ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC)

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC) DIGITAL SYSTEM TECHNOLOGY

SISTEM KONTROL MODERN UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SKALA KECIL / MIKRO HIDRO

Jl. Awibitung No.40 Ciawitali Selatan, Cimahi 40512, Jawa Barat. Indonesia Tel/fax : +62 22 6631608, www.pme-bandung.com

PENGERTIAN ELC Electronic Load Controller (ELC) merupakan suatu alat kontrol yang digunakan untuk membuang kelebihan daya listrik yang dihasilkan oleh generator pada turbin air PLTMH dengan cara mengalihkan beban yang tidak terpakai ke beban pengganti (ballast load), sehingga frekuensi (Hz), tegangan (volt) serta putaran generator tetap terkendali dan stabil. Hal ini terjadi biasanya pada saat malam hari antara jam 20.00 – 05.00 dimana pemakaian konsumen berkurang sedangkan daya turbin tetap. Pada PLTMH tanpa ELC kondisi ini akan mengakibatkan generator berputar sangat cepat, frekuensi dan tegangan akan naik sehingga peralatan listrik akan rusak dan bahkan generator bisa terbakar karena berputar terlalu cepat (over speed). Proses pengalihan daya pada ELC dilakukan melalui saklar elektronik yang disebut thyristor (Triac/SCR) dengan dikendalikan oleh ELC Mainboard yang sudah diprogram. Selain itu ELC juga biasanya digabungkan dengan meteran listrik seperti Voltmeter, Ampere, Frequency, Hour, dll untuk monitor parameter listrik. Panel ELC biasanya sudah dilengkapi dengan MCB dan alat proteksi lain untuk melindungi konsleting dan beban lebih pada konsumen.

Pgenerator

= Pload + Pballast

20.000 Watt = 15.000 Watt + 5.000 Watt

Pemasangan Panel ELC Dan Ballast Load Pada PLTMH

PROTEL MULTI ENERGY – www.pme-bandung.com

Page 2

KEUNTUNGAN MENGGUNAKAN ELC PADA PLTMH Seperti telah disampaikan di atas bahwa ELC akan mengatur frekuensi dan daya yang dihasilkan, penggunaan ELC akan memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Frequensi dan tegangan yang dihasilkan generator stabil, sehingga menghindari kerusakan peralatan listrik (TV, radio, lampu, dll) 2. Dapat menghindari kerusakan generator akibat kecepatan berlebih pada saat beban konsumen berkurang (runaway speed) 3. Tidak diperlukan lagi buka tutup turbin pada saat terjadi perubahan beban, sehingga pekerjaan operator lebih praktis dan efisien 4. Tidak akan terjadi tekanan air balik (water hammer) pada pipa penstok yang disebabkan penutupan turbin secara tiba-tiba 5. Harga yang terjangkau serta mudah dalam pemasangan, pengoperasian, dan perawatan serta usia pakai yang lama 6. ELC mampu menerima perubahan beban yang besar (>50%) dalam waktu sangat cepat <2 detik / fast recovery time 7. Dapat didesain dan diproduksi dalam negeri, sehingga ketersediaan spare parts dan perbaikan lebih terjamin 8. Sudah dilengkapi dengan peralatan pengaman/proteksi dan panel meter, sehingga tidak diperlukan lagi panel tambahan 9. Dapat diintegrasikan dengan Remote Monitoring System (RMS) untuk memantau PLTMH dari jauh melalui web server dan handphone (SMS).

Generator Bekas PLTMH Yang Terbakar Tanpa Menggunakan ELC


Page 3

PRINSIP KERJA ELC PME Prinsip Kerja ELC Protel Multi Energy telah menggunakan teknologi micro controller dan merupakan ELC berbasis sistem digital (Digital Load Controller) dengan semua parameter sistem diprogram melalui software, sehingga tidak diperlukan lagi seting trimpot, potensio atau parameter secara manual seperti ELC tipe analog pada saat komisioning maupun operasi normal. ELC bekerja berdasarkan sinyal frekuensi dan bekerja untuk mengontrol frekuensi. Rangkaian mainboard akan terus mengecek setiap perubahan frekuensi pada tiap setengah gelombang (10 ms) dan akan menyulut thyristor dan ballast load sesuai dengan frekuensi error yang terukur. Penyulutan Thyristor dilakukan dengan mengatur sudut fasa (phase angle control) sampai frequensi set point tercapai (50 Hz). Frekuensi akan terus dijaga pada set point 50 Hz dengan accuracy ± 0.1- 0.2 Hz dengan waktu pemulihan (recovery time) sebesar ±2 detik. Recovery time merupakan waktu yang dibutuhkan oleh sistem untuk kembali ke set point awal ketika terjadi perubahan beban. Respon controller dapat diatur melalui dip switches dengan mengatur parameter Proportional Integral untuk mengatur kecepatan respon kontrol apakah lambat, sedang atau cepat disesuaikan dengan karakteristik beban dan sistem pembangkit.

Sistem Dua Step Penyulutan thyristor dan ballast load dilakukan dengan cara mengatur penyalaan sudut fasa (phase angle control) secara dua tahap. Ballast step pertama (R1,S1,T1) akan digunakan pada saat beban yang dialihkan 0 – 50% dari daya terbangkit, sedangkan tahap kedua (R2,S2,T2) hanya akan dinyalakan jika ballast step 1 tidak dapat menampung kelebihan beban atau daya yang dibuang sudah lebih dari 50%. Keuntungan metode ini adalah variasi pengendalian yang dapat dilakukan dari 0% - 100% power dengan distorsi gelombang yang lebih kecil. Selain itu kehandalan sistem lebih terjaga mengingat step kedua akan menjadi back up jika sistem step pertama mengalami masalah (misalnya ballast rusak, thyristor rusak,dll). Selain itu dengan sistem dua step dampak negative harmonic pada pembangkit dapat diminimalkan.


Page 4

Under Frequency dan Pengatur Tegangan ELC hanya akan mengendalikan frekuensi pada saat daya yang dihasilkan lebih besar daripada daya yang dipakai oleh konsumen. Pada saat sebaliknya dimana daya yang dihasilkan lebih kecil daripada daya yang dipakai konsumen maka frekuensi akan turun kurang dari 50 Hz dan ELC tidak akan bekerja. Hal yang dapat dilakukan adalah mengurangi pemakaian beban atau menambah bukaan turbin sehingga frekuensi kembali ke 50 Hz Sebagian orang berpikir ELC dapat mengatur frekuensi pada semua kondisi, padahal hanya pada kondisi dimana daya yang dihasilkan lebih besar dari daya yang dipakai konsumen. CONTOH KONDISI OPERASI ELC TURBIN

KONSUMEN

KONDISI

BALLAST FREKUENSI

TINDAKAN Kurangi bukaan UNDERLOAD turbin

25 kW

10 kW

15 kW

F = 50 Hz

ELC BEKERJA

25 kW

18 kW

7 kW

F = 50 Hz

ELC BEKERJA

NORMAL

25 kW

26 kW

0 kW

F < 50 Hz

ELC TIDAK BEKERJA

OVERLOAD

Tambah air atau kurangi beban

Selain itu ELC bekerja dengan mendeteksi dan mengatur frekuensi, bukan tegangan. Tegangan generator diatur dengan menggunakan Automatic Voltage Regulator (AVR) yang biasanya sudah menyatu dengan generatornya. Generator dengan AVR biasanya dapat menjaga tegangan tetap stabil pada frekuensi 47.5 - 52.5 Hz. Pada generator tanpa AVR tegangan biasanya tidak terkendali dan tidak sebanding dengan frekuensi, terkadang frekuensi 50 Hz tetapi tegangan output generator mencapai 250 Volt (L – N), sehingga disarankan untuk selalu menggunakan generator yang dilengkapi dengan AVR agar listrik yang dibangkitkan stabil dan lebih baik.

BALLAST LOAD Ballast load atau dummy load merupakan beban resistif tempat membuang kelebihan daya pada saat pemakaian dikonsumen berkurang. Ballast load terbuat dari bahan resistif murni yang dibuat dari lilitan kabel yang dilapisi keramik dengan casing metal stainless, Jenis ballast load yang digunakan adalah pemanas udara tipe tubular (tubular air heater) atau pemanas air tipe tubular (tubular water heater). Pemanas udara disusun dengan pengaman casing dan ditempatkan pada ruangan indoor dengan sirkulasi udara bagus, sedangkan pemanas air ditempatkan pada tangki dengan sirkulasi air. Mengingat gelombang yang dihasilkan pada ballast tidak sinusoidal dan tegangan bervariasi maka tidak disarankan untuk menggunakan peralatan elektronik biasa sebagai pengganti ballast load seperti motor, kipas, kulkas, dll. Ukuran ballast biasanya ±20% diatas daya desain turbin, misal turbin 10 kW ballastnya ±12 kW. Hal ini untuk keamanan sistem dan menjaga jika daya terbangkit melebihi desain. Ballast yang terlalu kecil akan mengakibatkan putaran generator tinggi (overspeed) dan frekuensi naik lebih dari 50 Hz. Hal ini berarti daya yang dibuang melebihi kapasitas daya ballast load, sedangkan ballast yang terlalu besar dapat menyebabkan putaran generator yang kurang stabil.


Page 5

Ballast load Pemanas Udara

Ballast Load Pemanas Air

ELC METERING Panel ELC sudah dilengkapi dengan metering lengkap, sehingga tidak diperlukan tambahan panel metering lagi. Untuk standard metering ELC adalah panel meter tipe analog dengan jumlah sbb : 1. Pilot lamps generator, 3 phase 2. Ampermeter ballast, 3 phase 3. Ampermeter konsumen, 3 phase 4. Voltmeter generator, 1 Phase 5. Frequency generator, 1 Phase 6. Hour counter, 1 unit Pada dasarnya metering ELC dapat di tambahkan atau dikurangi sesuai dengan permintaan dan kebutuhan konsumen. Selain itu penggunaan metering tipe digital dapat dibuatkan jika diminta dan dianggap perlu. Mengingat ELC digunakan di pedesaan maka metering yang dipakai dipilih tipe analog untuk memudahkan penduduk desa.


Page 6

ELC PROTECTION Panel ELC sudah dilengkapi dengan proteksi standar untuk melindungi generator, konsumen dan sistem sendiri. Berikut adalah kelangkapan proteksi ELC : 1. MCCB konsumen untuk proteksi beban lebih dan short circuit 2. Kontaktor konsumen untuk on/off konsumen 3. Fuse/MCB proteksi 4. Grounding terminal 5. Under/over frequency relay (optional) 6. Penangkal petir / Lightning arrester (optional) 7. Kipas pendingin untuk ELC>30 kW

DIP SWITCH SETTING Main board ELC dilengkapi dengan dip switch setting untuk mengatur beberapa parameter. Pada dasarnya dip switch sudah disesuaikan dengan spesifikasi pembangkit pada saat pemesanan, namun dilokasi beberapa parameter bisa dirubah sesuai karaktersitik yang diinginkan. Berikut penjelasan umum fungsi dip switch pada main board ELC DIP SWITCH NO DIP 1 DIP 2 DIP 3 DIP 4 DIP 5 DIP 6 DIP 7 DIP 8

FUNCTION Proportional Value Integral Value Set Point -1 = 49 Hz Set Point +1 = 51 Hz System freq. (50/60 Hz) Droop setting (52Hz)

DEFAULT POSITION

STATUS OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

VALUE 3 3 50 Hz 50 Hz 50 Hz Disable

pengaturan lebih jelas mengenai dip switch terdapat pada buku operation manual ELC yang diberikan bersama dengan ELC dan petunjuk lainnya.


Page 7

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER SIZING DESCRIPTIONS

SPECIFICATIONS 5-10 kW

11-20 kW

21-30 kW

31-40 kW

41-50 kW

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

CT 50/5 A

CT 75/5 A

CT 100/5 A

METERING Pilot lamp - 3P Ampermeter ballast load - 3P Ampermeter main load - 3P

DIRECT 30A CT 50/5 A CT 50/5 A

CT 50/5 A

CT 50/5 A

CT 75/5 A

CT 100/5 A

Voltmeter generator - 1P

0-300 V

0-300 V

0-300 V

0-300 V

0-300 V

Frequency meter generator - 1P

45-55 Hz

45-55 Hz

45-55 Hz

45-55 Hz

45-55 Hz

6 digit

6 digit

6 digit

6 digit

6 digit

-

-

-

-

-

MCCB main load

20A

20/30A

50/60A

80A

100A

Contactor main load

20A

20/30A

50/60A

80A

100A

Fuse/MCB protection

3x2A

3x2A

3x2A

3x2A

3x2A

Over/underfrequency relay

-

Optional

Cooling fan

-

-

12 cm fan

12 cm fan

12 cm fan

Lightning arrester

-

-

-

-

-

PEN

PEN

PEN

PEN

PEN

4 mm²

6 mm²

10 mm²

16 mm²

25 mm²

Ballast load cable size - x2

1.5 mm²

2.5 mm²

4 mm²

6 mm²

10 mm²

THYRISTOR Size

3xSKKT42

6xSKKT42

6xSKKT42

6xSKKT57

6xSKKT57

Cubicle dimension (cm)

40x60x20

40x60x20

50x70x20

50x70x20

50x70x20

4x6

4x10

4x16

4x25

4x35

±15 kg

±20 kg

±24 kg

±31 kg

±38 kg

220 or 230

220 or 230

220 or 230

220 or 230

220 or 230

6

6

6

6

6

1.5 - 2 kW

2 - 4 kW

4 - 6 kW

6 - 8 kW

8 - 10 kW

Ballast cables size - 7 pcs

4x2.5

4x2.5 mm2

4x4 mm2

4x6 mm2

4x10 mm2

Approximate Weight

±7 kg

±15kg

±22 kg

±28 kg

±35 kg

Hour Counter Digital multi meter CVM NRG (V,I,Hz,kW,kWh,PF,kVA,etc) PROTECTION

Grounding

47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz

CABLES & DIMENSION Main load cable size

Generator cables size - 4 pcs Approximate Weight BALLAST LOAD Rated Voltage Ballast amount (pcs) Ballast capacity per element


Page 8

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER SIZING DESCRIPTIONS

SPECIFICATIONS 51-60 kW

61-70 kW

71-80 kW

Yes

Yes

Yes

81-90 kW 91-100 kW

METERING Pilot lamp - 3P

Yes

Yes

Ampermeter ballast load - 3P

CT 100/5 A CT 150/5 A

CT 150/5 A

CT 200/5 A CT 200/5 A

Ampermeter main load - 3P

CT 100/5 A CT 150/5 A

CT 150/5 A

CT 200/5 A CT 200/5 A

Voltmeter generator - 1P

0-300 V

0-300 V

0-300 V

0-300 V

0-300 V

Frequency meter generator - 1P

45-55 Hz

45-55 Hz

45-55 Hz

45-55 Hz

45-55 Hz

6 digit

6 digit

6 digit

6 digit

6 digit

Included

Included

Included

Included

Included

MCCB main load

100A

125A

160A

200A

200A

Contactor main load

100A

125A

160A

200A

200A

Fuse/MCB protection

3x2A

3x2A

3x2A

3x2A

3x2A

Hour Counter Digital multi meter CVM NRG (V,I,Hz,kW,kWh,PF,kVA,etc) PROTECTION

Over/underfrequency relay Cooling fan

47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 12 cm fan

12 cm fan

12 cm fan

12 cm fan

12 cm fan

3P+N

3P+N

3P+N

3P+N

3P+N

PEN

PEN

PEN

PEN

PEN

Main load cable size

25 mm²

35 mm²

35 mm²

50 mm²

50 mm²

Ballast load cable size - x2

10 mm²

16 mm²

16 mm²

25 mm²

25 mm²

THYRISTOR Size

6xSKKT57

6xSKKT92

6xSKKT92

6xSKKT132 6xSKKT132

Cubicle dimension (cm)

60x80x30

60x80x30

60x80x30

80x120x40

80x120x40

4x35

4x35

4x50

4x50

4x50

±45 kg

±53 kg

±58 kg

±80 kg

±80 kg

220 or 230

220 or 230

220 or 230

220 or 230

220 or 230

6

6

6

6

6

Ballast capacity per element

12 - 14 kW

14 - 16 kW

16 - 18 kW

18 - 20 kW

19 - 21 kW

Ballast cables size - 7 pcs

4x10 mm2

4x16 mm2

4x16 mm2

4x25 mm2

4x25 mm2

±40 kg

±47kg

±54 kg

±68 kg

±73 kg

Lightning arrester Grounding CABLES & DIMENSION

Generator cables size - 4 pcs Approximate Weight BALLAST LOAD Rated Voltage Ballast amount (pcs)

Approximate Weight

v Spesifikasi tidak mengikat dan dapat berubah sewaktu-waktu


Page 9

SPESIFIKASI TEKNIS ELC 1. ELC Type 2. 3. 4. 5.

: Digital system with microcontroller

Control method : phase angle control with PI algorithm, two steps. Switching method : Double Thyristor (SCR), 6 units – 2 units per phase Power : 1 – 500 kW Voltage : 220/380 V, 230/400 Volt

6. Phase 7. Frequency 8. Freq. accuracy

: 1 and 3 Phase : 50 / 60 Hz : <± 0.2

9. Freq. sensing ; every half cycle or every 10 ms or 100 times/second at 50 Hz 10. Recovery time : ±2 seconds 11. Standard protection -

Main load MCCB Main load contactor Fuse/ MCB protection

- Over/Under Frequency relay (optional) - Lightning arrester (optional) 12. Standard metering - Pilot lamps generator, 3 phase -

Ampermeter ballast, 3 phase Ampermeter consumer, 3 phase Voltmeter generator, 1 Phase

- Frequency generator, 1 Phase - Hour counter, 1 unit 13. Ballast load : tubular air heater, 6 units (2 units / phase) STANDARD CUBICLE LAYOUT


Page 10

REFERENSI PROJECT ELC Sejak tahun 2010 s/d 2015 ELC PME telah beroperasi di lebih dari 430 lokasi PLTMH dengan kapasitas mulai 1 – 200 kW dan total daya terpasang ±7.5 MW. ELC tersebar di seluruh Indonesia dan telah di Ekspor ke beberapa Negara seperti : Malaysia, Philippine, Thailand, Australia, Turkey, Switzerland, Iran, Francis, Pakistan, South Africa, Kenya, Mozambique, Ethiopia, Nigeria,. Kami terus berusaha untuk meningkatkan kualitas produk dan service yang diberikan dari waktu ke waktu. ELC PME dinamis dan menyesuaikan dengan perkembangan teknologi dan permintaan konsumen. Kita terus berinovasi untuk mengatasi permasalahan yang ditemukan dilapangan. Saran dan masukan dari konsumen sangat diharapkan untuk perkembangan produk ke depan yang lebih baik. Berikut beberapa proyek ELC yang telah kami kerjakan :

ELC+ turbin pelton 75 kW Palu – Indonesia

ELC 2x150 kW Kalimantan - Indonesia

ELC terpasang pada beberapa PLTMH proyek PNPM di Sumatera dan Sulawesi


Page 11

ELC dengan hydraulic actuator - Thailand

ELC 90 kW pada PELTON Turbin – Turkey

ELC + water heater Ballast load – Pakistan

ELC pada mini Geothermal Turbine – Bandung

ELC 2x100kW Mozambique & South Africa

ELC 1 Phase untuk Sarawak - Malaysia


Page 12

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC)

Recommend Documents