator = I MAX Generator x 80% Efisiensi MAX Generator = 53,367 x 0,8 Efisiensi MAX Generator = 42.693 A
Tabel 4.1. Data Arus Beban Generator PLTMH Guo Kuranji No
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
I Generator (Data Sebenarnya) 4.3057 5.6589 5.1258 4.7157 5.5358 4.2236 5.1258 5.8229 4.7977 4.5107 8.9394 18.043 18.248 18.166 18.658 18.453 18.248 16.197
I Perbandingan (dibagi 20) 0.215 0.283 0.256 0.236 0.277 0.211 0.256 0.291 0.240 0.226 0.447 0.902 0.912 0.908 0.933 0.923 0.912 0.810
Sampling Data Data 1 yang merupakan output generator PLTMH Guo Kuranji dilakukan setiap 1 jam sekali dalam 18 jam. Pengambilan data dimulai dari pukul 7:00 hingga pukul 24:00 dengan tujuan untuk melihat perubahan arus beban terutama pada saat beban puncak yang biasanya dimulai pukul 17:00 hingga pukul 22:00. Sampling data arus beban generator PLTMH Guo Kuranji pada tabel 3.1. tidak bisa langsung di proses karena range pada sofware simulasi ELC Data Acquisition hanya berkisar 0-6 A (Gambar 4.1.). Oleh karena itu data pada tabel 3.1. dibagi 20 agar data tersebut dapat masuk dalam range sofware simulasi ELC Data Acquisition, tabel 4.1. adalah data yang telah dibagi 20.
Gambar 32. Range sofware simulasi ELC Data Acquisition
Nilai Generator Current (GC) untuk PLTMH Guo Kuranji sama dengan Customer Load Current (CLC) karena belum menggunakan Electronics Load Controller (ELC). Hal ini sesuai dengan Hukum Kirchhoff Arus, seperti pada gambar 33.
Gambar 33. Hubungan Hukum Kirchhoff Arus Tanpa ELC
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
83
ISSN :2085-6989 Sama halnya dengan arus generator PLTMH Kuranji maka tegangannya pun sama yaitu Generator Voltage (GC) sama dengan Line Voltage (LC). Data 2 adalah data dari pengujian Electronics Load Controller (ELC) di laboratorium dengan data teknis sebagai berikut: IGenerator IGenerator ILoad
= IComplement + ICustomer = 0,6A (setpoint) = 100 Watt (Lampu pijar)
IGenerator adalah 80 % dari full load generator yang menjadi setpoint pada system ini, hal ini bertujuan untuk memaksimalkan efisiensi kerja generator berbeban dalam jangka waktu yang lama. ICustomer adalah arus beban konsumen, dipilih lampu pijar sebagai beban konsumen karena lampu pijar adalah salah satu jenis beban resistif sehingga mempunyai faktor daya yang baik. Perubahan yang terjadi pada ICustomer menjadi acuan bagi besarnya IComplement, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 34.
Gambar 35. Grafik Generator Voltage dan Line Voltage PLTMH Guo Kuranji
Grafik pada Gambar 35. dan Gambar 36. menunjukkan bahwa Generator Voltage dan Line Voltage mempunyai tegangan yang sama, hal ini sesuai dengan Hukum Kirchhoff pada rangkaian seri yaitu selisih tegangan sumber dengan jumlah tegangan jatuh pada masing-masing beban adalah sama dengan 0 (nol).
Gambar 36. PLTMH tanpa menggunakan Electronics Load Controller (ELC)
Gambar 34. Hubungan Hukum Kirchhoff Arus dengan ELC
Berikut adalah ilustrasi penerapan Hukum Kirchhoff pada rangkaian seri yang ditunjukkan pada Gambar 37.
Analisa Data PLTMH Guo Kuranji Simulasi data generator PLTMH Guo Kuranji seperti pada Gambar 3.17. dapat kita analisa adalah sebagai berikut: Generator Voltage dan Line Voltage mempunyai tegangan yang sama karena tegangan disisi konsumen berarti juga tegangan output generator. Artinya perubahan tegangan generator akan diikuti perubahan tegangan konsumen. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar 35. 74
Gambar 37. Hukum Kirchhoff pada rangkaian seri
dimana : VSUMBER = VR1 + VR2 + VR3 Generator Current dan Customer Line Current mempunyai besar arus Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
ISSN :2085-6989 yang sama karena arus disisi konsumen berarti juga arus generator. Artinya perubahan arus konsumen sama besarnya dengan perubahan arus generator. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar 38.
disamping biayanya yang cukup murah juga cukup handal mengatasi perubahan yang terjadi pada generator baik tegangan frekuensi ataupun arus. Analisa Data Electronics Controller (ELC)
Load
Simulasi data Electronics Load Controller (ELC) seperti pada Gambar 3.17. dapat kita analisa adalah sebagai berikut: Terdapat perbedaan antara Generator Voltage dengan Line Voltage, dapat kita lihat pada Gambar 39.
Gambar 38. Grafik Generator Current dan Customer Line Current PLTMH Guo Kuranji
Perubahan arus pada konsumen, terutama perubahan yang cukup drastis pada saat beban puncak akan mempengaruhi tegangan ouput generator dan juga frekuensi. Hal ini terjadi karena semakin besar arus konsumen maka putaran generator akan cenderung menurun. Untuk mengatasi perubahan arus tersebut dapat dilakukan beberapa cara diantaranya: A.
Operator PLTMH membuka katup turbin untuk memperbesar debit air sampai tegangan dan frekuensi yang diinginkan. Namun cara ini juga memiliki kekurangan yaitu operator tidak bisa memantau perubahan beban generator setiap saat.
B.
Menggunakan Governor, cara ini membutuhkan biaya yang sangat mahal sehingga PLTMH pada umumnya tidak menggunakan governor.
C.
Electronics Load Controller (ELC), cara ini sering digunakan
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
Gambar 39. Grafik Generator Voltage dan Line Voltage Electronics Load Controller (ELC)
Tetapi perbedaan Generator Voltage dan Line Voltage pada Gambar 39. diatas seharusnya tidak terjadi karena menurut Hukum Kirchhoff paralel adalah tegangan pada setiap cabang rangkaian sama besarnya. Oleh karena itu penulis berasumsi bahwa selisih tegangan sebesar 6,72 V adalah cukup kecil dan dapat diabaikan. Berikut adalah ilustrasi penerapan Hukum Kirchhoff pada rangkaian paralel yang ditunjukkan pada Gambar 40.
85
ISSN :2085-6989 I
IG
Komplemen
= IG – IKonsumen
Kontrol IKomplemen
IKonsumen
ELC
Gambar 42. PLTMH menggunakan Electronics Load Controller (ELC) Gambar 40. Hukum Kirchhoff pada rangkaian paralel
Sehingga tegangan dan frekuensi generator dapat dijaga stabil untuk dapat mencapai maksimum.
dimana: VSUMBER = VR1 =VR2 = VR3
Namun fluktuasi arus generator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. disebabkan terjadinya perubahan arus beban konsumen dan mikrokontroller berupaya untuk kembali menstabilkan arus generator dengan cara mengalihkan arus yang tidak terpakai di beban konsumen ke beban komplemen.
Generator Current dan Customer Line Current mempunyai perbedaan besar arus karena arus (Gambar 40) yang mengalir menuju suatu titik berbanding lurus dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut. Artinya perubahan arus generator merupakan penjumlahan arus konsumen dan komplemen, hal ini sesuai dengan Hukum Kirchhoff tegangan pada rangkaian paralel, seperti ditunjukkan pada Gambar 40 dimana: ISUMBER = IR1 + IR2 + IR3
Berdasarkan simulasi data PLTMH Guo Kuranji dengan data Electronics Load Controller (ELC), maka kita dapat merangkum beberapa analisa, diantaranya: 1. Pada saat PLTMH Guo Kuranji start untuk yang pertama kali maka arus beban generator adalah 0 (nol) sampai MCB membuka untuk beban konsumen, sehingga kecepatan generator sebelum dan sesudah berbeban akan berubah, sehingga efisiensi maksimum kerja generator tidak tercapai.
Gambar 41. Grafik Generator Current dan Customer Line CurrentElectronics Load Controller (ELC)
Tetapi pada Electronics Load Controller (ELC) Generator Current merupakan setpoint, artinya besar arus pada beban konsumen menjadi acuan bagi besar arus pada beban komplemen seperti ditunjukkan pada Gambar 42. 74
Electronics Load Controller (ELC) pada saat start untuk yang pertama kali maka generator diberi beban sebesar 80% dari beban maksimum dan beban ini menjadi setpoint pada system Electronics Load Controller (ELC), beban tersebut adalah beban komplemen, sehingga kecepatan generator akan dipertahankan maksimum dan efisiensi maksimum kerja
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
ISSN :2085-6989 generator dalam jangka waktu lama juga akan dipertahankan. 2. Pemanfaatan PLTMH Guo Kuranji belum maksimal karena baru terdapat 10 sambungan rumah sehingga terdapat daya yang tidak terpakai. Pada Electronics Load Controller (ELC) daya generator adalah 80% dari beban maksimum karena beban yang tidak terpakai akan dialihkan ke beban komplemen. 3. Perubahan arus beban PLTMH Guo Kuranji yang terjadi setiap saat dan pada saat beban puncak akan mempengaruhi secara signifikan kecepatan generator yang berakibat fluktuasi tegangan dan frekuensi. Pada Electronics Load Controller (ELC), ketika terjadi perubahan arus beban konsumen maka mikrokontroller akan mengurangi beban komplemen sebesar kenaikan beban konsumen, sehingga kecepatan generator akan selalu dipertahankan. Perubahan tegangan dan frekuensi generator terjadi hanya sesaat. 4. Operator rumah turbin tidak dapat selalu memonitor perubahan beban konsumen, Electronics Load Controller (ELC) dapat setiap saat memonitor perubahan yang terjadi pada beban konsumen. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat diambil pada penelitian ini adalah: 1. Penggunaan Electronic Load Controller (ELC) pada PLTMH Guo Kuranji, kota Padang sangat tepat karena pada saat terjadi perubahan arus beban konsumen Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
maka kecepatan generator PLTMH Guo Kuranji dapat dipertahankan maksimum dan efisiensi maksimum kerja generator dalam jangka waktu lama juga akan dipertahankan. 2. Penggunaan Electronic Load Controller (ELC) pada PLTMH Guo Kuranji, kota Padang sangat tepat karena beban yang tidak terpakai dapat dialihkan pada beban komplemen. 3. Penggunaan Electronic Load Controller (ELC) pada PLTMH Guo Kuranji, kota Padang sangat tepat karena dengan mempertahankan kecepatan generator agar stabil maka perubahan tegangan dan frekuensi dapat diminimalkan. 4. Penggunaan Electronic Load Controller (ELC) pada PLTMH Guo Kuranji, kota Padang sangat tepat karena perubahan yang terjadi pada beban consumen dapat dimonitor setiap saat. Saran Saran yang dapat disampaikan ádalah sebagai berikut: Untuk meningkatkan kinerja PLTMH Guo Kecamatan Kuranji, Kota Padang, maka perlu menggunakan Electronic Load Controller (ELC).
DAFTAR PUSTAKA Aldi Rahman. “Pengatur Beban Elektronik (ELC) Fasa Satu Berbasis Mikrokontroler ATMega8 Sebagai Upaya Menjaga Kestabilan Daya Generator”, Institut Sains Dan Teknologi Nasional, Jakarta, November 2010 Dong Dong. “Modeling and Control Design of a Bidirectional PWM Converter for Single-phase Energy Systems”. Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA May 6, 2009. 87
ISSN :2085-6989
Achmad Hasan. “Pengontrol Beban Elektronik Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mkrohidro”, P3 Teknologi Konversi dan Konservasi Energi Deputi Teknologi Informasi, Energi, Material dan Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. April 2006.
S. Henderson, W. Pearson. "Electronic Load Governor – Application Of Derivative Contro Action For Improving Transient Response". Napier University, 219 Colinton Road, Edinburgh, EH14 1DJ, UK.
R. Jarman and P. Bryce “Investigation Of The Behaviour Of An AVR In A Ballast Load Frequency Controlled Stand Alone Micro-Hydroelectric System”, Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), Faculty of Engineering University of Technology, Sydney, Brisbane, Australia. 26-29 September 2004. Howard Abramowitz. “Phase-Control Alternatives for Single-Phase AC Motors Offer Smart, Low-Cost, Solutions”, AirCare Automation Inc. 2003. Mariusz Malinowski. “Sensorless Control Strategies for Three - Phase PWM Rectifiers”, Faculty of Electrical Engineering, Institute of Control and Industrial Electronics, Warsaw University of Technology, Poland - 2001 Erickson W Robert, Dragan Maksimovic. “Fundamentals of Power Electronics Second Edition”. Kluwer Academic Publishers, Secaucus, NJ, USA, 2000. p xxi. ”Phase Control Using Thyristors”, http://www.littelfuse.com for current information. Kharagpur. “Power Electronic”. NPTEL, A Joint Venture By Indian Technology Technology & Indian Institute of Science. www.OnlineFreeEBooks.net
74
Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010
